2018年  46卷  第2期

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超临界二氧化碳钻井基础研究进展
王瑞和, 倪红坚, 宋维强, 肖彩云
2018, 46(2): 1-9. doi: 10.11911/syztjs.2018040
摘要:
超临界CO2钻井技术是以CO2为钻井介质的新型钻井技术,在实现CO2资源化利用和提高非常规油气钻探效益等方面潜力巨大,其关键理论和技术问题主要体现在超临界CO2在井筒中的流动规律、携岩能力、射流破岩及井壁稳定性等井筒多相流和流体与岩石相互作用方面。为此,利用超临界CO2在井筒中的流动模型分析了影响超临界CO2钻井环空压力分布的因素;通过理论计算和室内携岩试验分析了超临界CO2的携岩能力;根据理论分析和室内射流破岩试验分析了超临界CO2射流破岩机理;利用临界CO2与井壁围岩的力-热耦合模型并结合超临界CO2对岩石力学性质的影响,分析了超临界CO2钻井的井壁稳定性。结果表明:循环流量和井口回压是影响超临界CO2钻井环空压力分布的主要因素;井斜角为48°~72°时超临界CO2携岩最小返速比较高,超临界CO2的携岩效果与清水接近,但远优于空气;超临界CO2射流破岩产生的温度应力可有效降低破岩门限压力,提高破岩效率;采用超临界CO2钻进水平层理硬质页岩地层时井壁稳定性好。研究结果为完善超临界CO2钻井理论和尽快形成超临界CO2钻井技术奠定了理论基础。
南堡2号构造深层潜山水平井钻井完井技术
李云峰, 徐吉, 徐小峰, 朱宽亮, 吴艳
2018, 46(2): 10-16. doi: 10.11911/syztjs.2018045
摘要:
为了解决南堡2号构造深层潜山水平井钻井过程中井漏、溢流、机械钻速慢和钻井周期长等技术难题,开展了深层潜山水平井钻井完井技术研究。根据地层地质特点、潜山储层压力敏感性和井漏、溢流等情况,深层潜山水平井设计为四开和五开井身结构,设计采用"直—增—稳—增—稳—增—水平"七段式井眼轨道,优选了抗175℃的造斜工具、MWD监测仪器和抗220℃的水包油钻井液,并开展了水平井微流量精细控压技术及抗高温冻胶阀完井技术的应用研究,形成了适用于南堡2号构造深层潜山的水平井钻井完井技术。南堡2号构造15口深层潜山水平井钻井完井情况表明,井漏和溢流等井下复杂情况得到了有效控制,完钻井深最深达5 600.00 m,水平位移最大超过了4 000.00 m。潜山储层水平井钻井完井技术实现了南堡2号构造深层潜山储层的安全高效开发,具有较好的推广应用价值。
涪陵页岩气田三维水平井轨道优化设计方法探讨
李伟, 刘文臣, 周贤海, 倪红坚, 于凡, 臧艳彬
2018, 46(2): 17-23. doi: 10.11911/syztjs.2018041
摘要:
为了降低涪陵页岩气田三维水平井的施工难度,保障三维水平井安全高效钻进,提出了三维水平井轨道为"直井段—增斜段—稳斜段—稳斜扭方位段—稳斜段—增斜段—水平段"七段式的优化设计方法。首先根据井眼轨道的水平投影和垂直剖面建立轨道设计模型,再预设稳斜角和造斜方位角求解轨道设计模型,最后以轨道总长度最短为目标优选轨道。该方法将常规三维五段式轨道中增斜扭方位的第二个圆弧井段分为稳斜扭方位井段与铅垂面上的增斜井段进行设计,即先扭方位对准靶点方位再增斜中靶,以避免在极为关键的中靶阶段同时进行增斜与扭方位作业,降低中靶难度。采用该方法对已完钻井焦页14-3HF井重新进行轨道设计,并将设计结果与原设计轨道及实钻轨迹进行了对比,发现新设计的轨道与实钻轨迹更贴近,该井实钻时为降低施工难度就是先扭方位对准靶点方位再增斜中靶的,这表明该三维水平井轨道优化设计方法更适用于涪陵页岩气田三维水平井的轨道设计与现场施工。
