2020年  48卷  第6期

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2020-06期封面
2020, 48(6): 0-0.
摘要:
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2020-06期目录
2020, 48(6): 1-1.
摘要:
2020-06总目录
2020, 48(6): 2-2.
摘要:
专家视点
废弃井地热能开发技术现状与发展建议
宋先知, 许富强, 宋国锋
2020, 48(6): 1-7. doi: 10.11911/syztjs.2020120
摘要:
地热能是替代石油等化石燃料的可再生能源之一,然而目前其开发成本高昂,难以大规模开发利用。石油行业每年都会产生大量废弃井,利用废弃井进行地热开发不仅可以缓解能源问题,节省钻井成本,还可以有效控制废弃井所造成的污染。为此,结合废弃井地热开发的研究现状,对废弃井改造的可行性进行了分析,对改造目标井的选取、利用途径等进行了阐述,对废弃井的改造和取热方式进行了讨论。整体而言,目前国内外废弃井地热能开发还处于理论研究和试验性研究阶段,与大规模工业应用还有较大差距。因此,对于废弃井地热能开发研究,建议从地热发展整体趋势出发,重点攻克多分支径向井关键技术、改善废弃井系统取热性能、建立智能决策与优化系统、加强地面配套设施研究。研究结果及发展建议对采用废弃井获取地热资源具有一定的指导作用。
钻井完井
冀东油田浅层小井眼侧钻水平井钻井完井关键技术
李云峰, 潘俊英, 周岩, 朱宽亮, 王在明
2020, 48(6): 8-14. doi: 10.11911/syztjs.2020090
摘要:
为解决冀东油田浅层ϕ139.7 mm套管开窗侧钻水平井存在的钻井泵压高、机械钻速低、油水层封隔效果差、油井投产后含水上升快等问题,选用了可以降低钻井泵压的ϕ79.4 mm非标钻杆,试用了能给钻头柔性加压的小尺寸水力加压提速工具,选用了ϕ95.3 mm非标套管、采用了膨胀悬挂尾管筛管顶部注水泥完井技术,并制定了提高侧钻小井眼固井质量的技术措施,形成了适用于冀东油田浅层小井眼侧钻水平井的钻井完井关键技术。该技术在冀东油田5口浅层高含水油藏侧钻水平井进行了应用,与未应用该技术的邻井相比,试验井泵压得到了有效控制,机械钻速提高了24.6%,钻井周期缩短了14.1%,同时解决了小井眼窄间隙井眼封隔差的问题,实现了对水平段水层的封隔和侧钻窗口处的密封,避免了对后期采油生产的影响。试验结果表明,冀东油田浅层小井眼侧钻水平井钻井完井关键技术能够提高小井眼侧钻水平井的机械钻速、缩短钻井周期和有效分隔油水层,提速提效效果显著,具有较好的推广应用价值。
苏里格南区块小井眼井二开一趟钻钻井技术
沈兆超, 霍如军, 郁燕飞, 董易凡, 倪小伟, 雷宇
2020, 48(6): 15-20. doi: 10.11911/syztjs.2020081
摘要:
为了进一步提高苏里格南区块小井眼井的钻井速度、降低开发成本,开展了二开一趟钻技术攻关研究。进行了钻头改型,通过优化钻头布齿和流线设计,以增强钻头的稳定性及抗研磨性;优化了螺杆设计,以延长螺杆的使用寿命、提高输出功率;优化了钻进参数,实行激进化钻进,以提高钻头的破岩效率;优选了钻具组合,调整了井眼轨迹,以保证一趟钻完成长稳斜段、降斜段钻进。SN00XX平台2口小井眼井开展了二开一趟钻试验,其中SN00XX-02井实现了二开螺杆一趟钻完钻,SN00XX-04井实现了二开螺杆、钻头均一趟钻完钻;另外2口井应用一趟钻钻井技术后钻井周期缩短7.6%。研究结果表明,苏里格南部小井眼井二开一趟钻钻井技术能够顺利实施,且钻井提速效果明显,可为后续苏里格南区块小井眼井钻井提速提效提供技术支持。
