2016年  44卷  第3期

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国内钻井液处理剂研发现状与发展趋势
王中华
2016, 44(3): 1-8. doi: 10.11911/syztjs.201603001
摘要:
为指导钻井液处理剂的开发,在介绍各种不同作用的合成聚合物、合成树脂磺酸盐等合成材料处理剂,淀粉、纤维素、木质素、腐殖酸和油脂等天然材料改性处理剂,以及废塑料、油脂下脚料改性处理剂等钻井液处理剂研究与应用现状的基础上,分析了不同类型钻井液处理剂在应用、研发和生产中存在的问题,指出了钻井液处理剂的发展趋势和开发方向,对今后研发新单体、寻找新原料、开发新结构的合成材料和对天然材料进行改性、利用工业废料及农林加工副产品研发新型、低成本、绿色环保的钻井液处理剂具有较好的指导作用。
涪陵页岩气田“井工厂”技术
张金成, 艾军, 臧艳彬, 杨海平, 陈小锋
2016, 44(3): 9-15. doi: 10.11911/syztjs.201603002
摘要:
涪陵页岩气田是我国第一个投入商业化开发的国家级页岩气示范区,经过3年的技术攻关和现场试验及应用,形成了一套适合复杂山地页岩气特点的"井工厂"技术,极大地缩短了开发周期,降低了工程成本。涪陵页岩气田"井工厂"关键技术主要包括山地"井工厂"布局优化设计、页岩气"井工厂"钻井作业模式、"井工厂"压裂作业模式以及撬装化建站等4个方面。现场试验与推广应用情况表明,采用单钻机2~4井和双钻机5~8井"井工厂"钻井模式,单机组拉链式"井工厂"压裂与双机组同步"井工厂"压裂模式,可以达到当年完成建平台、钻井、压裂、试气、投产的开发要求。"井工厂"技术为涪陵页岩气田50×108 m3/a一期产能建设的顺利完成提供了强有力的技术支撑,并成为页岩气田经济开发的核心技术,对我国页岩气规模化开发具有重要的借鉴和引领作用。
涪陵页岩气水平井工程甜点评价与应用
黄进, 吴雷泽, 游园, 黄晓凯, 聂彬, 张辉
2016, 44(3): 16-20. doi: 10.11911/syztjs.201603003
摘要:
针对涪陵页岩气水平井多段分簇射孔压裂时加砂量符合率低、产气量低的问题,提出了寻找水平段工程甜点、并结合地质甜点进行压裂优化设计的方法。首先利用声波时差和密度测井资料,拟合得到涪陵页岩气藏横波时差计算模型,再结合密度、自然伽马等测井资料,利用地应力剖面计算软件求取涪陵页岩气藏水平井水平段的岩石力学参数,然后通过分析已压裂井段产气剖面测试结果与岩石力学参数的相关性,得到涪陵页岩气藏工程甜点参数为:水平应力差小于8 MPa、脆性指数0.45~0.50。焦页30-1HF井采用了工程甜点与地质甜点相结合的压裂设计方法,其压裂施工压力平稳,总液量和总砂量符合率较好,压后无阻流量88.54×104 m3/d,取得了较好的增产效果。现场试验表明,工程甜点与地质甜点相结合的压裂设计方法,能够提高涪陵页岩气水平井压裂的加砂量符合率和产气量,有助于实现页岩气的高效开发。
深水钻井喷射下导管排量设计方法
周波, 杨进, 周建良, 刘正礼, 杨建刚
2016, 44(3): 21-26. doi: 10.11911/syztjs.201603004
摘要:
深水钻井喷射下导管过程中,为预防导管安装不到位或导管承载力恢复时间过长,需要根据海底土质参数对喷射排量进行合理的设计。基于淹没水射流理论及海底弱胶结土质破坏准则,建立了满足破土能力的最小喷射排量计算模型。采用φ339.7 mm导管进行了喷射下导管的模拟试验,分析了排量对水力破土效果及表层导管承载力的影响规律。结果表明:当喷射排量小于最小喷射排量时,导管下入速度缓慢;当喷射排量大于最小喷射排量时,导管下入速度随喷射排量增大快速增大;导管承载力随喷射排量增大呈指数降低,当喷射排量超过1.2倍最小破土排量时,导管承载力降低幅度达到最大。根据最小喷射排量计算模型和模拟试验结果,建立了基于"水力破土能力、导管承载力"双因素约束的喷射排量设计方法。在南海22口深水油气井的应用表明,采用该方法设计喷射排量,可以提高导管喷射下入效率,保证导管稳定。
冲击作用下岩石破碎的动力学特性及能耗特征研究
邓勇, 陈勉, 金衍, 邹代武
2016, 44(3): 27-32. doi: 10.11911/syztjs.201603005
摘要:
为了研究冲击钻井中岩石破碎的难易程度及动态破碎规律,基于固有缺陷的损伤原理,建立了岩石动态破裂强度、破碎时间和破碎能耗的理论模型,通过砂岩的霍普金森压杆冲击压缩试验分析了其破坏强度、破坏时间及破坏过程中的能量耗散特征。分析研究发现,试验结果与模型计算结果基本吻合,砂岩的动载强度、破碎时间和破碎能耗均与应变率之间呈幂函数关系,随着应变率在60~115 s-1范围内增加,砂岩的动载强度与静载强度相比增大了1.33~1.83倍,破碎时间从84 μs迅速缩短至52 μs,且应变率越大,岩石破坏后的碎块尺度越小、破碎能耗值越大。研究结果可为衡量岩石动力破碎的难易程度及提高冲击破岩效率提供参考。
土库曼斯坦阿姆河右岸气田复杂深井超高密度钻井液技术
刘伟, 李华坤, 徐先觉
2016, 44(3): 33-38. doi: 10.11911/syztjs.201603006
摘要:
土库曼斯坦阿姆河右岸气田的上侏罗系基末利阶长段膏盐层(厚度为700~1000 m)是典型的异常高压地层,钻井过程中存在高压盐水侵的风险,钻井液密度高达2.48 kg/L,常规钻井液不能满足安全快速钻井需要。为此,在现有饱和盐水钻井液的基础上,优选了抗高温、抗膏盐层污染处理剂,并与其他处理剂复配,研制了超高密度饱和盐水钻井液。室内性能评价试验显示,该钻井液密度可达2.48 kg/L,具有高温稳定性强、润滑性好、页岩抑制能力强和抗污染能力强等特点。30多口井的现场应用表明,该钻井液能解决长段膏盐层钻进中的地层蠕变、钻井液易污染及高压盐水侵等技术难点,并能大大提高机械钻速,缩短钻井周期。
大牛地气田新型防塌钻井液研究及应用
李志勇, 李鸿飞, 张立新, 韦火云, 李岩
2016, 44(3): 39-43. doi: 10.11911/syztjs.201603007
摘要:
鄂尔多斯盆地大牛地气田石千峰组和石盒子组地层在钻进过程中易出现井壁垮塌,并引起其他井下复杂情况,经常造成钻井无法顺利进行。为此,在该气田原来钻井液配方的基础上,将研制的新型防塌封堵剂PAS-5与阳离子沥青粉YK-H复配作为封堵剂,引入凝胶型携岩剂,并增大了抗高温降滤失剂的加量,配制了新型防塌钻井液。室内试验表明,该钻井液性能优良,流变性、抗温性和抑制性均较好,滚动回收率均大于96.0%,封堵率可达91.3%。新型防塌钻井液在大牛地气田4口井进行了现场应用,钻井过程中均未出现井下复杂情况,井径扩大率均小于6.00%,目的层平均机械钻速明显提高,实现了安全、优质及快速钻井。应用结果表明,新型防塌钻井液能够有效解决大牛地气田石千峰组和石盒子组地层井壁失稳问题。
新型抗高温水泥悬浮剂的研制与现场试验
杨勇
2016, 44(3): 44-49. doi: 10.11911/syztjs.201603008
摘要:
针对深井井下温度高、水泥浆沉降稳定性难以保证的问题,研制了共聚物水泥悬浮剂。选用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为共聚单体,采用自由基水溶液聚合法,合成了三元共聚物(AMPS/AM/NVP)水泥悬浮剂,并根据正交试验结果,确定了其最佳合成条件。利用红外光谱和核磁共振谱分析验证了其结构,热分析结果表明其具有较好的热稳定性。性能评价试验表明,合成的共聚物悬浮剂在200℃下能够控制水泥石上下密度差小于0.01 g/cm3、游离液为0,且抗饱和盐水,稠化性能、滤失性、流变性、强度等性能均满足现场要求。3口井的现场试验表明,新型抗高温水泥悬浮剂可以提高深井固井施工安全和固井质量。
螺杆驱动旋冲钻井工具设计及试验研究
马广军, 王甲昌, 张海平
2016, 44(3): 50-54. doi: 10.11911/syztjs.201603009
摘要:
为提高石油钻井破岩效率,将螺杆高速旋转与冲击器高频冲击相结合,设计了一种螺杆钻具驱动的新型机械式旋冲钻井工具。在设计旋冲钻井工具结构的基础上,建立了直井中单次冲击功、冲击频率等关键参数的计算模型,并进行了实例计算分析。计算结果表明,直井中单次冲击功仅是凸轮推程和钻压的函数,当钻柱结构确定且存在一定长度(大于500 m)的φ127.0 mm钻杆时,单次冲击功与钻压成正比关系,改变钻压可实时调整冲击功。工程样机测试表明,该工具结构设计合理,能够实现螺杆驱动钻头高速旋转和高频冲击,进一步提高工具的耐磨性能后具有良好的应用前景。
可旋转膨胀尾管悬挂器性能研究及现场试验
郑晓志, 谷磊, 马兰荣, 张国安
2016, 44(3): 55-60. doi: 10.11911/syztjs.201603010
摘要:
可旋转膨胀尾管悬挂器结构复杂,施工工艺不同于常规悬挂器,现场试验难度大。为解决该问题,分析了φ177.8 mm×φ139.7 mm可旋转膨胀尾管悬挂器及各关键部件的结构和工作原理,根据整机地面膨胀试验、悬挂性能测试、模拟入井试验等试验结果,确定了悬挂性能参数、膨胀性能参数和施工参数,并制定了现场施工工艺。可旋转膨胀尾管悬挂器在GSS-036LR井进行了现场试验,成功完成固井作业,膨胀压力小于20 MPa,膨胀施工作业排量小于0.2 m3/min。研究表明,研制的可旋转膨胀尾管悬挂器能够实现旋转、膨胀坐挂和丢手功能,施工工艺可满足现场施工需求。
弹性蓄能激发式旋冲钻井工具特性分析
玄令超, 管志川, 呼怀刚, 李敬皎
2016, 44(3): 61-66. doi: 10.11911/syztjs.201603011
摘要:
为了解决常见旋冲钻井工具冲击力小、冲击频率不稳定的问题,设计研制了弹性蓄能激发式旋冲钻井工具,将弹性蓄能元件与凸轮机构结合,利用螺杆马达带动齿形冲击振套碰撞产生冲击载荷。基于冲击动力学理论建立了该工具冲击参数计算模型,利用钻井泵和高速力值采集系统开展了工具样机冲击特性测试研究。试验结果表明,该工具冲击载荷曲线形态接近于简谐曲线,冲击载荷峰值为18~43 kN,冲击载荷随弹性元件压缩量增大而增大;冲击频率为25.7~37.2 Hz,可以由钻井泵流量调节。根据力学分析和试验结果,该工具冲击频率为螺杆马达转速与冲锤齿数的乘积,且与钻井液排量成正比;冲击载荷与弹性元件压缩量呈幂函数增加关系,与齿面变形系数呈幂函数增加关系;冲击作用时间与冲锤质量呈幂函数增加关系,与齿面变形系数呈幂函数减小关系。弹性蓄能激发式旋冲钻井工具的研制和特性分析,为旋冲钻井技术的发展提供了一种新的设计方法和技术思路。
筛管外水泥环挤压酸洗管柱研制与应用
田启忠
2016, 44(3): 67-71. doi: 10.11911/syztjs.201603012
摘要:
在筛管完井注水泥过程中,封隔器破损或卡封部位井径扩大,水泥浆会漏入筛管段将油层封固。为了打开油层重新建立油气生产通道,基于自主研制的水泥环挤压装置,形成了水泥环挤压酸洗管柱。水泥环挤压装置两端的封隔总成能够密封挤压装置与筛管之间的环空,然后利用节流传压总成传递的高压破碎筛管外的水泥环,而管柱底部的密封插管可打开人工井底的洗井阀并建立反循环洗井通道,将筛管外的水泥碎渣反洗至地面,恢复近井地带的渗透率。水泥环挤压酸洗管柱在胜利油田5口井进行了现场试验,成功率100%,试挤作业施工后,被封固的筛管段与地层连通性恢复正常。水泥环挤压酸洗管柱的成功研制,为解决筛管顶部注水泥完井后筛管段漏入水泥的问题提供了一种新的处理方法。
Lietard天然裂缝宽度预测模型求解新方法
彭浩, 李黔, 尹虎, 唐志强
2016, 44(3): 72-76. doi: 10.11911/syztjs.201603013
摘要:
采用图版法求解Lietard天然裂缝宽度预测模型时速度慢、易产生人为误差,为迅速准确地预测井漏时的天然裂缝宽度,给堵漏作业和屏蔽暂堵作业提供决策依据,开展了数值解法研究。研究Lietard模型发现,用Lietard模型计算得到的理论漏失特征曲线存在近似直线段,可作线性化处理,因此,基于井漏时实测得到的漏失数据,采用最小二乘法建立实钻漏失特征曲线近似直线段线性参数的计算模型,并运用自适应搜索法找出与实钻漏失特征曲线唯一对应的理论漏失特征曲线,根据该曲线的无因次有限侵入值反演出天然裂缝宽度。经过试验研究,建立了实钻漏失特征曲线近似直线段线性参数的计算模型,实现了无盲区自动匹配,将匹配误差控制在0.001%以内,克服了人为误差,并能快速完成Lietard模型求解。研究结果表明,Lietard模型的求解精度与实钻漏失特征曲线近似直线段的线性相关度呈正比关系,在同一相关度下,新方法比图版法求解速度更快、精度更高。
潜孔钻头端面切削齿载荷仿真研究
冯一璟, 张来斌, 郑文培, 邓嵘, 冯定
2016, 44(3): 77-82. doi: 10.11911/syztjs.201603014
摘要:
为使潜孔钻头布齿更加合理及为钻头结构改进提供理论依据,达到提高潜孔钻头破岩效率、延长其使用寿命的目的,需要了解潜孔钻头端面切削齿的载荷分布。为此,建立了平面、凸面和凹面3种端面形式的潜孔钻头三维模型,以显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA中常用的H-J-C模型为材料模型,并利用H-J-C模型中的等效屈服强度、压力、积累损伤等函数对潜孔钻头的破岩过程进行仿真,分析不同齿圈上切削齿的载荷状态,并将切削齿载荷分解到轴向、径向及切向3个方向,运用控制变量的方法对3种不同端面形式潜孔钻头的切削齿进行力学分析。研究结果表明:凹面潜孔钻头的轴向载荷峰值最大且径向载荷峰值最小;潜孔钻头切削齿载荷的主要差别在边齿及其相邻齿圈的切削齿上,与其余齿圈上的切削齿关系不大;潜孔钻头边齿的载荷最大,易损坏。模拟结果可为切削齿的选择、切削齿的分布及潜孔钻头的结构设计提供依据。
延川南煤层气田V形水平井组压裂技术
高应运
2016, 44(3): 83-87. doi: 10.11911/syztjs.201603015
摘要:
延川南煤层气田存在单井产气量低、生产成本高和投资回收期长的问题,为此,进行了煤层气V形水平井组压裂技术研究。在统计该气田已压裂井裂缝方位的基础上,预测待压裂井的裂缝方位,依据煤层厚度及2口水平井水平段的埋深与夹角设计裂缝位置及裂缝长度,并优选分段压裂工艺、压裂液、支撑剂及压裂参数,形成了延川南煤层气V形水平井组压裂技术。该压裂技术在延川南煤层气田3组V形水平井组进行了应用,累计压裂29段,平均每段用液量881 m3、加砂量49.4 m3,压裂成功率90%,平均产气量是定向井的6.18倍,投入产出比低于定向井。现场应用表明,煤层气V形水平井组压裂技术可以提高单井产气量,降低生产成本,缩短投资回收期。
