石油钻探技术

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李根生, 黄中伟, 李敬彬

2017, 45(2): 1-9. doi: 10.11911/syztjs.201702001

摘要(10650) 全文 (74) [PDF 1241KB](14029)

摘要:
水力喷射径向水平井技术可在垂直井眼内沿径向钻出呈辐射状分布的一口或多口水平井眼，从而增大与储层的接触面积，建立高导流通道，是一种经济高效的油田挖潜和增产增注技术，其关键技术包括射流破岩钻孔能力、水力参数计算、射流钻头自进与井眼延伸能力、井眼轨迹测量与控制等。针对上述关键技术开展了深入系统的研究：分析了目前应用于径向水平井钻井的各类型射流钻头的基本原理，建立了射流破岩比能模型，通过对比分析认为旋转多孔射流钻头综合破岩效果最佳；建立了径向水平井喷射钻进系统压耗计算模型，对比分析了不同直径连续油管的循环压耗，分析了相关参数对系统压耗的影响规律，为水力参数设计提供了依据；建立了旋转多孔射流钻头自进力计算模型与径向水平井延伸极限计算模型，对比了不同作业条件下径向水平井的延伸极限，为装备优选和径向井眼设计提供了依据；探讨了微机电惯性元件测量径向井眼轨迹的方法原理，为径向井眼轨迹测量提供了一种可行的方法。该研究成果可为形成水力喷射径向水平井技术体系与推广应用奠定基础。

塔里木油田HLHT区块超深井钻井提速配套技术

李宁, 周小君, 周波, 杨成新, 白登相, 何世明

2017, 45(2): 10-14. doi: 10.11911/syztjs.201702002

摘要(10058) 全文 (140) [PDF 960KB](11374)

摘要:
塔里木油田HLHT区块储层埋藏深、上部地层松软和下部地层岩石可钻性差，导致出现机械钻速低、钻井周期长等问题，在将井身结构优化为塔标Ⅲ三开井身结构的基础上，把提速重点聚集于二开井段，通过分析地层的可钻性，优选钻头及配套提速工具，并结合钻井实践经验，制定了二开钻井提速技术方案：二叠系以上地层，采用长寿命大扭矩螺杆/国产高效螺杆+ STS915K型或MS1952SS型高效PDC钻头复合钻井提速技术；二叠系及其以下地层，采用Torkbuster扭力冲击器+U513M型或U613M型专用PDC钻头钻井提速技术。现场应用表明，HLHT区块超深井应用钻井提速配套技术后，平均机械钻速逐年提高，从5.55 m/h逐渐提高至8.82 m/h，平均钻井周期逐年缩短，从131.0 d逐渐缩短至86.1 d。这表明，HLHT区块超深井钻井提速配套技术提速效果显著，能够满足该区块超深井快速高效安全钻井的需要。

陇东气田水平井钻井技术

王万庆

2017, 45(2): 15-19. doi: 10.11911/syztjs.201702003

摘要(9316) 全文 (109) [PDF 942KB](10976)

摘要:
为了解决陇东气田水平井钻井过程中井壁易失稳、机械钻速低、钻井周期长等技术难点，开展了水平井钻井技术研究。根据地层特点将水平井设计为三开井身结构，利用表层套管封固易塌易漏地层；根据靶前距要求并为了确保井眼轨迹平滑，设计采用五段制井眼轨道；针对不同井段的井眼轨迹控制要求，采用了相应的井眼轨迹控制技术；根据不同井段钻遇地层的特点，优选了个性化PDC钻头，优化钻井液性能并制定了相应的维护处理措施，形成了适用于陇东气田的水平井钻井技术。现场应用表明，陇东气田水平井钻技术能解决水平井钻井过程中存在的技术难点，实现提高机械钻速、缩短钻井周期的目的。

复合冲击破岩钻井新技术提速机理研究

查春青, 柳贡慧, 李军, 李玉梅, 席岩

2017, 45(2): 20-24. doi: 10.11911/syztjs.201702004

摘要(9260) 全文 (107) [PDF 1090KB](11039)

