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2019-05期目錄
2019, 47(5)
摘要:
2019-05期封面
2019, 47(5)
摘要:
專家視點
頁巖油高效開發鉆井完井關鍵技術及發展方向
王敏生, 光新軍, 耿黎東
2019, 47(5): 1-10. doi: 10.11911/syztjs.2019076
摘要:
近年來美國的頁巖油產量急劇增長,頁巖油鉆井完井技術也呈現出一些新的特點和動向。為了給我國頁巖油高效勘探開發提供參考和借鑒,分析了國內外頁巖油的勘探開發現狀,介紹了實現頁巖油經濟高效開發所采用的關鍵鉆井完井技術,包括儲層甜點評價與識別技術、長水平段水平井技術、高密度分段壓裂技術、物探–地質–工程一體化技術和大數據分析與工程優化技術等,并結合頁巖油經濟高效開發面臨的挑戰及我國頁巖油的勘探開發現狀,提出了適應我國頁巖油儲層高效開發的鉆井完井關鍵技術及發展方向,以指導我國頁巖油的經濟高效開發,保障國家能源安全。
鉆井完井
滄東凹陷致密油氣藏水平井鉆井關鍵技術
王建龍, 齊昌利, 柳鶴, 陳鵬, 汪鴻, 鄭永鋒
2019, 47(5): 11-16. doi: 10.11911/syztjs.2019084
摘要:
為了提高滄東凹陷致密油氣藏長水平段水平井的鉆井安全和效率,分析了地層特點及鉆進中面臨的摩阻扭矩大、井眼軌跡控制難度大、紫紅色泥巖地層鉆速低和石膏層污染鉆井液等技術難點,進行了井身結構優化、井眼軌道設計和井眼軌跡控制方式優選、鉆井設備及工具優選、鉆井液體系優選和性能優化、提速提效技術措施選擇及套管安全下入方式優選,形成了滄東凹陷致密油氣藏水平井鉆井關鍵技術。在GD1701H井和GD1702H井的現場試驗表明,該鉆井關鍵技術可以解決滄東凹陷致密油氣藏水平井鉆井存在的技術難題,滿足安全高效鉆井的需求。綜合研究認為,滄東凹陷致密油氣藏水平井鉆井關鍵技術應用效果良好,可為該類油氣藏水平井鉆井提供技術支持,建議進行推廣。
東方氣田淺部儲層大位移水平井鉆井關鍵技術
林四元, 張杰, 韓成, 胡杰, 田宗強, 鄭浩鵬
2019, 47(5): 17-21. doi: 10.11911/syztjs.2019105
摘要:
南海西部東方氣田淺部儲層大位移水平井鉆進過程中存在淺層泥巖段易出泥球、目的層疏松易發生井漏導致儲層傷害、技術套管下入摩阻大和固井壓力安全窗口窄導致漏失與氣竄雙重風險等難題。結合前期區域鉆井作業經驗,通過優化鉆井液技術方案并復配具有針對性的處理劑,解決了淺層泥巖段巖屑成球的難題,提高了儲層保護效果;使用漂浮接箍技術,確保技術套管順利下入;通過優化漿柱結構及水泥漿配方,并采取提高套管居中度等技術措施,提高了固井質量,最終形成了東方氣田淺部儲層大位移水平井鉆井關鍵技術。該技術在東方氣田淺部儲層大位移水平井鉆井施工過程中應用效果較好,DF-AH井鉆井過程中淺層泥巖段無泥球生成,目的層無井漏發生,技術套管下入順利,完井清噴產能較設計提高約50%。東方氣田淺部儲層大位移水平井鉆井關鍵技術為該氣田的高效開發提供了技術支持。
蘇北盆地小井眼側鉆井關鍵技術研究與應用
樊繼強, 王委, 陳小元, 黃志安
2019, 47(5): 22-27. doi: 10.11911/syztjs.2019102
摘要:
針對蘇北盆地小井眼套管開窗側鉆井窗口不規則、機械鉆速低、井眼易失穩、摩阻扭矩大及固井質量難以保證等問題,進行了套管開窗方案設計、開窗工具優選、井眼軌跡調整及控制、巖屑床清除、個性化鉆頭設計、鉆井液體系優選及固井技術優化等方面的研究。根據側鉆點不同,優選了開窗工具,優化了井眼軌道,制定了井眼軌跡調整與控制措施,采用了螺旋清砂鉆桿,以降低施工摩阻和扭矩;針對不同地層巖性特點及工況,設計了2種PDC鉆頭,以增加單趟鉆進尺,并提高機械鉆速;優選了胺基聚合物鉆井液體系,配合使用高效極壓減摩劑,以滿足井壁穩定、井眼凈化及潤滑防塌要求;采用了防竄增韌水泥漿,配合使用小尺寸液壓變徑套管扶正器和遇水自膨脹封隔器,以提高固井質量。小井眼側鉆井關鍵技術在蘇北盆地9口井進行了應用,與前期施工井相比,機械鉆速提高了125.3%,鉆井周期縮短了45.8%,復雜時效下降了87.0%。研究結果表明,蘇北盆地小井眼側鉆井關鍵技術能提高小井眼側鉆井機械鉆速、縮短鉆井周期和降低復雜時效,提速提效效果顯著,具有推廣應用價值。
基于支持向量機的鉆井工況實時智能識別方法
孫挺, 趙穎, 楊進, 殷啟帥, 汪文星, 陳緣
2019, 47(5): 28-33. doi: 10.11911/syztjs.2019033
摘要:
鉆井時效分析通常是依靠人工進行事后分析,具有主觀性和隨意性,不能及時準確地反映真實的現場情況。為了實時準確地對鉆井工況進行自動判別,提高鉆井效率,提出了一種基于支持向量機(SVM)的用數據驅動的鉆井工況實時識別方法,建立了多個智能識別模型,并對其中的核函數進行分析比較,得出了模型參數的最優值。采用4口井的錄井數據驗證了模型的準確性,識別結果與實際工況基本一致,6種工況的識別正確率均達到95%以上。鉆井時效分析與應用表明,鉆井過程中應用工況識別結果,減少了不可見非生產時間。支持向量機實現了鉆井工況的實時智能識別,提高了鉆井時效,符合油田數字化和智能化發展的要求。
長北區塊無土相防水鎖低傷害鉆井液技術
凡帆, 劉偉, 賈俊
2019, 47(5): 34-39. doi: 10.11911/syztjs.2019104
摘要:
針對長北區塊生產井持續生產致使地層壓力衰減、壓差增大,導致鉆井液對儲層傷害加劇的問題,在分析長北區塊儲層傷害機理的基礎上,研制了解水鎖劑G311,優選了潤滑劑G316,并對其加量進行了優化,形成了適用于長北區塊壓力衰減儲層的無土相防水鎖低傷害鉆井液。該鉆井液與無土相低傷害鉆井液相比,鉆井液濾液表面張力降低率達77.8%,線性膨脹率達22.6%,巖心傷害率低于15.0%,具有解除水鎖、抑制水敏及儲層保護效果顯著等優點。無土相防水鎖低傷害鉆井液在長北區塊2口氣井進行了現場試驗,鉆井過程中沒有發生井下故障,起下鉆順暢,井眼始終處于良好凈化狀態。其中,CX–5井平均機械鉆速提高12.1%,裸眼完井并直接氣舉投產,產氣量達70×104m3/d,高于預期產氣量。研究結果表明,無土相防水鎖低傷害鉆井液能夠滿足長北區塊壓力衰減地層長水平段水平井鉆井安全及儲層保護要求。
高強微彈水泥漿在延長油田致密油水平井中的應用
王濤, 申峰, 展轉盈, 馬振鋒, 劉云, 侯云翌
2019, 47(5): 40-48. doi: 10.11911/syztjs.2019082
摘要:
為了提高延長油田致密油水平井的環空密封能力、保證多級縫網壓裂開發效果,對水泥漿進行了功能化改性。結合該油田南部致密油儲層特征、水平井井身結構和多級縫網壓裂對固井水泥漿性能的要求,建立了套管–水泥環–地層受力模型,分析得到了水泥石楊氏模量與界面壓力的關系圖版,并據此設計了水泥漿;對丁苯膠粉進行了粒徑優選、表面處理,并與甲酰胺及無機鹽復配制得高強微彈劑,輔之以其他外加劑,形成了滿足性能要求的高強微彈水泥漿。研究發現,水泥石楊氏模量越低、地層楊氏模量越高、壓裂施工壓力越低、井眼擴大率越小,則滿足環空密封要求的水泥石抗壓強度越小;與空白樣相比,高強微彈水泥漿抗壓強度提高51.8%、楊氏模量降低10.5%、抗折抗拉強度提高75.0%以上。該水泥漿在延長油田南部10余口致密油水平井進行了現場應用,水平段固井質量合格率達95%以上,分段壓裂時未發生竄流。研究結果表明,高強微彈水泥漿可以提高延長油田致密油水平井壓裂后的環空密封性,具有推廣應用價值。
深水鉆井隔水導管承載能力影響因素分析
劉清友, 秦松, 毛良杰, 王國榮
2019, 47(5): 49-56. doi: 10.11911/syztjs.2019099
摘要:
深水鉆井中隔水導管的下入深度、力學性能及載荷特征是影響其承載能力的主要因素,隔水導管的承載能力又直接影響其與井口連接的穩定性,而目前設計隔水導管尺寸及下入深度時大多基于工程經驗,缺乏理論依據。通過建立綜合考慮海底地層性質、軸向和橫向載荷、隔水導管力學性能的力學模型,分析了影響隔水導管橫向位移及應力分布的因素,結果發現:井口橫向載荷是影響隔水導管橫向位移的主控因素,而軸向載荷對隔水導管橫向位移的作用并不顯著;隨著隔水導管入泥深度增大,其橫向位移逐漸減小,而應力則先增大后減小,其中位移和應力在入泥深度10.00 m左右處存在拐點;地基力學性能對隔水導管位移及應力分布的影響極其明顯。研究結果對不同海水波動、海床力學性能等工況下深水隔水導管的力學性能參數優選、結構尺寸選擇及下入深度確定具有理論及工程指導意義。
刀翼式孕鑲金剛石鉆頭設計及在哈山101井的應用
張進雙, 張增寶, 王學才
2019, 47(5): 57-61. doi: 10.11911/syztjs.2019083
摘要:
為提高準噶爾盆地哈山區塊火山巖地層機械鉆速、增大單只鉆頭進尺、降低井眼失穩掉塊卡鉆風險,設計了刀翼式孕鑲金剛石鉆頭。在分析地層巖石的力學特性的基礎上,研發了新型胎體合金材料,以提高鉆頭研磨性;鑲嵌孕鑲切削塊,以增強鉆頭破巖能力;優化設計了刀翼式孕鑲金剛石鉆頭的結構和防卡流道,防止鉆頭卡死。研究發現,超細合金材料相互聯結成鍵、牢固燒結,鉆頭胎體力學性能提高30%以上。刀翼式孕鑲金剛石鉆頭配合高速大扭矩螺桿鉆具在哈山101井火山巖地層進行了應用,單只鉆頭進尺增大4倍,機械鉆速提高54.3%。研究結果表明,刀翼式孕鑲金剛石鉆頭可以降低掉塊卡鉆風險,可實現火山巖地層安全高效鉆進。
氣體鉆井井下燃爆界限快速測量裝置的研制與試驗
李一博, 李永杰
2019, 47(5): 62-68. doi: 10.11911/syztjs.2019040
摘要:
為解決氣體鉆井中井下燃爆的問題,研制了一種現場快速直接測定地層烴類氣體燃爆界限的裝置,并給出了該裝置的測試方法。快速測量試驗結果發現,該測試裝置可在不同壓力、溫度和混合氣體體積分數條件下準確測量地層烴類氣體的燃爆界限,得出當前地層烴類氣體的燃爆范圍,預防井下燃爆的發生。同時,在以甲烷氣體為對象的試驗中,用0.1 MPa壓力下的測量結果驗證了該裝置的有效性,并揭示了溫度和壓力對井下燃爆的影響規律。研究認為,氣體鉆井井下燃爆界限測量裝置為氣體鉆井中的井下燃爆問題提供了一種有效的預防手段,可有效保證井下安全,應用前景廣闊。