准噶尔盆地玛东油田水平井高性能油基钻井液技术
张雄, 余进, 毛俊, 刘祖磊
2020, 48(6): 21-27. doi: 10.11911/syztjs.2020106
摘要:
准噶尔盆地玛东油田水平井造斜段和水平段存在因泥岩水化、压力异常和砂砾层多而造成的起下钻阻卡、井眼失稳和机械钻速低等问题,为此开展了高性能油基钻井液技术研究。根据玛东油田的储层特征和中长水平段的钻进要求,配制了XZ高性能油基钻井液,并通过室内试验评价了其加重、抗高温、提切、封堵承压、抗污染和抗冻等性能。试验结果显示:该油基钻井液密度在1.35~2.01 kg/L时流变性能稳定、切力可调;热、冻稳定性好,低温可至–24 ℃,高温可达180 ℃;乳化稳定性好,破乳电压普遍在1 000 V以上;抗污染能力强,可抗20%钻屑、20%地层水和10%水泥的污染;封堵能力强,分别采用孔径为120和150 μm的砂盘进行承压封堵时,承压均可达15 MPa。该钻井液在玛东油田4口井进行了应用,钻井过程中井眼稳定,造斜段井径扩大率仅3.55%,起下钻顺利,平均机械钻速较同层位水基钻井液提高79%,取得了显著的提速效果。研究结果表明,采用XZ高性能油基钻井液可以解决玛东油田砂砾岩储层水平井钻井中存在的问题,满足该油田长水平段安全快速钻井需求。
考虑壁面滑移效应的高密度油基钻井液流变性研究
李文哲, 钟成旭, 蒋雪梅, 李郑涛, 曹世平, 吴双
2020, 48(6): 28-32. doi: 10.11911/syztjs.2020085
摘要:
壁面滑移效应会严重影响高密度油基钻井液流变性测量的准确性,需要对其进行检测和校正。基于Tikhonov正则化方法,建立了高密度油基钻井液流变性测量过程中的壁面滑移效应校正方法;利用六速旋转黏度计,进行了考虑滑移效应的深层页岩气井现场高密度油基钻井液流变性测量试验,分析了高密度油基钻井液壁面滑移特性,优选流变模型并计算了流变参数。计算结果表明,与校正前的流变参数相比,滑移校正后的深层页岩气井现场高密度油基钻井液的动切力更小,而流性指数更大且接近于1.00,其真实流变性可用宾汉模型表达;壁面剪切应力大于临界剪切应力时,滑移速度随壁面剪切应力增大而呈指数增大。研究结果表明,测量高密度油基钻井液流变性时会产生滑移效应,滑移校正前后的流变模式与流变参数存在明显差异,因此应消除滑移效应的影响。
顺北油气田一区超深井三开长封固段固井技术
杨红歧, 孙连环, 敖竹青, 桑来玉, 杨广国, 高元
2020, 48(6): 33-39. doi: 10.11911/syztjs.2020110
摘要:
针对顺北油气田一区三开钻遇的志留系地层承压能力低、井漏严重,固井一次性封固段长、漏失率高的问题,研究了长封固段防漏固井技术。从地质因素和工程因素2方面进行了原因分析,明确了技术需求。优选高抗挤空心玻璃微珠作为减轻剂,利用颗粒级配原理研制了低密度水泥浆。采用在隔离液中加入不同尺寸纤维的方式,提高地层承压能力;基于对极易漏层的准确判断,开发了适合超深井长封固段尾管固井的“正注反挤”防漏固井工艺。室内试验结果显示:在100 MPa液柱压力下低密度水泥浆的密度增幅小于0.03 kg/L,水泥石抗压强度高于15 MPa,具有良好的承压能力和较高的抗压强度;堵漏型隔离液可将地层承压能力提高1.5 MPa。“正注反挤”固井工艺与低密度水泥浆、堵漏型隔离液结合形成的顺北油气田一区超深井三开长封固段固井技术,在该区10多口井ϕ177.8 mm尾管固井中进行了应用,全部实现了水泥浆完全封固环空,没有漏封井段,较好地解决了固井漏失问题。研究与应用结果表明,顺北油气田一区超深井三开长封固段固井技术效果显著,可解决该区存在的固井难题。