摘要:
为了解决PDC钻头钻遇硬地层时出现的机械钻速低、钻头粘滑振动失效快等问题，提出了PDC钻头复合冲击钻井破岩新技术，并对该技术的提速机理进行了研究。根据建立的PDC钻头受单向轴向冲击及复合冲击时的扭转振动模型，对PDC钻头的运动规律进行了分析，并利用ABAQUS软件对岩石受单向轴向冲击及复合冲击时所受的剪切力进行了模拟。模拟结果表明，PDC钻头受单向轴向冲击时切削齿的切削深度会增加，但是会造成PDC钻头扭转振动；复合冲击大大提高了PDC钻头对岩石的剪切作用，降低了岩石的阻抗扭矩，从而抑制了PDC钻头受单向轴向冲击所产生的扭转振动。研究表明，PDC钻头复合冲击钻井破岩新技术能够增加切削齿的切削深度并抑制扭转振动，提高硬地层的机械钻速。

页岩气储层工程地质力学一体化技术进展与探讨

杨恒林, 乔磊, 田中兰

2017, 45(2): 25-31. doi: 10.11911/syztjs.201702005

摘要(9511) 全文 (120) [PDF 990KB](11266)

摘要:
南方复杂山地海相页岩气水平井钻井完井过程中存在井壁稳定性、井筒完整性和储层可压性等工程地质力学问题与挑战，套管变形已经成为制约页岩气资源高效开发的生产技术难点。综述了地质力学一体化建模、岩石力学各向异性测试和胶结结构基础性研究进展，建立了龙马溪组优质页岩构造模型和地质力学参数模型，以龙11亚段页岩为例，分析了矿物组分、胶结结构和剪切摩擦特性对裂缝稳态-非稳态扩展的影响，揭示了页岩颗粒矿物支撑结构的非稳态破坏和黏土胶结结构的稳态破坏机理。研究结果表明，强化地质工程一体化技术研究，依据水平井眼穿越不同小层的矿物组分、胶结结构和地质力学特征进行分段分簇压裂方案设计，可以实现我国页岩气的高效开发。

超深井钻柱粘滑振动特征的测量与分析

滕学清, 狄勤丰, 李宁, 陈锋, 周波, 王敏

2017, 45(2): 32-39. doi: 10.11911/syztjs.201702006

摘要(9447) 全文 (117) [PDF 1327KB](11040)

摘要:
粘滑振动是引起钻具失效、影响钻井时效的复杂振动形式，国内外学者对其产生机理进行了大量研究，但至今没有定论。采用ESM钻柱振动测量工具测量了某超深井井下钻柱的三轴加速度，通过分析三轴加速度的特征，研究了井下钻柱的粘滑振动特征。结果表明：实测井段发生了大量的粘滑振动，粘滑振动频率约为0.11 Hz，粘滑振动周期约为9.0 s，粘滞时长达4.0 s，滑脱阶段井下钻柱转速最大达330.0 r/min，约为地面转速的2.75倍；粘滑振动与地面测量扭矩波动具有很好的对应关系，说明可以通过地面测量扭矩特征初步判断井下钻柱是否产生粘滑振动。频域分析结果表明，当发生滑脱运动时，径向加速度的频谱中粘滑振动频率对应的能量幅值最大，同时还包含横向共振频率和与井壁接触产生的外激励频率等，但轴向振动的频谱中粘滑振动频率对应的能量幅值较小，表明钻柱粘滑振动过程中扭转振动最为突出，并存在强烈的横向振动和较弱的轴向振动。研究结果对描述粘滑振动的特征、判断超深井钻井过程是否发生粘滑振动和及时采取消除粘滑振动技术措施具有指导作用。

粒子射流冲击破岩效果影响因素试验研究

王方祥, 王瑞和, 周卫东, 李罗鹏

2017, 45(2): 40-45. doi: 10.11911/syztjs.201702007

摘要(9167) 全文 (73) [PDF 1085KB](10754)