渤海人工岛大型丛式井组加密防碰优化设计技术
许军富, 徐文浩, 耿应春
2018, 46(2): 24-29. doi: 10.11911/syztjs.2018048
摘要:
针对渤海人工岛B岛丛式井组大规模加密调整时,防碰绕障设计难度大、效率低的问题,在分析加密井整体防碰形势及特点的基础上,对已钻井数据进行精确性校准,基于行业标准关于丛式井组平台优化及防碰设计的原则,制定了大规模加密井防碰轨道设计流程,形成了整体优化设计方法,优化了钻井顺序、槽口匹配关系和防碰轨道设计参数。通过多轮次的槽口调整和轨道优化,在有限的井台空间内完成了45口加密井的井眼轨道设计和防碰分析工作,各井分离系数的最小值均满足行业标准最小限值1.5的要求,并且70%集中在1.7以上,整体上降低了防碰风险。研究结果表明,渤海人工岛大型丛式井组加密防碰优化设计技术能解决丛式井组大规模加密调整的防碰设计问题,并有助于提高设计质量和设计效率。
哥伦比亚Matambo区块深井钻井关键技术
郑振国, 黎红胜, 赵海艳, 温慧芸, 孙东方
2018, 46(2): 30-37. doi: 10.11911/syztjs.2018067
摘要:
哥伦比亚Matambo区块油藏埋深约5 000.00 m,具有地层倾角大、多套压力系统、地应力高、多断层破碎带、多层大段泥岩、巨厚砾石层及异常高压地层等特点,6口深井在钻井过程中频繁发生井塌、阻卡和井漏等井下故障,导致钻井速度慢、钻井周期长。为提高该区块油气勘探开发效益,在充分分析该区块地质情况和总结已完钻井施工经验的基础上,从井身结构优化、井眼轨道设计与轨迹控制、多参数随钻监测与分析、固井工艺优化及钻井液体系优选等方面进行了技术攻关,形成了适合该区块的深井钻井关键技术,并在G10ST5井进行了现场试验。G105ST5井顺利钻至设计井深,井身质量和固井质量满足设计要求,与该区块其他6口深井相比,钻井周期缩短了20.7 d,平均机械钻速由3.00 m/h提高到7.00 m/h,井下故障损失时间在钻井周期中的占比由原来的15%~30%降至7%,钻井综合成本降低近45%。现场试验结果表明,Matambo区块深井钻井关键技术能够满足深井钻井提速提效的要求,也为其他类似区块复杂深井的优快钻井提供了技术借鉴。
南海西部超浅层气田水平井EZFLOW无固相弱凝胶钻井液研究与应用
向雄, 杨洪烈, 刘喜亮, 由福昌, 周姗姗
2018, 46(2): 38-43. doi: 10.11911/syztjs.2018024
摘要:
南海西部L气田埋深浅、地层破裂压力低、泥岩含量高,水平井钻进过程中因泥岩造浆导致钻井液黏度、切力升高,循环当量密度(ECD)升高导致压漏地层问题频发。为此,利用岩心驱替试验结果和软件模拟计算ECD相结合的方法优化了EZFLOW钻井液的流变性,并采用高浓度泥岩造浆的方法优化了其抑制性能,用自制的高压填砂承压仪评价了其承压能力。室内评价试验显示,EZFLOW钻井液低剪切速率黏度为15 000~30 000 mPa·s时,在直接返排渗透率恢复率达到85%以上的前提下,ECD小于地层破裂压力;优化后的EZFLOW钻井液抑制性和封堵性强,能够抗25%现场泥岩侵污。现场应用发现,EZFLOW钻井液表观黏度随井深波动幅度小,ECD附加值最大仅为0.07 g/cm3,钻进及砾石充填过程中均未发生漏失,产气量均超过配产的10×104m3/d,最高达16×104m3/d。研究结果表明,优化后的EZFLOW无固相弱凝胶钻井液能够解决超浅层水平井破裂压力低导致压漏地层和保护储层的问题。
