石油钻探技术

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2021-05期封面

2021, 49(5): .

摘要(136) 全文 (27) [PDF 3465KB](73)

摘要:

2021-05期目录

2021, (5): 1-2.

摘要(123) 全文 (50) [PDF 368KB](61)

摘要:

碳中和约束下油气行业发展形势及应对策略

王敏生, 姚云飞

2021, 49(5): 1-6. doi: 10.11911/syztjs.2021070

摘要(621) 全文 (862) [PDF 1835KB](228)

摘要:
为积极应对气候变化，多国明确提出了碳达峰和碳中和时间表，经济低碳化成为必然，能源结构将持续转向低碳化，化石能源需求占比将大幅下降，油气行业发展面临着严峻的挑战。为此，分析了碳中和约束下经济与能源低碳转型特征、碳中和对油气行业的影响，介绍了油公司和油服公司应对碳中和目标的主要举措，包括制定绿色低碳发展战略、加速发展低碳能源业务、加大低碳技术研发与应用、加大新能源业务投资、加快石油工程业务低碳化和布局低碳能源服务业务等，提出了我国油气行业发展建议，包括推进油气行业提质升级、有序推进能源低碳化转型、加速低碳技术创新和加快油气产业转型发展等，对我国油气企业在保证油气供应安全的基础上加快新能源与油气业务协同发展、促进企业绿色低碳转型发展具有一定的指导意义。

人工智能钻井技术研究方法及其实践

杨传书, 李昌盛, 孙旭东, 黄历铭, 张好林

2021, 49(5): 7-13. doi: 10.11911/syztjs.2020136

摘要(623) 全文 (547) [PDF 1789KB](316)

摘要:
人工智能技术飞速发展，在部分行业已取得明显的应用效果，但在钻井领域的应用尚处于探索阶段。为推动人工智能技术在钻井领域的应用，在简述钻井行业人工智能应用研究情况的基础上，提出了将人工智能技术应用到钻井领域的“三轮驱动”方法论，分析了钻井领域适合开展人工智能研究的业务场景及人工智能技术工具，提出了基于方法论评价优选项目的方法，给出了评价优选实例，并以井下故障复杂实时诊断为例简述了钻井人工智能应用研究的过程。同时，指出了钻井领域开展人工智能应用研究存在的不足，提出了钻井人工智能技术的发展建议。

长庆油田小井眼超长水平段水平井钻井技术

王忠良, 周扬, 文晓峰, 龙斌, 丁凡, 陈邵维

2021, 49(5): 14-18. doi: 10.11911/syztjs.2021060

摘要(499) 全文 (193) [PDF 1820KB](181)

摘要:
针对长庆油田小井眼超长水平段水平井钻井施工中井眼轨迹控制困难、储层钻遇率低、机械钻速低、井壁易垮塌和易发生井漏等问题，分析了钻井技术难点，研究了旋转导向智能井眼轨迹控制技术、近钻头方位伽马成像技术和工程参数监测技术，进行了钻头选型优化，并研究应用纳米成膜封堵水基钻井液技术，形成了长庆油田小井眼超长水平段水平井钻井技术，能够精准控制井眼轨迹、提高储层钻遇率、保障井下安全和提高机械钻速。长庆油田桃XX井应用旋转导向技术及相关配套技术，安全高效地完成了水平段长4466 m、井深8008 m的钻井施工，储层钻遇率高达96.6%，创造了长庆油田井深最深、亚太区陆地水平段最长的纪录。研究结果表明，长庆油田小井眼超长水平段水平井钻井技术的现场应用效果良好，具有较好的推广应用价值。

南海超大水垂比大位移M井钻井关键技术

张强, 秦世利, 饶志华, 田波, 左坤

2021, 49(5): 19-25. doi: 10.11911/syztjs.2021045

摘要(445) 全文 (193) [PDF 2256KB](138)