摘要:
为了更准确地分析粒子射流冲击破岩规律，从而有效指导粒子冲击钻井工艺参数的优选，通过粒子射流冲击破岩正交试验，确定了粒子射流各因素影响破岩效果的重要程度，然后根据单因素粒子射流冲击破岩试验，分析了粒子体积分数、粒子直径、喷射角度等主要因素对破岩效果的影响规律，并优选了粒子冲击参数。试验得出，粒子射流各因素对破岩效果的影响程度由大到小依次为喷射时间、粒子体积分数、粒子直径、喷射角度和喷距，最优粒子体积分数为2.0%，最优粒子直径为1.5 mm，最优喷射角度为15°。研究结果表明，岩石破碎孔眼深度与粒子体积分数和粒子直径均成二次函数关系，与喷射角度成四次函数关系；孔眼体积与粒子体积分数、粒子直径和喷射角度均成三次函数关系。该研究结果可为粒子冲击钻井技术的推广应用提供理论支撑。

承扭式连续管开窗钻具组合力学特性研究

房军, 韩晓菲, 曾静, 高德利

2017, 45(2): 46-53. doi: 10.11911/syztjs.201702008

摘要(8829) 全文 (68) [PDF 1281KB](10772)

摘要:
针对目前连续管侧钻开窗工艺存在的动力钻具容易反转、切削动力不足等主要问题，提出了一种承扭式连续管开窗钻具组合，并介绍了其工作原理，建立了纵横弯曲力学模型，进行了侧钻窗口形状设计和铣鞋力学特性分析，讨论了钻压、动力钻具长度、柔性短节长度和抗弯刚度等参数对磨铣过程中侧向力、转角的影响。计算结果表明：侧向力随铣鞋偏心位移增加呈线性增大，在骑套段侧向力和转角不发生变化；侧向力随钻压升高由降斜力变为增斜力，随动力钻具长度增加先减小后增大，随柔性短节长度增加由增斜力变为降斜力，随柔性短节抗弯刚度增加而减小；铣鞋转角受钻具组合参数的影响小。研究结果表明：通过改变钻压、钻具组合尺寸参数可以调节开窗钻具组合的力学性能，控制磨铣过程中铣鞋的侧向力，这对现场钻井作业具有一定的指导意义。

明1井交联成膜与化学固结承压堵漏技术

刘金华, 刘四海, 龙大清, 陈曾伟, 靳瑞环

2017, 45(2): 54-60. doi: 10.11911/syztjs.201702009

摘要(9587) 全文 (71) [PDF 1112KB](10811)

摘要:
明1井二开1 894.00~2 514.00 m井段钻进过程中漏失频发，且地层承压能力低，为保证二开后续井段钻井安全，需要对该井上部井段进行承压堵漏作业，以提高其承压能力。在分析漏失情况和钻遇地层岩性的基础上，确定了易漏失层位。根据易漏失层位的岩性并借鉴前期堵漏经验，确定采用交联成膜与化学固结承压堵漏技术进行承压堵漏作业，即首先利用交联成膜堵漏浆初步提高地层的承压能力，再利用化学固结堵漏浆进一步提高地层的承压能力，以满足高压油气层安全钻进要求。明1井上部井段进行交联成膜与化学固结承压堵漏后，2 021.58 m以浅井段地层的承压能力提高到1.70 kg/L以上，2 021.58 m以深井段地层的承压能力高于1.60 kg/L，达到了承压要求，二开井段后续钻井过程中，承压堵漏井段未再发生漏失。实践表明，交联成膜与化学固结承压堵漏技术可大幅度提高易漏失地层的承压能力，为同类地层承压堵漏提供技术借鉴。

膨胀波纹管在大牛地气田定向井段的应用

刘鹏, 夏柏如, 陶兴华, 胡彦峰, 涂玉林

2017, 45(2): 61-67. doi: 10.11911/syztjs.201702010

摘要(9223) 全文 (59) [PDF 1152KB](10809)

摘要:
为了将Φ149.2 mm膨胀波纹管用于封隔大牛地气田定向井段易坍塌地层，采用有限元模拟和室内试验相结合的方法，分析了膨胀波纹管的外径、最大等效应力和最大等效塑性应变随井眼条件和膨胀压力变化的规律。室内研究结果表明，Φ149.2 mm膨胀波纹管满足大牛地气田定向井段应用的要求。Φ149.2 mm膨胀波纹管在大牛地气田PG22井和DPT-112井进行了应用，成功封隔了定向井段煤层和泥岩互层等复杂地层。其中，PG22井中封隔段长为109.00 m，井斜角59.72°~73.69°。膨胀波纹管在大牛地气田定向井段的成功应用，表明膨胀波纹管具备封隔大斜度井中复杂地层的能力，为提高井下作业安全提供了一种新的技术手段。