分段压裂用尾管悬挂器与回接装置关键技术
郭朝辉
2018, 46(2): 44-49. doi: 10.11911/syztjs.2018043
摘要:
为进一步解决致密油气和页岩气储层压裂需求、井眼条件与管柱成本之间的矛盾,研究了分段压裂用尾管悬挂器与回接装置关键技术。通过分析固井漏失及储层高破裂压力需求之间的矛盾,提出尾管固井后快速进行全通径压裂施工;通过研究固井完井技术优化组合方式,提出了水平井尾管固井后实施定点射孔寻找甜点的分段压裂储层改造工艺;通过优化设计尾管固井及回接压裂工具,实现了固井完井工具一体化密封锚定。对分段压裂用尾管悬挂器与回接装置进行了室内地面整机试验,悬挂器及插头整机密封能力达到90 MPa,锚定回接插头与悬挂器之间的抗拉强度达到1 800 kN,插头丢手顺利。该技术在大牛地气田、东胜气田及长庆油田陇东区块的27口水平井进行了应用,施工压力总体较高,但都完成了压裂作业,且总体效果良好。研究表明,分段压裂用尾管悬挂器与回接装置关键技术可以解决压裂施工现场所需的高压及上顶力难题,为回接固井后分段压裂工艺提供高承压、大通径和锚定可回收的井筒,从而保障储层改造效果。
近钻头井下钻具运动特征及异常状态分析方法
王超, 李军, 柳贡慧, 张涛, 徐小峰
2018, 46(2): 50-57. doi: 10.11911/syztjs.2018026
摘要:
目前利用相关理论模型并结合地面录井参数分析井下钻具运动特征及异常状态的方法不够准确。基于快速傅里叶变换理论和PDC钻头牙齿受力方程,建立了井底钻具运动特征的分析方法;根据一维不稳定流动理论,结合加速度理论,建立了井底异常状态的分析方法。理论分析结果与现场试验数据吻合较好。理论分析及实测结果表明:在实测井段中,滑动钻进时井底各工程参数的频谱图中存在与螺杆转子相同转动频率的主频,旋转钻进时井底各工程参数的频谱图中存在2个主频,一个与螺杆转子的转动频率相等,另一个与钻柱的转动频率相等;井底钻具阻卡后,管内压力出现第一个压力峰值的时间是环空压力出现第一个压力谷值时间的2倍,同时扭矩及振动传感器读数变化剧烈。研究表明,利用井底工程参数频谱图的主频特征可以区分滑动钻进与旋转钻进阶段,同时可获得井底钻具及螺杆的转动状态;利用管内压力、环空压力、扭矩及加速度传感器的读数变化特征可判断井下是否出现异常。建立的分析方法可为安全快速钻井及井下专家系统的建立提供理论参考。
非均质地层锥形辅助切削齿PDC钻头设计与试验
汪为涛
2018, 46(2): 58-62. doi: 10.11911/syztjs.2018046
摘要:
为了提高PDC钻头在非均质地层中的机械钻速和延长钻头使用寿命,研制了带有锥形辅助切削齿的PDC钻头。该钻头以PDC齿为主切削元件,锥形齿和PDC齿为副切削元件,开始工作时以PDC切削齿剪切破岩为主,当PDC切削齿吃入地层到一定程度后,锥形齿开始犁削岩石形成裂纹,有助于PDC齿以较小切削力破碎岩石;相邻2个刀翼的后排齿分别布置锥形齿与PDC齿,用于钻头钻进后期的提速提效,既具有常规PDC钻头破岩效率稳定的特点,又具有锥形齿在非均质地层破岩效率高的特点。现场试验表明,与常规PDC钻头相比,锥形辅助切削齿PDC钻头在非均质地层中使用寿命长、机械钻速高。锥形辅助切削齿PDC钻头的成功研制,为钻进非均质地层提供了一种新的高效破岩工具。
井下射频电磁识别影响因素研究
胡亮, 肖莉, 赵建军, 尹慧博
2018, 46(2): 63-68. doi: 10.11911/syztjs.2018015
摘要:
与井下工具常用的压差和投球控制方式相比,射频识别技术具有控制灵活、施工过程中不改变钻井液排量和钻柱内通径等优点;但在实际应用中,井下复杂工况对射频识别系统的电磁干扰很大,其稳定性得不到保证。为解决这一问题,开展了井下射频电磁识别影响因素研究。通过分析,确定井下工具金属外壳和钻井液类型是主要影响因素;根据无线射频控制系统的工作环境和结构特点,建立了电磁通讯环境的有限元仿真模型,分析了其影响程度和变化规律,并通过室内试验对其进行了验证。研究发现,井下工具金属外壳所产生涡流的影响随井下天线与工具外壳间距增大而减小;钻井液的影响随其电导率增大而增大。研究认为,设计工具时可以合理增大井下工具金属外壳内壁与井下天线的间距;而钻井液的影响可通过优化射频控制电路方式解决。
膨胀波纹管在小井眼的安全应用工况模拟试验研究
涂玉林, 杨红歧, 胡彦峰, 陶兴华, 刘晓丹
2018, 46(2): 69-74. doi: 10.11911/syztjs.2018034
摘要:
膨胀波纹管可以用于封隔小井眼斜井段坍塌煤层和泥岩,为解决地层坍塌问题提供了新的手段,但其适用工况不确定,影响了其推广应用。为确定膨胀波纹管在小井眼的安全应用工况条件,应用有限元法模拟分析了影响斜井段中φ149.2mm膨胀波纹管安全应用的主要因素;在弯曲井筒内开展了膨胀波纹管的膨胀试验,分析了井眼曲率、井径对膨胀效果的影响。研究结果表明,在相同条件下,井径越大,波纹管膨胀后的直径越大;井眼曲率越大,膨胀波纹管Mises应力越大,不圆度越大。试验和数值分析结果表明,二者有着较好一致性。通过分析确定了φ149.2 mm膨胀波纹管安全应用工况条件,可以保障膨胀波纹管的安全施工。
渤海Q油田隔夹层发育底水稠油油藏精细注采技术
张吉磊, 龙明, 何逸凡, 章威, 缪飞飞
2018, 46(2): 75-80. doi: 10.11911/syztjs.2018016
摘要:
渤海Q油田底水稠油油藏隔夹层发育区域水平井提液效果差、注入水驱油效果不明显,针对该问题开展了精细注采技术研究。采用油藏工程方法,推导了隔夹层参数对产量影响大小的控制系数的表达式,结合油水两相渗流产能公式研究了隔夹层对产液量的控制作用;通过数值模拟和正交试验分析了注入水驱油效果差的原因,研究了隔夹层对注入水驱油的影响;针对笼统注水隔夹层上、下部吸水极度不均的情况,提出了依托隔夹层的层内分段注水新技术,并确定出了分段注水时各注水段的最优注采比。隔夹层发育底水稠油油藏精油注采技术在渤海Q油田进行了现场应用,取得了很好的效果。研究与实践表明,相同含水率条件下,产液量越大所需生产压差越大;对于隔夹层发育的底水油藏,"层内分段注水+大泵提液"高效开发模式具有很好的增油效果,可为海上稠油油藏高效开发提供理论依据和生产经验。
低产油气井强制裂缝转向重复压裂技术
王坤, 葛腾泽, 曾雯婷
2018, 46(2): 81-86. doi: 10.11911/syztjs.2018023
摘要:
为提高低产油气井产能和延缓压裂后产量递减速度,在分析重复压裂技术原理和存在问题的基础上,提出了增大改造体积的强制裂缝转向重复压裂技术。首先计算满足裂缝转向所需的限定最高压力,然后利用研制的水溶性转向剂在原有裂缝中形成憋压,直至压力达到新裂缝开启的压力条件,从而实现强制裂缝转向、增大压裂改造体积的目的。该技术在DJ气田3口井进行了现场试验,加入转向剂后井口压力平均上升幅度达到12.8 MPa,压裂后平均单井产气量增加3 000 m3/d。研究结果表明,强制裂缝转向重复压裂技术具有转向成功率高、转向剂用量少和适用性强等技术优势,增产效果显著,为低产油气井重复改造提供了新的技术手段。
基于驱替定量表征的高含水油田注水井分层配注量确定方法
孙召勃, 李云鹏, 贾晓飞, 李彦来, 张国浩