摘要:
为开发南海东部某油田边际油藏，设计了一口水垂比高达4.90的大位移井M井，钻井过程中面临储层埋深浅、稳斜裸眼井段长、安全密度窗口窄、井眼清洁困难和套管下入摩阻大等技术难点。通过研究与应用井眼轨迹控制、井身结构优化、井筒当量循环密度ECD控制工艺和安全高效下套管工艺等技术，顺利完成了该井的钻井作业。应用结果表明，五开井身结构显著提高了井壁稳定性；使用连续循环阀系统及岩屑床破坏器，井底ECD变化率降低至小于1.9%；应用漂浮下套管及全掏空旋转下尾管工艺，顺利下入ϕ244.5 mm套管×4 200.00 m及ϕ177.8 mm尾管×5 772.00 m。超大水垂比大位移井钻井关键技术在M井应用后，创下了中海石油海上油田最大水垂比大位移井钻井作业纪录，为后续类似大位移井的开发积累了经验。

预探井杨柳1井钻井提速关键技术

赵润琦

2021, 49(5): 26-30. doi: 10.11911/syztjs.2021095

摘要(319) 全文 (186) [PDF 1631KB](131)

摘要:
杨柳1井为普光气田周边区块的一口预探井，设计井深5 850.00 m，因陆相地层软硬交错、倾角大、须家河组研磨性强和裂缝性地层发育等问题，导致钻井过程中存在提速困难、井身质量控制难度大、钻井液漏失量大等技术难题。为此，根据该井地层岩性特征，优选应用了泡沫/空气钻井技术以提高上部陆相地层机械钻速、“螺杆钻具+复合钻头”钻井提速技术以提高须家河组高研磨性地层机械钻速、预弯曲动力学防斜打快技术以提高井身质量、裂缝性地层防漏堵漏技术以提高堵漏成功率，确保该井顺利钻至井深5 890.00 m完钻，平均机械钻速2.77 m/h，与邻井相比有较大幅度的提高，且未出现严重的井下故障，减少了钻头使用量，缩短了堵漏时间，取得了良好的经济效益。杨柳1井实现了钻探目的，完善了该区块的地质资料，为今后该区块的钻井积累了提速经验。

长宁区块强封堵油基钻井液技术研究及应用

王志远, 黄维安, 范宇, 李萧杰, 王旭东, 黄胜铭

2021, 49(5): 31-38. doi: 10.11911/syztjs.2021039

摘要(448) 全文 (181) [PDF 2501KB](124)

摘要:
分析清楚长宁区块龙马溪组和五峰组井眼失稳的原因，提出强化井眼稳定的钻井液技术对策，对该区块水平井水平段的钻进至关重要。基于X射线衍射、扫描电子显微镜、页岩膨胀、滚动分散试验，揭示了复杂地层的井眼失稳机理，提出了“强化封堵微观孔隙、抑制滤液侵入和阻缓压力传递”协同的井眼稳定技术对策。采用砂床滤失仪、高温高压滤失模拟装置、微孔滤膜等试验装置，优选了以封堵剂为主的长宁区块油基钻井液处理剂，构建了适用于长宁区块的强封堵油基钻井液体系，其抗温135 ℃，抗盐10%，抗钙1%，抗劣土8%，400 μm宽裂缝的承压能力达5 MPa，0.22和0.45 μm孔径微孔滤膜的滤失量均为0，封堵效果突出，综合性能优于常规油基钻井液。该钻井液在长宁区块现场试应用10余口井，龙马溪组和五峰组水平段均未出现井眼失稳的问题；与同区块采用常规钻井液的已钻井相比，复杂地层的井径扩大率平均降低10.82%，建井周期平均缩短4.5 d。研究结果表明，强封堵油基钻井液技术解决了长宁区块水平井龙马溪组和五峰组水平段的井眼失稳问题，具有较好的推广应用价值。

塔里木油田跃满西区块高温恒流变钻井液研究与现场试验

舒义勇, 孙俊, 曾东, 徐思旭, 周华安, 席云飞

2021, 49(5): 39-45. doi: 10.11911/syztjs.2021037

摘要(393) 全文 (241) [PDF 1518KB](108)