多尺度纤维韧性水泥浆体系研究与应用
邹双, 冯明慧, 张天意, 邹建龙, 曾建国, 赵宝辉
2020, 48(6): 40-46. doi: 10.11911/syztjs.2020084
摘要:
针对油井水泥石脆性大、抗拉强度低、抗冲击和抗破裂性能差等问题,优选了3种不同尺度的无机纤维,并通过正交试验进行复配,形成了多尺度纤维增韧剂BCE-230S。考察了BCE-230S加量对水泥浆性能及对应水泥石力学性能的影响,确定了其最佳加量,形成了多尺度纤维韧性水泥浆体系。性能评价试验结果显示,与普通水泥石相比,多尺度纤维韧性水泥石的劈裂抗拉强度、抗压强度及抗冲击功显著提高,杨氏模量显著下降,且水泥浆性能良好。多尺度纤维韧性水泥浆体系在冀东油田低渗透油藏应用了10余井次,2个胶结面的胶结质量较邻井显著提高,后期压裂顺利,试油未见层间窜流。研究结果表明,多尺度纤维韧性水泥浆体系能够解决油井水泥石易脆裂的问题,可以保障井筒密封完整性和固井长期封固质量,具有广泛的应用前景。
干热岩钻井钻具磨损及防磨技术研究
王恒, 王磊, 张东清, 张进双
2020, 48(6): 47-53. doi: 10.11911/syztjs.2020099
摘要:
为了明确干热岩钻井过程中的钻具磨损机理,并采取合适的防磨技术方案来降低钻具磨损,首先分析了井眼内钻柱的运动状态,描述了钻柱与井壁的接触关系,并采用有限单元法建立了钻柱动力学有限元理论分析模型;然后以某干热岩典型实钻井为例,通过求解钻柱动力学模型,分析了钻具与井壁的接触状态;最后以降低钻具与井壁间的接触作用力为目标,探讨了钻具组合和钻进参数对钻具动态特性的影响规律,并进行了钻具组合优化和钻进参数优选,给出了钻具组合、钻进参数防磨推荐技术方案。该防磨技术在某干热岩井钻井作业中进行了试验,进尺116.00 m,稳定器外径磨损3.0 mm,取得了较好的钻具防磨效果。研究给出的钻具组合、钻进参数防磨技术方案,为解决干热岩钻井钻具磨损问题提供了新的技术手段。
聚能筑巢堵漏用金属割缝管爆炸成形数值模拟及试验研究
张逸群, 于超, 程光明, 宋先知, 赵克贤
2020, 48(6): 54-60. doi: 10.11911/syztjs.2020107
摘要:
对于油气和地热钻井完井过程中发生的溶洞型漏失,目前仍然缺乏有效的解决办法。为此,提出了聚能筑巢堵漏技术,并开展了金属桥架管柱优选和爆炸成形性能试验研究。首先介绍了聚能筑巢堵漏技术及其原理;然后建立了金属割缝管爆炸成形数值模型,分析了不同材料、不同割缝形式金属割缝管爆炸后的形态;最后设计了地面试验装置,确定了试验方法,并根据模拟结果,分别在空气、淹没、淹没围压环境中进行了地面试验。数值模拟得出,交错垂直开槽的5系铝合金割缝管在爆炸后变形适宜且不会失效,可以用作筑巢桥架材料;设计的试验装置可以较为真实地模拟井下工况,为进一步研究不同结构筑巢工具的炸药用量提供了条件。研究结果表明,聚能筑巢堵漏技术有望较好地解决堵漏材料难以留存、不易形成人工井壁的技术问题,进而提高溶洞型漏失的堵漏成功率、降低钻井完井成本。
井下大径垮塌物打捞划眼一体化处理技术
秦春, 陈小元, 程智勇
2020, 48(6): 61-64. doi: 10.11911/syztjs.2020088
摘要:
深部裂隙发育泥岩地层和破碎地层在钻进时极易垮塌,且垮塌物尺寸较大,如采用段塞清扫、牙轮钻头和反循环打捞篮划眼等常规方法处理井下大径垮塌物,易遇阻且划眼时间长,严重影响钻井成本和效益。因此,在分析常规方法处理大径垮塌物划眼难度大、时间长原因的基础上,从划眼工具入手,采用了集破碎、划眼和打捞于一体的打捞工具,并根据井下情况采用不同的划眼、打捞参数及垮塌物取出工艺,形成了井下大径垮塌物打捞划眼一体化处理技术。12口因井下垮塌遇阻划眼的井应用了该技术,划眼打捞成功率达到了100%。研究结果表明,井下大径垮塌物打捞划眼一体化处理技术,能实现井下硬脆性泥岩大径垮塌物划眼、打捞一体化作业,对快速处理井下硬脆性泥岩大径垮塌物导致的遇阻具有较好的效果,可缩短井下复杂情况处理时间。
井下安全监控系统设计与实现
张智亮, 王威, 伊明, 刘强
2020, 48(6): 65-70. doi: 10.11911/syztjs.2020094
摘要:
针对目前国内井下故障频发,而预警效率低、安全监测技术较为滞后的问题,设计研制了一种具有自主知识产权的井下安全监控系统。该系统可以直接测量近钻头力学参数和工程参数,利用钻井液脉冲将所测参数实时传输至钻井风险分析评估模块,该模块通过分析计算接收到的数据判断钻井风险类型,并评估风险等级。现场试验表明,井下安全监控系统功能完善、性能稳定,风险评估准确率大于95%,部分技术指标达到了国外同类监测系统的水平。研究表明,井下安全监控系统可以降低深部复杂地层钻井风险和钻井成本、解决深部复杂地层井下故障预警效率低等问题,可以产生较大的经济效益。
石墨烯改性海绵取心工具研制与试验
陈忠帅, 吴仲华, 司英晖
2020, 48(6): 71-75. doi: 10.11911/syztjs.2020111
摘要:
为了直接测量、准确获取岩心的含油饱和度,进行了石墨烯改性海绵取心工具的研制与试验研究。对常规海绵经石墨烯溶胶进行了浸渍、老化、超临界干燥等工艺改性处理,得到了石墨烯海绵材料。该海绵内部孔隙直径可调,常温下原油吸附量可达自身质量的80.5倍。在此基础上,设计开发了石墨烯改性海绵取心工具。采取预充海绵保护液和设置密封活塞方式对海绵材料进行防污染保护,通过室内试验确定海绵衬筒直径小于岩心直径0.6~1.0 mm,采用长条薄片压紧方式保护海绵内衬,使之同时满足了吸油和岩心进筒要求。通过与含油饱和度常规计算方法进行比较,确定了岩心含油饱和度的测量、计算方法。石墨烯改性海绵取心工具可在不影响取心收获率的前提下收集岩心逸出的原油,具有较好的推广应用前景。
高温深层碳酸盐岩裸眼酸压完井封隔器研制与现场试验
刘阳
2020, 48(6): 76-81. doi: 10.11911/syztjs.2020044
摘要:
针对塔北深层奥陶系油藏裸眼完井过程中封隔器胶筒易老化、骨架易破损的问题,进行了故障原因分析,设计了柔性锚瓦结构,以保护钢骨架,防止大扩张比、高承压状态下钢骨架变形过大造成的胶筒破坏;在保持氟橡胶(FKM)优异耐老化性能的基础上进行了改性,提高其塑性和热稳定性,使其更容易在模具中注胶和成型;坐封机构进液通道设计了可投球激活的保护滑套,可以避免钻井液沉淀堵塞。改进后的裸眼封隔器耐温达180 ℃,封隔能力强,适用于不规则裸眼地层的长期密封。塔北哈拉哈塘作业区4口井应用了改进后的裸眼完井封隔器,封隔器下入顺利,坐封显示明显,大规模酸压施工及求产过程中套压无异常。研究结果表明,改进后的封隔器满足完井–酸压–求产一体化工艺需求,解决了塔里木盆地深层油气开发存在的问题,具有较好的推广应用价值。
油气开发
干热岩热储体积改造技术研究与试验
陈作, 张保平, 周健, 刘红磊, 周林波, 吴春方
2020, 48(6): 82-87. doi: 10.11911/syztjs.2020098
摘要:
干热岩的岩性、力学特性和开发利用方式与常规油气资源相比差异较大,其储层改造不能直接采用页岩油气与致密砂岩油气压裂技术,需要研究适用于干热岩的改造技术。为此,利用井下花岗岩岩心和大尺寸露头岩样,采用高温测试和真三轴物理模拟系统,测试分析了高温岩石力学特性,模拟研究了裂缝起裂与扩展形态特征,分析了高温下花岗岩的脆塑性、岩石破坏特性以及天然裂缝对裂缝破裂压力、扩展路径和形态的影响特征,提出了“低排量热破裂+胶液扩缝+变排量循环注入”体积改造技术,并进行了现场试验,验证了室内研究结果。研究表明,花岗岩在高温下塑性强、脆性差、水平应力差大,岩石以张性和剪切混合破坏为主,天然裂缝和温差效应可显著降低破裂压力、提高裂缝复杂性与改造体积。研究结果对于干热岩热储高效开发具有较好的指导作用。
缝洞型碳酸盐岩储层压裂效果评价方法试验研究
李新勇, 耿宇迪, 刘志远, 汪文智, 周舟
2020, 48(6): 88-93. doi: 10.11911/syztjs.2020074
摘要:
目前,由于缺乏缝洞型碳酸盐岩储层压裂裂缝沟通效果评价体系,无法实现压裂改造效果量化评价,因而需要针对缝洞型碳酸盐岩特征建立压裂改造效果评价方法。利用人造缝洞型碳酸盐岩岩心进行了水力压裂物理模拟试验,基于试验结果建立了符合缝洞型碳酸盐岩压裂特征的评价标准,提出了“缝洞沟通系数”的概念,然后利用该系数定量分析了地应力差对缝洞型碳酸盐岩压裂效果的影响。试验发现:用以评价压裂效果的SRV系数无法准确评价缝洞型碳酸盐岩压裂效果,而缝洞沟通系数可以针对此类缝、洞发育的岩石情况作出准确的压裂效果评价;利用缝洞沟通系数评价了水平地应力差对缝洞碳酸盐岩压裂效果的影响,发现随着地应力差增大缝洞沟通系数先降低后升高。研究结果表明,缝洞型碳酸盐岩储层中各因素对压裂改造效果的影响规律与常规储层不同,利用缝洞沟通系数分析压裂裂缝扩展沟通情况针对性更强、评价缝洞碳酸盐岩储层压裂改造效果更有效。
低渗透油藏侧钻水平井小井眼分段多簇压裂技术
苏良银, 常笃, 杨海恩, 段鹏辉, 薛小佳, 白建文
2020, 48(6): 94-98. doi: 10.11911/syztjs.2020112
摘要:
针对低渗透水驱砂岩油藏中的水淹油井利用老井筒开窗侧钻ϕ88.9 mm水平井后,储层无法进行分段压裂来提高单井产能的难点,在研究井网部署和剩余油分布特征的基础上,采用数值模拟方法,研究了不同裂缝密度和压裂段数对油井产能和含水率的影响。室内模拟和现场测试结果表明,裂缝密度为4~6 条/100m、裂缝长度100~120 m时,油井控水增油效果较好;采用“卡封护套”压裂管柱和小直径可溶桥塞分段多簇压裂工艺,可以实现各压裂段之间的有效封隔,并能提高施工效率。小井眼侧钻水平井分段多簇压裂技术的现场施工效果较好,为低渗透油藏进行类似水淹油井恢复单井产能和提高油藏最终采收率提供了技术支持。
涪陵页岩气田连续油管生产效果评价
刘尧文, 李牧
2020, 48(6): 99-103. doi: 10.11911/syztjs.2020089
摘要:
连续油管作为采气管柱在涪陵页岩气田的应用越来越广泛,其规格主要有ϕ50.8 mm×4.45 mm和ϕ38.1 mm×3.68 mm两种,不同页岩气井连续油管的生产效果存在差异。为分析存在差异的原因、提高连续油管在页岩气井的应用效果,基于现场应用情况,从页岩气井携液效果、井筒压耗、气井稳产能力等3方面,开展了连续油管生产效果评价,分析了连续油管直径、下入深度和下入时机对连续油管生产效果的影响。结果表明:相比于ϕ60.3 mm×4.83 mm普通油管,采用ϕ50.8 mm×4.45 mm连续油管生产,临界携液气量能够降低38%;水气比对连续油管生产效果影响较大,水气比越大,连续油管直径、下入深度对井筒压耗和气井稳产时间的影响越显著;对于水气比0~1.5 m3/104m3的页岩气井,越早下入ϕ50.8 mm×4.45 mm连续油管,自喷稳产期越长,自喷生产阶段的累计产气量越高。研究结果表明,低水气比页岩气井下入连续油管可实现连续稳定生产。研究结果对于提高连续油管在涪陵页岩气田的应用效果具有指导作用。