叶轮式井底盘阀脉冲射流钻井工具性能分析与优化

邵冬冬, 李伟, 蒋小平, 刘亚, 刘思晗

2017, 45(2): 68-75. doi: 10.11911/syztjs.201702011

摘要(9131) 全文 (70) [PDF 1212KB](10867)

摘要:
为进一步提高钻井效率，基于井底不对称流场在清岩与辅助破岩等方面所具有的良好效果，设计了一种以小型水动力叶轮为驱动力来源的叶轮式井底盘阀脉冲射流钻井工具，并通过数值模拟及试验对水动力叶轮与该射流工具进行了优化设计。利用计算流体力学软件Pumplinx对叶轮区域进行了全工况数值模拟，通过分析内部流场的压力、速度以及湍动能的分布特性，总结了叶轮转速与阻力扭矩及轴向力之间的响应关系；通过在该射流工具进口段布置导流块、对叶片轮毂端进行光顺处理以及选取合适的叶片包角等优化措施，让叶轮进口流场得到改善的同时，提高了叶轮的水动力特性并消除了部分轴向力。模拟结果显示，初始叶轮在75 r/min转速下可克服的自然负载阻力扭矩从1.07 N·m提高到3.93 N·m。研究结果表明，所述优化方案能大幅提高叶轮式井底盘阀脉冲射流工具的脉冲性能，优化效果十分显著。

特高含水期油田“四点五类”剩余油分类方法

王友启

2017, 45(2): 76-80. doi: 10.11911/syztjs.201702012

摘要(8980) 全文 (58) [PDF 994KB](10855)

摘要:
特高含水期油田的油水分布状况复杂，需要明确其剩余油的定义、属性分类方法和水驱开发潜力评价方法。在油藏水驱极限驱油效率研究和渗流力学分析的基础上，选取油水渗流特征点对应的4个含油饱和度为剩余油分类界限点，建立了特高含水期油田"四点五类"剩余油属性分类方法。将特高含水期油田剩余油划分为富集油、相对富集油、可动用油、难动用油和残余油5类，分析了这5类剩余油的具体属性、开发调整对策及措施方向。根据提出的油田水驱开发潜力评价方法，将特高含水期油田水驱开发潜力划分为水驱极限潜力、可动用潜力和难动用潜力3类，并对中国石化10个中高渗透油田的剩余油属性分类和水驱开发潜力进行了分析，结果表明，特高含水后期普遍分布的剩余油以难动用油为主，局部富集的剩余油以相对富集油为主，注水开发极限潜力巨大，但近4/5为难动用潜力油藏。特高含水期油田"四点五类"剩余油分类方法明确了剩余油的分布特征，为制定不同类型剩余油开发调整措施提供了理论依据。

红河油田水平井置胶成坝技术

魏开鹏, 杨欢, 斯容, 方群, 刘学全

2017, 45(2): 81-86. doi: 10.11911/syztjs.201702013

摘要(9038) 全文 (68) [PDF 1018KB](10785)

摘要:
针对红河油田长8油藏储层致密、裂缝发育导致水平井注水井组水窜严重的问题，进行了水平井置胶成坝技术研究及现场试验。在模拟长8油藏的条件下，以堵剂成胶后的黏度为指标，优化了聚合物冻胶堵水剂的配方，评价了其抗老化性、耐盐性、抗剪切性、封堵性和抗冲刷性。结果表明，聚合物冻胶堵水剂的成胶时间4~10 d可调，耐盐能力达1×105 mg/L，耐Ca2+能力达8 000 mg/L，抗剪切及抗冲刷性能较好，封堵率大于95%。2井次的现场试验结果表明，红河油田水平井注水井组应用水平井置胶成坝技术后，受效井产油量升高，含水率降低，累计增油102 t，含水率由99.0%降至92.3%，有效期超过了217 d。研究与试验表明，采用水平井置胶成坝技术能满足封堵深部注水优势通道的要求，可以解决红河油田水平井注水井组水窜的问题。