摘要:
塔里木油田跃满西区块深部地层钻井液安全密度窗口窄，易出现井漏、井塌、卡钻和盐水侵等井下复杂情况，目前所用钻井液存在高温增稠、抗CO₃^2–/HCO₃^–和劣质土污染能力差等问题。为解决这些问题，研究了以抗高温聚合物降滤失剂APS220和新型高温稳定剂HTS220为主剂的高温恒流变钻井液，在试验分析主要试剂性能的基础上确定了基本配方。通过室内试验，评价了该钻井液的高温恒流变性、抗CO₃^2–/HCO₃^–污染性能和抗钠膨润土污染性能，试验发现，其100与180 ℃时的塑性黏度比值为1.3，动切力比值为1.5，初切力比值为1.7，终切力比值为1.2，随温度升高各流变参数的变化幅度明显低于常用钻井液，可抗2.0%的CO₃^2–/HCO₃^–复合污染、10.0%的钠膨润土污染。高温恒流变钻井液在跃满西区块2口井现场试验中，流变性能稳定，钻后井眼畅通，减少了井下复杂情况，取得了显著效果。

非平面三棱形PDC齿破岩机理研究与现场试验

刘建华, 令文学, 王恒

2021, 49(5): 46-50. doi: 10.11911/syztjs.2021040

摘要(505) 全文 (177) [PDF 2328KB](82)

摘要:
非平面三棱齿的破岩机理不清晰，导致三棱齿PDC钻头达不到预期的破岩效果。为此，采用有限元法对非平面三棱齿进行数值模拟分析，分析破岩过程中的各项切削力的变化规律，研究其破岩机理。数值模拟和刮切试验结果表明，三棱齿与平面PDC齿在破岩过程中的岩石受力状态存在明显的差异，相同条件下三棱齿切削破碎砂岩时的切向力及切向力的波动幅度均小于常规平面齿。三棱齿PDC钻头现场试验表明，其在研磨性高、冲击性强地层中的破岩效率较高，抗冲击性能较好。研究表明，三棱齿主要通过拉剪作用破坏岩石，切向力和扭矩更小，抗冲击性和耐磨性更高，能够提高破岩效率、延长钻头使用寿命。

新疆玛湖地区致密油水平井套管螺纹扣型优选

舒博钊, 赵文龙, 王航, 黄永智, 张智, 祝效华

2021, 49(5): 51-56. doi: 10.11911/syztjs.2021041

摘要(430) 全文 (147) [PDF 2217KB](134)

摘要:
为了解决新疆玛湖地区致密油水平井下套管作业过程中的套管螺纹接头断裂失效问题，采用有限元数值模拟方法和全尺寸套管实物试验方法，对比分析了下套管作业上提–下放过程中API-LC长圆扣型和TP-G2特殊扣型套管螺纹接头的连接强度和疲劳寿命。数值模拟和试验结果表明，在相同上提拉力或下放压力作用下，TP-G2特殊扣型套管螺纹接头的应力水平明显低于API-LC长圆扣型套管螺纹接头；在相同拉伸–压缩循环交变载荷作用下，TP-G2特殊扣型套管螺纹接头的疲劳寿命约为API-LC长圆扣型套管螺纹接头的6.9倍。研究表明，新疆玛湖地区致密油水平井下套管作业时采用TP-G2特殊扣型套管螺纹接头代替API-LC长圆扣型套管螺纹接头，能够更好地满足现场下套管作业技术需求，提高作业效率。

井下钻柱振动信号的测量及振动激励源研究

陈会娟

2021, 49(5): 57-63. doi: 10.11911/syztjs.2021011

摘要(635) 全文 (244) [PDF 3263KB](164)

摘要:
为深入认识钻井过程中井下钻柱振动的特征、明确振动激励源，利用ESM存储式测量系统对某超深井旋转钻进过程中的振动信号进行了测量，并分析了钻柱粘滑和涡动的主要特征；以此为基础，分别采用快速傅里叶变换和短时傅里叶变换方法对钻柱振动信息进行频域和时频分析，确定了引起钻柱振动的主要频率，进而明确了其振动激励源。研究发现：钻柱发生粘滑运动时，三轴加速度呈同步周期性变化，其周期为10 s，主要频率成分为0.1 Hz；钻柱发生涡动时，三轴加速度均呈杂乱无章的不规则波动，主要振动频率为钻头转速的2倍频、转盘转速的1～5倍频。实例分析结果表明，引起钻柱涡动的激励源主要有钻头与地层的相互作用、稳定器或Power-V系统与井壁的摩擦等，为制定减振措施提供了理论依据。