2018, 46(2): 87-91. doi: 10.11911/syztjs.2018027
摘要:
多层合采油藏进入高含水期之后,由于层间驱替程度差异加大,导致常用分层配注方法的效果变差。为此,在分析多层合采油藏长期注水开发特点的基础上,提出采用驱替通量定量表征各层驱替程度差异的方法,并以均衡驱替为目标,综合考虑储层厚度、孔隙度、注水历史、调控周期等因素的影响,建立了基于驱替通量均衡化思想的注水井纵向各层配注量确定方法。运用精细油藏数值模拟方法分析了厚度法、地层系数法、剩余油法和基于驱替定量表征的均衡驱替方法在不同含水阶段的适应性。数值模拟结果显示,含水率小于50%时,推荐采用厚度法;含水率为50%~80%时,推荐采用剩余油法;含水率为80%~90%时,推荐采用均衡驱替法。渤海SZ油田X1井组在高含水期采用均衡法调整配注量,调整后井组平均含水率下降4%,日增油117 m3,降水增油效果显著。研究结果表明,基于驱替定量表征的分层配注量确定方法可用于指导高含水期多层合采油藏注水井各层配注量的调整。
CO2泡沫双子表面活性剂清洁压裂液研究与试验
杨浩珑, 向祖平, 李龙, 袁迎中
2018, 46(2): 92-97. doi: 10.11911/syztjs.2018021
摘要:
目前常用的压裂液存在与非常规油气储层配伍性差、破胶返排困难和容易对储层造成二次伤害等问题,无法满足非常规油气井压裂施工的需求。为此,结合清洁压裂液和泡沫压裂液的特点,研制了新型双子表面活性剂WG-2,形成了一种CO2泡沫双子表面活性剂清洁压裂液,并对其综合性能进行了评价。评价结果表明:该压裂液具有较强的泡沫稳定性、良好的耐温抗剪切性能、黏弹性能、携砂性能、破胶性能和低伤害特性。CO2泡沫双子表面活性剂清洁压裂液在X-3井进行了现场试验,该井压裂施工过程顺利,压裂后的日产油量是采用羟丙基胍胶压裂液邻井X-4井的2倍多,增产效果显著。室内与现场试验结果表明,该压裂液能够满足非常规油气储层的压裂施工作业,具有良好的推广应用前景。
基于改性氰凝的水平井定点堵水技术
闫海俊, 胡书宝, 谢刚, 魏爱军, 张黎黎, 秦忠海
2018, 46(2): 98-102. doi: 10.11911/syztjs.2018018
摘要:
为有效封堵出水点明确的高含水水平井,特别是筛管完井水平井,借鉴水坝裂缝处理和防水工程中的堵漏方法,提出了基于小剂量改性氰凝的水平井定点堵水技术。通过对浆液黏度、发泡反应进行化学改性,研制了化学自膨胀-改性氰凝,使其可注入和反应时间可控,并考察了固化体的抗压强度、耐压性及其影响因素;同时,研发了配套的活塞推进输送和架桥驻留工艺。试验得出,研制的化学自膨胀-改性氰凝可在20~90℃下延迟可控反应,抗压强度12 MPa以上,耐压达到20 MPa。该技术在3口井进行了现场试验,在国内首次实现了L形筛管完井水平井定点堵水。研究结果表明,基于改性氰凝的水平井定点堵水技术可解决水平井长井段定点堵水难题,为治理水平井出水提供了新的技术手段。
接箍锚定式井下节流器锚定机构性能分析及优化
徐建宁, 郑舜泽, 李中文, 席文奎, 卫亚明, 杨旭东
2018, 46(2): 103-108. doi: 10.11911/syztjs.2018053
摘要:
目前苏里格气田广泛应用的卡瓦式井下节流器在打捞时存在解卡工艺复杂、卡瓦咬死油管导致打捞成功率低等问题,为此研发了一种接箍锚定式井下节流器,依靠卡爪锚定于油管接箍槽间隙,具有易解卡、不卡死油管、不下滑和钢丝作业一趟完成打捞的特点。为了提高接箍锚定式井下节流器锚定机构的工作性能,利用ANSYS有限元分析软件,建立了锚定机构与油管接箍的有限元模型,模拟了锚定机构在锚定、打捞时的工作过程;利用中心组合设计法建立了节流器最小打捞力以及下击作业时卡爪所受最大应力与卡爪长度、卡爪厚度的数学模型,分析其影响变化规律,得出最佳卡爪长度、卡爪厚度分别为95.6 mm和2.9 mm,最小打捞力为1.9 kN,下击作业时卡爪所受最大应力为732 MPa,与原节流器相比明显提高。研究结果表明,接箍锚定式井下节流器锚定机构设计合理,在保证节流器锚定机构安全工作的同时,优化了节流器锚定机构的卡爪参数组合,为接箍锚定式井下节流器的现场应用提供了技术保障。
中孔中渗砂岩储层Biot系数测试方法对比研究
徐欣, 王伟, 胡明毅, 黎慧, 冯毅
2018, 46(2): 109-114. doi: 10.11911/syztjs.2018054
摘要:
Biot系数是流-固耦合理论的核心参数,但目前缺乏针对特定储层的准确获取Biot系数的推荐方法,为此通过室内试验对比研究了3种可用于中孔中渗砂岩储层的Biot系数测试方法——Cross-plotting法、排水试验法和声波动态法。以胜利油田典型砂岩区块为例,分别从渗透理论、岩石弹性变形特性与声波动态分析3方面入手,进行了试验研究,比较了试验结果,探讨了影响试验结果的因素。试验发现,利用Cross-plotting法获取的Biot系数最大,利用排水试验获取的Biot系数次之,利用声波动态法获取的Biot系数最小,并且动态测试值要明显小于静态测量值。研究认为,对于中孔中渗砂岩,推荐采用基于岩石弹性变形理论的排水试验法,该方法测试精度高、可靠性强。
录井装备技术现状及发展探讨
万亚旗, 陈会年, 杨明清, 张杰
2018, 46(2): 115-119. doi: 10.11911/syztjs.2018004
摘要:
针对国际油价持续在低位运行的形势,为进一步明确国产录井装备的发展方向,缩小与国际先进水平的差距,从常规综合录井、单项高端录井和井下录井3个方面系统分析了国内外录井装备的现状,指出国内综合录井仪、高端录井装备、非常规资源录井装备及井下录井装备存在的问题,提出完善国产综合录井仪、研发单项高端录井仪和特色录井装备及储备录井新技术的建议,并根据当前实际录井的技术需求,把握发展机遇,推动国内录井装备的发展,提高国内录井装备的技术水平,缩小与国际先进水平的差距。
阵列侧向测井曲线极化角影响因素研究
倪小威, 徐观佑, 敖旋峰, 冯加明, 艾林, 刘迪仁
2018, 46(2): 120-126. doi: 10.11911/syztjs.2018017
摘要:
侧向类测井电阻率曲线的极化角对地质构造的解释、地层界面的判断有很大帮助,但也会导致电阻率曲线失真且产生假薄层特征,因此通过正演计算明确影响极化角的因素可以提高油气层评价的准确性。运用三维有限元法建立了层状介质模型,探讨了围岩电阻率、钻井液电阻率、侵入带特性、仪器特性、层厚、井径和井斜角等因素对阵列侧向测井曲线极化角的影响。正演计算表明,目的层电阻率与围岩电阻率的比值大于4时,极化角更加尖锐且幅值急剧增加;钻井液电阻率主要影响极化角的形态,钻井液电阻率越大极化角越尖锐;侵入带对极化角的影响较复杂,要综合考虑侵入带电阻率与侵入深度来判断;仪器探测深度对极化角形态的影响不大,仪器纵向分辨率越高,极化角越平缓且幅值越小;井径越大,极化角越不明显;当地层厚度小于仪器纵向分辨率时,阵列侧向测井曲线极化角消失,随着层厚增大,极化角幅值变大但趋于平缓;当井斜角大于60°时,极化角基本消失,且井斜角越小,极化角越明显。研究结果表明,围岩电阻率、仪器纵向分辨率和层厚对极化角的影响尤其明显,这可为现场正确利用极化角进行油气储层解释提供指导。