非平面PDC切削齒破巖有限元仿真及試驗
謝晗, 況雨春, 秦超
2019, 47(5): 69-73. doi: 10.11911/syztjs.2019043
摘要:
為了指導PDC鉆頭設計,對三棱形和斧形PDC切削齒、常規平面PDC切削齒的破巖性能進行了研究。利用有限元軟件建立了PDC切削齒直線切削巖石和垂直壓入巖石的三維有限元模型,模擬了相同布齒角度下、不同形狀PDC切削齒垂直壓入巖石和不同切削深度直線切削均質巖石及非均質巖石的過程,發現不同形狀PDC切削齒的破巖過程存在明顯差異。與常規平面PDC切削齒相比,三棱形PDC切削齒更易壓入地層形成破碎坑;三棱形和斧形PDC切削齒破碎均質砂巖時所需的切削力較小,巖石產生的預破碎區域更大,破碎非均質巖石時的切向力波動幅度小,更易破碎巖石。根據模擬結果,設計研制了三棱形切削齒PDC鉆頭,并在鉆進混合花崗巖地層時獲得較好的效果。研究結果表明,有限元模擬可為PDC鉆頭設計提供參考。
自激式渦流控制水力振蕩器研制與應用
聶云飛, 朱淵, 范蕭, 趙傳偉, 張輝
2019, 47(5): 74-79. doi: 10.11911/syztjs.2019080
摘要:
自激式渦流控制水力振蕩器具有無易損件、制造成本低和壓降小的優點,可減小鉆進過程中的摩阻,降低壓差卡鉆的可能性,改善鉆壓傳遞效果,提高機械鉆速。為了解決大位移井、長水平段水平井鉆井過程中的高摩阻問題,研制了自激式渦流控制水力振蕩器。該振蕩器由穩態射流元件和渦流可變液阻區2部分組成,主要利用射流的附壁效應和特定的流道形式產生周期性渦流,以產生軸向振蕩。采用二維平面模型,基于計算流體動力學方法,采用數值模擬方法,分析了自激式渦流控制水力振蕩器內部的流動狀態和其性能參數與入口流量的關系。數值模擬結果表明,自激式渦流控制水力振蕩器的主要性能參數壓力脈動幅值與入口流量呈平方關系,壓力脈動頻率與入口流量呈線性關系。現場應用表明,自激式渦流控制水力振蕩器不僅能顯著提高機械鉆速,而且不會對隨鉆測量工具產生影響,具有結構簡單、功能可靠和工作特性優良的特點。
石墨烯在石油工程中的應用現狀與發展建議
耿黎東, 王敏生, 蔣海軍, 光新軍
2019, 47(5): 80-85. doi: 10.11911/syztjs.2019108
摘要:
石墨烯因具有獨特的物理、化學性質而成為國內外研究熱點,但在石油工程領域的應用研究還處于起步階段。介紹了石墨烯及其衍生物的物理、化學特性,分析了石墨烯在油氣探測技術、井下工具、井下流體、提高采收率技術和油水分離技術等方面的研究進展和應用情況,指出石墨烯在石油工程領域的發展需要進一步加強基礎理論攻關、拓展石墨烯在石油工程領域的應用范圍、加快石墨烯在油氣行業的大規模推廣應用,以引導油氣行業新技術革命和促進我國油氣資源的經濟高效開發。這為促進石墨烯及其衍生物在石油工程領域的快速應用和發展具有借鑒意義。
形狀記憶篩管自充填防砂完井技術
段友智, 艾爽, 劉歡樂, 岳慧
2019, 47(5): 86-90. doi: 10.11911/syztjs.2019106
摘要:
針對獨立篩管防砂完井無法支撐井壁、有效期短的問題,以及礫石充填防砂完井工藝復雜、易砂堵、費用高的不足,提出了利用一趟管柱實現長裸眼環空充填的形狀記憶篩管完井技術。在優化設計形狀記憶篩管機械結構的基礎上,研究了形狀記憶篩管生產工藝,研制了形狀記憶防砂篩管,并對其性能進行了試驗評價,形成了形狀記憶篩管自充填防砂完井工藝。現場試驗結果表明,形狀記憶防砂篩管膨脹性能優越、能完全充填環空和炮眼,且膨脹后的滲透性好、擋砂精度高。形狀記憶篩管自充填防砂完井技術施工工藝簡單、能適應不規則井眼,具有很好的推廣應用價值。
油氣開發
海上油田爆燃壓裂技術研究與現場試驗
孫林, 楊萬有, 李旭光, 熊培祺
2019, 47(5): 91-96. doi: 10.11911/syztjs.2019087
摘要:
為了解決海上油田應用爆燃壓裂技術的安全性問題和壓裂后高效增產的技術難點,研發了耐高溫、低火藥力和低燃速火藥,建立了爆燃壓裂模擬模型,采用安全管柱組件并進行安全校核,形成了海上油田井口泄壓方法,并采取強化軟件模擬和與酸化技術聯作等措施增強技術安全性、提高壓裂后的增產效果,形成了海上油田爆燃壓裂技術。該技術在海上油田8口井進行了現場試驗,試驗井峰值壓力為22.4~71.3 MPa,管柱均無安全問題,平均單井增油量43.1 m3/d。研究表明,爆燃壓裂技術在海上油田具有較好的適應性,適用于多種井況條件,形成的海上油田爆燃壓裂安全控制和高效增產配套技術具有安全、高效的優點,能夠提高爆燃壓裂的安全性和壓裂后的增產效果。
塔河油田靶向壓裂預制縫轉向技術模擬研究
房好青, 趙兵, 汪文智, 周舟
2019, 47(5): 97-103. doi: 10.11911/syztjs.2019048
摘要:
塔河油田超深油氣資源主要儲存于碳酸鹽巖天然裂縫、孔洞中,應用預制縫靶向壓裂技術可以控制裂縫轉向,提高油氣產量。采用修正降阻比法計算管柱沿程摩阻,結合裂縫不穩定滲流理論計算縫內壓力變化,利用位移不連續法計算裂縫轉向距離,建立了裂縫擴展一體化模型。計算分析了縫洞型碳酸鹽巖含有預制縫的靶向壓裂裂縫擴展方向角度和擴展延伸長度等參數,并將施工參數與壓裂裂縫轉向距離進行關聯,采用有限元法及物理模擬試驗進行準確性驗證。研究結果表明,壓裂液黏度、預制縫角度、地應力差和地層巖石彈性模量等參數與壓裂裂縫轉向距離呈負相關關系;預制縫長度與裂縫轉向距離呈正相關關系;施工排量需要優選,才能得到最優轉向距離。靶向壓裂預制縫轉向技術的模擬研究結果,為塔河油田超深碳酸鹽巖儲層縫洞儲集體的高效開發提供了理論指導和數據支持。
特低滲透油藏定面射孔壓裂技術研究與應用
段鵬輝, 雷秀潔, 來昂杰, 張同伍, 康博
2019, 47(5): 104-109. doi: 10.11911/syztjs.2019088
摘要:
安塞油田長6特低滲透油藏注水開發多年,水驅前緣已經波及儲層高滲透帶,大量剩余油分布于儲層縱向低滲段。為開發低滲段剩余油,采用定面射孔壓裂技術,利用定面射孔形成垂直于井筒軸向的扇形應力集中面,引導水力裂縫沿井筒徑向擴展,控制裂縫縱向延伸,實現低滲段剩余油挖潛。在研究長期注采條件下的剩余油分布及巖石力學參數變化特征的基礎上,模擬分析不同定面射孔相位角下的裂縫起裂效果,根據裂縫融合面積優選出最佳射孔相位角;同時,根據較小應力差條件下的裂縫模擬結果,優化壓裂改造參數,控制裂縫高度。安塞油田78口井長6油藏開發中應用了定面射孔壓裂技術,平均單井增油量達1.8 t/d,是常規壓裂的2倍以上,取得了較好的效果。研究與應用表明,定面射孔壓裂技術可為特低滲透油藏低滲段剩余油挖潛提供新的技術手段。