ϕ273.1 mm无限极循环尾管悬挂器在元坝气田的应用研究

郭朝辉, 李振, 罗恒荣

2021, 49(5): 64-69. doi: 10.11911/syztjs.2021004

摘要(320) 全文 (163) [PDF 1793KB](117)

摘要:
元坝气田ϕ273.1 mm尾管固井时因裸眼段长、环空间隙小和尾管段长，导致尾管难以下到设计位置、中途开泵受限和替浆计量困难等技术难点。在分析地质状况、井眼条件和工具功能等因素的基础上，采用了具有压力平衡机构、卡瓦内嵌结构的无限极循环尾管悬挂器及配套胶塞系统，并制定了针对性的尾管下入措施。元坝气田7口井应用了无限极循环尾管悬挂器，实现了中途循环解阻，解决尾管难以下到设计位置的问题，尾管到位率100%，胶塞复合信号明显，实现了精准替浆作业，碰压率85%。研究结果表明，元坝气田ϕ273.1 mm尾管固井采用无限极循环尾管悬挂器效果显著，该尾管悬挂器为元坝气田大尺寸、长裸眼段的尾管固井提供了有效的技术手段，具有一定的推广应用价值。

深井超深井短轻尾管短路故障测试方法与现场应用

刘国祥, 赵德利, 李振, 孔博

2021, 49(5): 70-74. doi: 10.11911/syztjs.2021042

摘要(286) 全文 (124) [PDF 1551KB](78)

摘要:
为了精准测试深井超深井短轻尾管是否发生短路，在尾管短路常规测试方法的基础上，结合实际施工作业条件，提出了变密度浆体循环压力变化曲线测试方法，分析了变密度循环测试原理、控制过程，研究了可操作的测试流程与技术关键点。变密度浆体循环压力对井下循环通道变化具有较高的敏感性，反映在压力曲线上会有不同的压力变化，通过对比现场实测压力曲线与理论压力曲线，可准确判断井下管柱短路情况。现场应用表明，该测试方法具有抗干扰因素强、测试结果精准度高和现场操作简便的优点，能够准确判断尾管管柱是否发生短路。变密度浆体循环压力变化曲线测试方法解决了深井超深井短轻尾管短路测试难的问题，具有较好的现场推广应用价值。

缝洞型碳酸盐岩油藏注氮气致稠机理研究

刘中云, 李兆敏, 赵海洋

2021, 49(5): 75-80. doi: 10.11911/syztjs.2021015

摘要(303) 全文 (207) [PDF 2069KB](79)

摘要:
为了明确缝洞型碳酸盐岩油藏注氮气原油变稠的机理并制定相应的开发对策，提高注氮气的采收率，开展了缝洞型油藏注氮气致稠机理研究。该研究通过注氮气模拟试验，分析了氮气抽提作用、氮气含氧量和伴注水对原油黏度的影响。结果表明，氮气含氧是引起原油黏度增大的主导因素，含氧量为1%时，仅需2 d多即可将氧气耗尽，黏度达到18 000 mPa·s，为初始黏度的6倍；含氧量为5%时，在7 d多时间内黏度持续升高达到1 122 000 mPa·s，为初始黏度的366倍。乳化含水和抽提对原油黏度的影响相当，黏度升高1～3倍。研究表明，提高注入氮气的纯度是防止塔河油田缝洞型油藏注氮气致稠的最有效方法，研究结果为解决缝洞型碳酸盐岩油藏注氮气原油致稠问题提供了理论依据。

青海油田尕斯N₁–N₂¹超高盐油藏复合驱提高采收率技术

贾志伟, 程长坤, 朱秀雨, 濮兰天, 韩宇, 扈福堂

2021, 49(5): 81-87. doi: 10.11911/syztjs.2021121

摘要(206) 全文 (144) [PDF 1971KB](29)