草舍油田CO2驱高气油比井举升新技术

张宏录, 谭均龙, 易成高, 李艺玲, 刘欣

2017, 45(2): 87-91. doi: 10.11911/syztjs.201702014

摘要(9605) 全文 (203) [PDF 1029KB](10856)

摘要:
在草舍油田注CO2驱油过程中，由于CO2通过大通道窜至生产井，造成气油比上升，导致常规管式泵泵效低，为此进行了CO2驱高气油比井举升技术研究。研制了防气射流泵和强制拉杆防气泵等关键工具，组合了具有二级防气功能的CO2驱高气油比井举升管柱，并采取了防止CO2腐蚀的技术措施，形成了CO2驱高气油比井举升新技术。该技术在草舍油田3口井进行了现场试验，结果表明，3口试验井平均泵效提高了10.5百分点，平均单井日增油2.0 t。这表明，CO2驱高气油比井举升新技术能够解决草舍油田CO2驱高气油比井泵效低的问题，达到提到泵效和产油量的目的，为提高草舍油田CO2驱整体开发水平提供了一种新的技术手段。

油田污水电化学诱导防垢新技术

王彪, 王友启, 李立

2017, 45(2): 92-95. doi: 10.11911/syztjs.201702015

摘要(9132) 全文 (38) [PDF 1022KB](10706)

摘要:
针对油田注水开发中加阻垢剂进行污水防垢处理时存在药剂作用距离有限、效果受环境因素变化影响的问题，提出了电化学诱导防垢的技术思路，并开展了试验研究。设计了室内评价装置并进行了试验，重点考察了诱导防垢处理前后污水中Ca2+、Mg2+质量浓度的变化情况；加工了现场小试装置，并在FM污水处理站进行了评价试验，考察了处理前后污水中阴离子、阳离子含量的变化情况。通过室内试验，优化了电极材料、极板间距、阴极面积、水流形式等电化学诱导防垢参数。现场试验结果显示，FM站污水经诱导防垢处理后，水中Ca2+质量浓度下降了18.2%、HCO3-质量浓度下降了23.6%；Scalechem 3.1垢化学分析软件预测显示，污水理论结垢量下降了43.4%。研究结果表明，电化学诱导防垢技术可以有效去除污水中的成垢离子，从而起到较好的防垢效果。

东风港油田特低渗透油藏微观孔隙结构及渗流特征试验研究

徐新丽

2017, 45(2): 96-100. doi: 10.11911/syztjs.201702016

摘要(9102) 全文 (79) [PDF 1061KB](10852)

摘要:
为了经济有效地开发东风港油田特低渗透油藏，对其储层的微观孔隙结构及渗流特征进行了试验研究。以沙四段上段为例，选取具有代表性的4块岩心，利用恒速压汞仪器，分别获得了其喉道半径、孔隙半径、孔喉半径比和毛管压力的分布特征；在70 ℃条件下，采用非稳态法分别对4块岩心进行水驱油相渗试验，获得了特低渗透储层的渗流特征。试验得出，喉道半径分布范围越宽峰值越大，孔隙半径分布差别不明显，孔隙半径比因渗透率不同而不同，特低渗透岩心排驱压力大，最大连通喉道半径比较小，储层开采难度相对较大；该储层平均束缚水饱和度相对较高，随着渗透率的升高，两相共渗区跨度逐渐减小。研究结果表明，驱油效率和渗透率高低相关性差；正常型相对渗透率曲线对应的多是孔喉半径比较大、连通性较差的储层，而直线型相对渗透率曲线对应的则是孔喉半径比相对较小、孔隙连通性较好的储层。因此，厘清微观孔隙结构对于合理制定开发方案具有指导意义。

页岩表面甲烷气吸附机理及影响因素研究

张建阔

2017, 45(2): 101-106. doi: 10.11911/syztjs.201702017

摘要(9053) 全文 (48) [PDF 1060KB](10848)