電加熱稠油熱采井筒溫度場數值計算方法
朱廣海, 劉章聰, 熊旭東, 宋洵成, 王軍恒, 翁博
2019, 47(5): 110-115. doi: 10.11911/syztjs.2019109
摘要:
電加熱稠油熱采井筒溫度場是熱采作業參數設計的核心依據,基于傳熱學理論和氣液兩相流井筒溫壓場計算方法,考慮溫度對稠油熱物性影響,建立了連續電加熱和電磁短節加熱工藝井筒溫度場的數值計算方法,并以大港油田X井為例,計算了不同加熱功率下連續電加熱和電磁短節加熱工藝的井筒溫度場。計算結果表明:井口溫度的模型計算結果與實測值相對誤差僅為3.10%,滿足工程設計精度要求,也驗證了計算方法的有效性和準確性;連續電加熱工藝的井筒溫度剖面平滑連續,而電磁短節加熱工藝的井筒溫度剖面呈鋸齒形,且溫度波動更大;連續電加熱工藝的井口溫度高于電磁短節加熱,而連續電加熱工藝的平均溫度則低于電磁短節加熱工藝。該研究結果可為電加熱稠油熱采工藝選擇、作業參數設計提供指導和借鑒。
測井錄井
油基鉆井液條件下西湖凹陷低孔低滲儲層流體性質隨鉆快速識別方法
張國棟, 魯法偉, 陳波, 羅健, 胡文亮, 何玉春
2019, 47(5): 116-120. doi: 10.11911/syztjs.2019100
摘要:
為了解決西湖凹陷低孔低滲儲層流體性質快速識別困難的問題,提出了基于油基鉆井液條件的時移電阻率測井對比識別法。首先進行了油基鉆井液濾失性試驗,研究了其在低孔低滲儲層的濾失特征;然后分析了油基鉆井液條件下隨鉆電阻率測井時、鉆井液濾液侵入不同深度和侵入不同類型地層后的地層電阻率變化特征。研究表明,油基鉆井液存在一定的濾失,其濾失量和巖石物性、壓差和時間都有一定關系;油基鉆井液濾液不導電,其侵入儲層后,如果驅替的是油氣,隨鉆和復測電阻率基本一致;如果驅替的是地層水,則復測電阻率會大于隨鉆電阻率。因此,利用油基鉆井液的高侵特性,基于時移測井理念,提出通過對比淺層實時電阻率與復測電阻率的差異快速識別流體性質的方法。該方法進行了現場應用,流體性質快速識別結果與后續電纜地層測試泵抽取樣結果一致,驗證了其可行性,具有推廣應用價值。
基于混合模擬退火算法的陣列側向測井實時反演研究
馮進, 倪小威, 楊清, 管耀, 劉迪仁
2019, 47(5): 121-126. doi: 10.11911/syztjs.2019107
摘要:
測井資料現場實時反演是判斷測井質量及進行精細評價的基礎。為在保證反演速度的同時,進一步提高反演精度,結合模擬退火算法和馬奎特算法,提出了混合模擬退火算法,用以對陣列側向測井資料進行3參數(地層電阻率、沖洗帶半徑和沖洗帶電阻率)混合反演。研究發現,初始值的選擇對混合反演速度具有明顯的影響,引入基于電阻率幅度差信息的沖洗帶半徑初始值選取策略,能夠避免反演結果陷入局部最小值,加快反演速度。實例計算結果表明,混合反演算法的反演速度滿足實時反演要求,且反演精度相較傳統馬奎特算法有明顯提高;反演結果與試油結果一致,驗證了混合反演算法的適用性。混合模擬退火算法為現場陣列側向測井資料的反演處理提供了新的技術。
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