摘要:
青海油田尕斯N₁–N₂¹油藏的地层水矿化度和钙镁离子含量超高，进行凝胶与表面活性剂复合驱，常规凝胶易脱水破胶，长期稳定性差，同时常规表面活性剂易与地层水中的钙镁离子发生反应产生沉淀。针对前一问题，合成了适用于尕斯N₁–N₂¹油藏的抗高盐有机凝胶，配方为0.3%～0.4%聚合物+0.2%～0.3%交联剂+0.1%～0.2%稳定剂，该体系在68 ℃条件下初凝时间大于70 h，成胶后凝胶黏度大于1.0×10⁴ mPa∙s；优选了抗高盐表面活性剂QH-1，评价了界面张力和驱油效果，发现质量分数0.4%的QH-1溶液可提高采收率18.72%。室内试验结果表明，交替注入抗高盐有机凝胶和QH-1能有效遏制水的无效循环，提高中低渗区域的驱油效率，优化的“凝胶+QH-1”复合驱可提高采收率27.6%以上。该复合驱在尕斯N₁–N₂¹油藏9口注水井进行了应用，应用后对应油井的平均含水率由80%降至70%，增产油量2.41×10⁴ t。研究结果表明，“凝胶+QH-1”复合驱提高采收率技术对青海油田尕斯N₁–N₂¹超高盐油藏增油降水具有很好的效果，具有推广价值。

CO₂响应性增强泡沫体系室内试验研究

吕伟, 刘笑春, 白海龙, 彭明兰

2021, 49(5): 88-93. doi: 10.11911/syztjs.2021119

摘要(231) 全文 (124) [PDF 1845KB](40)

摘要:
为解决低渗透油藏CO₂驱气体窜流影响开发效果的问题，以泡沫综合值为评价指标，通过搅拌法优选发泡剂，建立了CO₂响应性增强泡沫体系，配方为0.1%发泡剂AOS+4.0％小分子胺+水。该体系在接触CO₂前黏度与水接近，与CO₂作用后黏度可升高18倍以上。性能评价结果显示：CO₂响应性增强泡沫体系的泡沫综合值可达到常规泡沫体系的11倍以上；具有明显的剪切稀释特性，流变方程符合幂律流体流变模式；比常规泡沫体系具有更强的黏弹性，可以封堵优势渗流通道，抑制非均质低渗透油藏CO₂驱气体窜流，提高低渗透油藏CO₂驱的采收率。研究结果表明，CO₂响应性增强泡沫体系可以解决低渗透油藏CO₂气体窜流问题，提高CO₂驱的开发效果。

页岩油藏裂缝网络多相渗流数值模拟研究

咸玉席, 陈超峰, 封猛, 郝有志

2021, 49(5): 94-100. doi: 10.11911/syztjs.2021090

摘要(400) 全文 (211) [PDF 2204KB](105)

摘要:
为了准确表征页岩油藏复杂裂缝中多相流体的流动，建立了嵌入裂缝多相流动模型和多裂缝交叉网络多相流动模型，采用数值模拟方法，研究了多相流体在多裂缝交叉网络中的流动规律。研究结果表明，裂缝网络多相渗流数值模拟方法解决了表征流体单一、裂缝尺度范围大、划分网格要求精度高、流体参数在裂缝界面处不连续等问题，能够判断水力压裂裂缝与天然裂缝沟通的规模及距离，数值模拟计算的地层压力可以表征页岩油藏裂缝网络附近区域内压力随生产时间的变化规律。裂缝网络多相渗流数值模拟，实现了数值模拟的高效计算，为评价页岩油藏储层提供了新的技术方法。

井下同轴闭式地热系统循环工质综合评价优选

于超, 张逸群, 宋先知, 王高升, 黄浩宸

2021, 49(5): 101-107. doi: 10.11911/syztjs.2021066

摘要(290) 全文 (177) [PDF 1838KB](85)