基于权重分配的页岩气储层可压性评价新方法
王汉青, 陈军斌, 张杰, 谢青, 魏波, 赵逸然
2016, 44(3): 88-94. doi: 10.11911/syztjs.201603016
摘要:
为了解决现有页岩气储层可压性评价方法无法连续评价页岩气储层可压性的问题,考虑地质甜点和工程甜点双重因素,通过定量评价地质甜点参数,综合矿物组分含量、细观力学参数计算工程甜点参数,运用标准化、归一化、调和平均和算数平均方法建立了基于权重分配的页岩气储层可压性评价模型。该评价模型充分考虑了页岩储层含气性和易改造性的潜力,确定总有机碳含量、镜质体反射率、剪切模量和断裂韧度4个参数作为评价可压性的关键参数:当总有机碳含量大于2%、镜质体反射率大于1.3%、硅质矿物含量为20%~60%、碳酸盐岩矿物含量为10%~30%、黏土矿物含量为30%~50%时,页岩气储层最适合进行压裂改造。利用建立的评价模型评价了四川盆地威远地区某页岩气井W井储层段的可压性,并根据评价结果指导了该井的压裂设计与施工,压后微地震监测显示,产生了较多裂缝,实现了体积压裂。这表明,利用该评价模型可以连续评价储层的可压性,根据计算结果可以更加准确地划分有效压裂层段和遮挡层段,可操作性强,具有工程应用价值。
水平井自适应调流控水装置研制与应用
赵崇镇
2016, 44(3): 95-100. doi: 10.11911/syztjs.201603017
摘要:
针对边底水油藏水平井由于跟端趾端效应和水平段地层非均质性造成含水率快速升高的情况,在分析油水物性和调流控水筛管应用工艺的基础上,利用层流与紊流的流动特性,研制了一种能够根据产出流体的情况自动调节附加阻力的"主动式"自适应调流控水装置。流体动力学流场模拟及室内性能试验结果表明,油水流经自适应调流控水装置时,油相的摩阻低、水相的摩阻高,最大水油压降比可达10.0以上,具有自动调节油水附加阻力的功能。自适应调流控水装置在塔河油田底水油藏水平井A井进行了现场试验,与未应用调流控水装置的邻井相比,低含水采油期延长3个月以上。研究与试验表明,自适应调流控水装置可以根据产出流体的情况,自动对产出水进行节流,解决了边底水油藏水平井底水锥进的问题。
辽河油田高效液压套管整形工具的研制与应用
张洪宝
2016, 44(3): 101-104. doi: 10.11911/syztjs.201603018
摘要:
针对辽河油田变形套管整形修复率低、施工周期长及成本高的问题,根据液力增压和滚珠挤压整形原理,研制了高效液压套管整形工具。该整形工具由整形头、增压液缸、泄压装置和液压锚定装置构成。室内试验表明:液压套管整形工具的整形效率高,与常规整形工具相比,整形效率提高约40%,且对套管损伤小,能尽可能恢复套管内径。该整形工具在辽河油田13口套损井进行了现场应用,顺利完成了12口井的套管修复,成功率92.3%。研究与应用表明,液压套管整形工具适用于套管缩径井的修复作业,能基本满足辽河油田套损井套管整形的需要。
新型自悬浮支撑剂性能评价与现场应用
张龙胜, 秦升益, 雷林, 熊炜, 黄博, 王中学
2016, 44(3): 105-108. doi: 10.11911/syztjs.201603019
摘要:
针对常规胍胶压裂液压裂时残渣对低渗油藏储层伤害大、配液流程复杂、作业强度大的问题,以覆膜石英砂为支撑剂核心、膨胀性树脂为悬浮性材料制备了自悬浮支撑剂,对其性能进行了评价,并开展了清水压裂试验。室内性能评价结果表明:自悬浮支撑剂的理化性能与陶粒、覆膜石英砂相当,导流能力与覆膜石英砂相当,可以在140 s内形成悬浮状态,在110℃下静置120 min不会分层;在540 s-1剪切速率下,剪切10 min后,稳定时间为27 min,而且破胶后胶液的黏度只有4 mPa·s。该自悬浮支撑剂在6口井的清水压裂中进行了应用,施工成功率100%,达到了国内常规冻胶压裂液加砂压裂的技术指标。研究结果表明,自悬浮支撑剂可以满足清水压裂施工的需求,能达到节省胍胶、简化配液流程、减轻储层伤害的目的,具有良好的经济效益和广阔的应用前景。
基于蒙特卡洛模拟的极限注水压力不确定性分析
武胜男, 张来斌, 邓金根, 曹砚锋, 文敏
2016, 44(3): 109-114. doi: 10.11911/syztjs.201603020
摘要:
海上油田注水过程中,为防止由于注水压力不合理而导致盖层完整性被破坏,需要对极限注水压力的不确定性及敏感因素对其的影响规律进行分析。以PL19-3油田某注水井为研究对象,利用FLAC3D软件建立了储盖层模型,模拟计算了盖层开始发生破坏时的注水压力即极限注水压力,分析了渗透率、内聚力和内摩擦角等参数对极限注水压力的影响,并采用蒙特卡洛模拟方法分析了极限注水压力的不确定性。结果表明:当注水压力达到极限注水压力时,盖层开始发生破坏;随着渗透率增大,极限注水压力呈现出先增大后减小再缓慢增大的趋势;随着内聚力和内摩擦角的增大,极限注水压力分别呈现线性增大和二次函数增大的趋势。确定性极限注水压力只是不确定性分析结果的一部分,而通过不确定性分析可以得到盖层发生破坏可能性较大的极限注水压力区间,能够对极限注水压力进行全面评估,可以为现场注水安全管理提供理论指导。
随钻方位电磁波仪器探测电阻率各向异性新方法
杨震, 文艺, 肖红兵
2016, 44(3): 115-120. doi: 10.11911/syztjs.201603021
摘要:
随着随钻方位电磁波仪器在大斜度井和水平井中的广泛应用,电阻率各向异性已成为影响地质导向和地层评价准确性的主要因素之一。以Baker Hughes公司的APR仪器为例,根据随钻方位电磁波仪器多分量的特点,采用数值模拟方法分析电阻率各向异性对仪器各分量信号响应的影响,利用对称发射补偿测量来增强或消除各向异性的影响,并采用正反演方法确定地层电阻率各向异性。模拟结果表明:磁场信号轴向分量与电阻率各向异性在相对井斜角0°~90°内呈单调递增关系;磁场信号横向分量与电阻率各向异性呈抛物线规律,在相对井斜角为0°和90°时影响为零;随钻方位电磁波电阻率仪器不同分量进行组合可以确定地层电阻率的各向异性。对方位电磁波响应曲线数据进行三参数反演得到地层水平电阻率、垂直电阻率以及相对井斜角,利用反演后的测量资料可以提高地层评价和地质导向的准确性。
古城地区碳酸盐岩岩性及微相测井识别方法
张君龙, 汪爱云, 何香香
2016, 44(3): 121-126. doi: 10.11911/syztjs.201603022
摘要:
碳酸盐岩沉积相系统刻画及相关研究受到岩石样品有限的制约,为了充分发挥测井曲线高分辨率、信息量丰富的优势,开展了古城地区碳酸盐岩岩性及微相测井识别方法研究。在利用岩样确定的微相类型对测井曲线进行标定的基础上,依据常规测井参数与碳酸盐岩岩性、微相的响应关系,优选出DEN、DT、PE和U、Th、K等敏感测井曲线,进行新的参数组合,建立了岩性识别及微相识别图版,符合率分别为85.4%和81.4%。另外,建立函数关系将各微相类型按照沉积能量进行量化分类,并给出微相能量参数曲线。该方法识别出的微相及其能量参数曲线在相带及沉积旋回的空间划分对比的应用中,符合典型碳酸盐岩沉积模式中的相序组合及沉积能量分布特征,与岩石薄片典型相标志所确定的沉积相带一致。该识别方法的应用效果较好,可以作为沉积相精细研究的重要补充手段。