摘要:
页岩表面甲烷气的吸附机理及影响因素研究对于准确预测页岩气藏的可采储量至关重要，为此利用MS软件，采用巨正则蒙特卡罗方法建立了页岩气在泥页岩地层中的吸附模型，对页岩气在地层中的存在状态进行了分子动力学模拟。分别用石墨代替有机质干酪根、二氧化硅晶体代替黏土矿物、甲烷气（CH4）代替页岩气，模拟了不同大小孔隙石墨和不同极性二氧化硅表面CH4的吸附过程，分析了吸附状态、吸附能等参数。分子模拟结果表明，CH4与二氧化硅表面的作用以库仑力为主，吸附能和吸附量随表面极性增强而降低；CH4与石墨表面的作用以范德华力为主，吸附体系总能量和吸附能均随孔隙直径增大而降低，因此CH4的吸附厚度和吸附态CH4的比例也随之减小。研究表明，有机质是CH4吸附的主要载体，石墨对CH4的吸附能力远大于二氧化硅，且CH4在石墨表面的吸附为多层的物理吸附，是影响页岩储层CH4储量的主要因素。

基于R-K-S方程的同心双管注多元热流体传热特征研究

孙逢瑞, 姚约东, 李相方, 陈刚, 丁冠阳

2017, 45(2): 107-114. doi: 10.11911/syztjs.201702018

摘要(9347) 全文 (62) [PDF 1301KB](10927)

摘要:
为了解同心双管注多元热流体的传热特征，获得最优的井底蒸汽参数，基于实际气体R-K-S状态方程和质量、能量与动量守恒方程，结合经典地层内瞬态传热模型，建立了同心双管注多元热流体井筒传热数学模型。在验证模型的基础上，分析了井筒内混合汽/气典型传热特征，近井口处无接箍油管和内油管环空之间的温差较小，会导致流体热物性参数剧烈变化，但温度梯度快速趋于一致。应用该模型对非凝结气含量和注汽温度进行了优化计算，结果表明，非凝结气含量增大，井底过热度减小；随着无接箍油管注汽温度升高，井底过热度增加。研究结果表明，注汽参数对井筒内热参数分布有明显影响，现场作业时要根据井眼实际情况优选注汽参数。

随钻方位电磁波电阻率测井仪分段组合线圈系设计

倪卫宁, 张晓彬, 万勇, 孙伟峰, 戴永寿, 张卫

2017, 45(2): 115-120. doi: 10.11911/syztjs.201702019

摘要(9377) 全文 (80) [PDF 1149KB](11110)

摘要:
针对现有随钻方位电磁波电阻率测井仪地层层界面检测灵敏度较弱且层界面探测深度较浅的问题，设计了分段组合线圈系，并采用理论分析和仿真试验的方法，对不同线圈系的测量响应进行数值模拟计算，分析了层界面位置和距离变化对分段组合线圈系测量响应的影响规律。数值模拟结果表明，分段组合线圈系的感应电动势信号幅值明显高于现有线圈系的感应电动势信号幅值，其层界面探测深度约为1.70 m，优于现有线圈系的层界面探测深度。研究表明，分段组合线圈系可提高测井仪器的地层层界面检测灵敏度和层界面的探测深度，这可为随钻方位电磁波电阻率测井仪器的研制提供理论支持。

天然气水合物脱气装置研制及性能试验

魏纳, 陈光凌, 郭平, 李清平, 吕鑫

2017, 45(2): 121-126. doi: 10.11911/syztjs.201702020

摘要(9216) 全文 (67) [PDF 1023KB](10735)

摘要:
天然气水合物录井过程中，与振动筛相连接的脱气装置其脱气效率非常低，为解决该问题，研制了专用于天然气水合物录井的脱气装置并对其性能进行了室内试验。采用长0.7 m、宽0.7 m、高1.7 m的试验装置，开展了气液比10%~30%、转速0.33~1.33 r/s条件下的脱气效率数值模拟研究和室内试验。研究发现，在相同转速条件下，气液比为30%时模拟和室内试验得出的脱气装置的脱气效率最高；在相同气液比条件下，转速1.00 r/s时脱气装置的脱气效率最高。研究结果表明，研制的天然气水合物脱气装置能显著提高脱气效率，最优工况为气液比30%、转速1.00 r/s。

华北石油工程有限公司研制出复杂套损井修井工具

石钻

2017, 45(2): 126-126.

摘要(8483) 全文 (50) [PDF 794KB](10762)

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