摘要:
井下同轴闭式地热系统中，不同循环工质对系统换热性能影响不明晰，仅考虑单一因素无法对换热性能进行全面评价。为此，首先利用COMSOL软件，建立了井下同轴闭式地热系统三维流动传热数值模型，利用现场数据进行了验证；然后选取出口温度、换热功率、循环压耗及性能系数（COP）等4个评价指标，采用层次分析法确定评价指标的权重；最后基于模糊综合评判法，建立了综合评价模型，对9种循环工质的换热性能进行了综合评价。根据综合评价值，将循环工质分为3级，其中CO₂综合评价值最高，表明CO₂的综合换热性能最好，是最优循环工质。研究表明，建立的综合评价模型可以全面评价循环工质的换热性能，采用CO₂作为循环工质，可以大幅提高井下同轴闭式地热系统的换热效率。

连续油管打捞砂埋节流器技术研究与现场试验

王思凡, 张安康, 胡东锋

2021, 49(5): 108-113. doi: 10.11911/syztjs.2021067

摘要(425) 全文 (233) [PDF 1828KB](104)

摘要:
为了解决节流器砂埋后打捞失败导致的气井关停问题，在分析卡瓦式节流器结构原理的基础上，提出了气井节流器的砂埋判识方法，分析了节流器砂埋后的打捞复杂原因；结合常规钢丝打捞作业、连续油管磨铣打捞作业和起管柱作业的节流器处理措施，研究了连续油管冲砂打捞砂埋节流器的技术思路和作业流程，推荐了冲砂打捞工具串，并分析了对应连续油管及油管直径的理论最小冲砂排量。现场试验4口水平井，冲砂后均成功打捞出了砂埋ϕ88.9 mm油管节流器，成功率100%，平均总耗时小于1.5 d，取得了良好的试验效果。研究表明，连续油管冲砂打捞砂埋节流器技术的可靠性和成功率高，具有较好的现场推广应用价值。

深层油气井井筒完整性检测方法

张波, 罗方伟, 孙秉才, 谢俊峰, 胥志雄, 廖华林

2021, 49(5): 114-120. doi: 10.11911/syztjs.2021127

摘要(385) 全文 (150) [PDF 1941KB](83)

摘要:
为解决深层油气井井筒“完整性失效部位不唯一、失效形式多样化”、定位识别难度大的问题，基于现有检测方法，集成优化相关设备和工艺，形成了以“声波+电磁”特征为核心的深层油气井井筒完整性检测方法，能够准确定位并识别油管泄漏、丝扣渗漏、套管泄漏、套后水泥环窜流、液面下泄漏和多重泄漏。采用该方法检测了试验井的井筒完整性，成功确定了生产管柱两泄漏点的位置和泄漏类型。研究和现场试验结果表明，研究形成的检测方法可准确识别深油气井井筒完整性失效类型和确定失效位置，可为深层油气井建井、修井和井筒完整性管理提供技术支撑。

随钻测井仪流道转换器优化设计与数值分析

药晓江, 卢华涛, 尚捷, 王清华, 李洋

2021, 49(5): 121-126. doi: 10.11911/syztjs.2021069

摘要(387) 全文 (129) [PDF 1970KB](92)

摘要:
随钻测井仪流道转换器流道截面设计不合理，不仅会造成随钻测井仪器内流道局部流场紊乱，致使仪器局部冲刷严重，造成仪器使用寿命缩短；还会导致仪器压力损失偏高，影响仪器的适用性。为此，采用CFD方法，对某型随钻测井仪流道转换器进行优化设计，并对4种设计方案进行了全三维数值模拟和对比，认为影响流道转换器流场性能的主要因素是扩张角和内流道截面积的连续性。最优设计方案的扩张角较小，内流道截面积连续，轴向速度下降更平缓，总压损失最小，流场流速分布更均匀。试验结果表明，流道转换器扩张角、内流道截面积不连续性与流道转换器流场分布均匀性呈负相关，与压力损失呈正相关；总压损失系数理论值与试验值对应的差值不大于0.076%，且变化趋势均与理论分析结果相同。研究结果为流道转换器的优化设计提供了理论依据。

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2021年第49卷第5期

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