储气库注采过程中有效应力变化模拟试验
游利军, 邵佳新, 高新平, 康毅力, 王福荣
2020, 48(6): 104-108. doi: 10.11911/syztjs.2020102
摘要:
储气库周期注采过程中有效应力变化会使储层发生应力敏感,为了了解应力敏感对储气库储层渗透率的影响程度,为优化储气库注采制度提供依据,开展了考虑与不考虑有效应力作用时间的碳酸盐岩应力敏感试验,测试了试验过程中岩样的渗透率,并运用扫描电镜等手段,观测了考虑有效应力作用时间试验前后岩样裂缝的壁面。试验结果表明:不考虑有效应力作用时间时,碳酸盐岩裂缝岩样和基块岩样的应力敏感程度分别为弱—中等偏弱和无;考虑有效应力作用时间时,碳酸盐岩裂缝岩样和基块岩样的应力敏感程度分别为中等偏强和弱;随着有效应力作用时间增长,岩石裂缝壁面微凸体的破碎与微裂纹的萌生和扩展会强化岩样的应力敏感性。研究表明,为了弱化储气库储层的应力敏感程度,应合理控制储气库的注采压力。
测井录井
便携式岩屑声波录井系统研制与测试
王志战, 朱祖扬, 李丰波, 张元春, 张卫, 杜焕福
2020, 48(6): 109-115. doi: 10.11911/syztjs.2020141
摘要:
为了在钻井过程中实时测量所钻地层的声波速度,在研究岩屑声波录井方法的基础上,研制了高精度的便携式岩屑声波录井系统。设计岩屑声波录井系统时,采用了具有脉冲发生器和示波器功能的一体化电路,并研制了能够快速读取、存储波形数据的软件示波器;采用了超声波透射法,通过超声波探头发射1 MHz频率的超声波,测量声波穿过岩屑样品的纵波速度和横波速度。对该系统进行了实验室比对和实钻井偶极子声波测井比对测试,结果表明,声波速度测量精度大于98.0%、岩屑声波和电缆声波数据一致性大于80.0%。利用该系统不仅可以随钻监测地层异常压力,还可以实时评价岩石的脆性、可压性、可钻性和井壁稳定性。
四川盆地茅口组岩溶缝洞型储层有效性测井评价
张峰, 罗少成, 李震, 牟瑜, 李婷婷
2020, 48(6): 116-122. doi: 10.11911/syztjs.2020140
摘要:
针对四川盆地茅口组碳酸盐岩储层非均质性强、储集空间类型多样、储层有效性评价困难等问题,进行了测井评价研究。通过分析该地区茅口组缝洞型储层岩石孔隙结构,基于三孔隙度模型,利用胶结指数与总孔隙度、连通缝洞孔隙度、孤立缝洞孔隙度的关系,进行了储层储集空间划分。在此基础上,结合岩心刻度测井,在微电阻率扫描成像测井信息中提取视孔隙度谱和视地层水电阻率谱的均值与方差,以及裂缝孔隙度等反应孔、洞、缝的敏感性参数,并结合试气资料,建立了储层有效性评价标准:孔隙性、孔洞型储层,电成像视孔隙度谱均值大于1.9、方差大于1.2的为Ⅰ类储层,均值大于1.7、方差大于0.9的为Ⅱ类储层;裂缝性储层,Ⅰ类储层裂缝孔隙度大于0.30,Ⅱ类储层裂缝孔隙度在0.05~0.30。裂缝的连通会明显改善储层的有效性,针对孔隙性–裂缝性、孔洞型–裂缝性储层,Ⅰ类储层视地层水电阻率谱均值大于700、方差大于300,Ⅱ类储层视地层水电阻率谱均值500~700,方差100~300。依据该评价标准,对该地区20口探井进行了二次解释,有效提高了缝洞型储层解释的符合率,取得了较好的应用效果。