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当期目录

2023年 第51卷  第1期

专家视点
济阳坳陷页岩油多层立体开发关键工程技术
袁建强
2023, 51(1): 1-8. doi: 10.11911/syztjs.2023001
摘要:

济阳坳陷页岩油复杂的工程地质条件导致钻井周期长、复杂时效高、固井质量难控制和压裂施工难度大等问题突出。为解决以上工程技术问题,通过技术攻关和技术集成,形成了包括多层立体开发钻井工程设计、钻井提速提效技术、钻井液抗页岩油污染技术、水平段固井技术和高效增产压裂技术的页岩油多层立体开发关键工程技术。FY先导示范井组应用了页岩油多层立体开发关键工程技术,该井组8口井的平均钻井周期59.58 d、平均钻完井周期69.95 d,复杂时效较未应用该技术前降低51%,且顺利完成252段的压裂施工。研究与现场应用结果表明,页岩油多层立体开发关键工程技术能解决济阳坳陷页岩油立体开发存在的技术难点,使济阳坳陷页岩油立体开发工程技术水平得到提高,为济阳坳陷页岩油资源的有效开发提供了工程技术支撑。

钻井完井
顺北5号断裂带南部压力剖面建立及井身结构优化
李双贵, 罗江, 于洋, 汤明, 易浩, 曾德智
2023, 51(1): 9-15. doi: 10.11911/syztjs.2022037
摘要:

顺北5号断裂带南部受断裂构造运动影响,钻井过程中普遍存在恶性漏失、钻井效率低等问题。为此,基于邻井成像测井资料和钻井资料,建立了漏失压力计算模型,得到了顺北5号断裂带南部地层的四压力(孔隙压力、破裂压力、坍塌压力和漏失压力)剖面;根据四压力剖面和钻井技术难点优化井身结构,将侵入体未发育区域原有的五开井身结构优化为四开井身结构,并减小井眼尺寸,缩短了钻井周期;针对侵入体发育区域,设计了地层承压能力强的非常规四开井身结构和缩小井眼尺寸的常规五开专封井身结构,提高了井壁稳定性。现场试验表明:所建漏失压力计算模型的预测准确性较高;应用常规五开专封井身结构后,复杂情况处理时效平均缩短 27.8 d,钻井周期平均缩短14.6%。研究和现场试验表明,顺北5号断裂带南部采用优化后的井身结构能够解决钻井过程井漏和钻井效率低的问题,可为复杂地层超深井井身结构设计提供技术借鉴。

泸州区块深层页岩气水平井优快钻井技术
李涛, 杨哲, 徐卫强, 阳强, 杨兆亮
2023, 51(1): 16-21. doi: 10.11911/syztjs.2022036
摘要:

泸州区块深层页岩气储层龙马溪组页岩埋藏深、温度高,钻井过程中面临井漏频发、难钻地层机械钻速低、旋转导向仪器高温下的故障率高和钻井周期长等技术难点。为此,在分析钻遇地层特征和钻井技术难点的基础上,进行了井身结构和井眼轨道优化、高效钻头优选、堵漏技术措施优化、油基钻井液地面降温技术和欠平衡钻井技术研究,形成了泸州区块深层页岩气水平井优快钻井技术。该技术在泸州区块34口页岩气水平井进行了应用,应用井平均完钻井深5 760 m,平均水平段长1 890 m,平均机械钻速由5.61 m/h提高至7.03 m/h,创造了造斜段+水平段一趟钻完钻、单趟钻进尺2 330 m等纪录。泸州区块深层页岩气水平井优快钻井技术支撑了该区块深层页岩气安全钻井和钻井提速提效,对其他地区深层页岩气水平井钻井提速具有一定的借鉴价值。

松南气田泥岩井壁失稳形式及失稳机制的微观数字化分析
石秉忠, 张栋, 褚奇
2023, 51(1): 22-33. doi: 10.11911/syztjs.2023005
摘要:

针对松辽盆地松南气田青山口组、泉头组和登娄库组泥岩井壁失稳的问题,运用高精度CT扫描数字化成像技术建立了数字岩样,并应用岩石微观结构数字图像数值分析方法提取物性参数,通过综合对比不同地层泥岩矿物组成、理化性能,以及泥岩经蒸馏水、不同钻井液处理剂溶液和现场钻井液浸泡后内部微观结构损伤变化等,揭示了泥岩井壁失稳的形式及其机制。3组泥岩岩样黏土矿物含量平均达到34.56%,且以伊/蒙混层、伊利石为主,均具有较强的毛细管自吸水化作用;因组构特征不同,水化损伤微观裂变扩展、裂变过程及其破裂模式与程度存在明显差异;裂变扩展过程决定了次生裂缝的走势与强度,从而决定了泥岩地层井壁宏观上的失稳形式主要是片状剥离和掉块坍塌;不同测试液抑制泥岩水化的作用机理不同,其效果存在明显差异,预防泥岩水化的关键是有效控制或阻缓水分子侵入。分析结果表明,采用数字化成像分析技术进行井壁稳定性评价时,在岩样微观结构损伤的直观刻画、定量描述及对比分析等方面具有明显优势;泥岩地层井壁失稳形式及失稳机制的揭示,为松南气田钻井液处理剂的优选和钻井液配方的优化提供了科学依据。

沁南区域煤层气水平井瓜尔胶钻井液技术
耿学礼, 郑晓斌, 苏延辉, 敬倩, 史斌, 李建
2023, 51(1): 34-39. doi: 10.11911/syztjs.2022038
摘要:

针对沁南区域15号煤层水平井钻井采用清洁盐水和常规聚合物钻井液施工时的井壁坍塌和储层伤害等问题,在分析储层特征及钻井技术难点的基础上,研发了瓜尔胶钻井液和生物酶破胶液。通过优化瓜尔胶加量和评价瓜尔胶的耐盐性能,并复配其他处理剂,形成了瓜尔胶钻井液;通过优选生物酶种类、优化生物酶和助排剂的加量,形成了生物酶破胶液。室内试验表明,瓜尔胶钻井液具有良好的流变性和耐盐性能,可大幅提高煤岩抗压强度,在低温下易破胶,破胶后残渣小于300 mg/L,煤岩的渗透率恢复率达85%以上。沁南区域煤层气水平井应用瓜尔胶钻井液后,井壁稳定性良好;配合生物酶破胶液可以实现低温破胶,且单井日产能提高15%以上,具有较好的储层保护效果。研究结果表明,瓜尔胶钻井液可实现煤层长水平段钻井的顺利施工,完钻后可低温破胶,为易塌煤层气水平井钻井施工提供了一种新的储层保护方法。

北黄海太阳盆地复杂深井小间隙尾管固井技术
胡晋军, 韩广海, 张海峰, 史为纪
2023, 51(1): 40-44. doi: 10.11911/syztjs.2022098
摘要:

北黄海太阳盆地小间隙尾管固井时,砾石层漏失严重,煤层掉块造成环空憋堵,导致顶替效率低,固井质量差。为此,从固井工具和水泥浆着手,优化井眼准备措施,应用封隔式内嵌卡瓦尾管悬挂器增大环空过流面积,采用基体抗侵纤维防漏水泥浆降低漏失风险,研究形成了一套适合北黄海太阳盆地复杂深井的防憋堵、防漏失小间隙尾管固井技术。该固井技术在4 口井进行了现场应用,均取得了良好的应用效果,固井施工未发生憋堵和漏失,固井质量合格。研究结果表明,该技术可以有效解决北黄海太阳盆地尾管固井质量差的问题,有利于该区域油气资源的进一步勘探开发,具有一定的推广应用价值。

等井径膨胀套管系统研制与试验
唐明, 齐鑫, 蔡鹏, 吴柳根
2023, 51(1): 45-50. doi: 10.11911/syztjs.2022030
摘要:

为了解决深井超深井钻遇复杂地层时实现无内径损失的机械封堵难题,通过优选大膨胀率管材、设计大变形膨胀螺纹和变径膨胀工具,研制了ϕ219.1 mm等井径膨胀套管系统。通过室内试验,评价了ϕ219.1 mm等井径膨胀套管系统的机械性能、膨胀性能,试验结果显示:ϕ219.1 mm等井径膨胀套管系统膨胀后的抗外挤强度为15.1 MPa,抗内压强度为29.3 MPa,连接强度为1 850 kN,满足等井径膨胀套管作为“应急套管”临时封堵的要求;膨胀压力18~20 MPa,膨胀过程顺利,膨胀后整个系统性能良好。在测试ϕ219.1 mm等井径膨胀套管系统井下功能性和裸眼下入性的基础上,进行了井下全过程试验,ϕ219.1 mm等井径膨胀套管系统膨胀顺利,膨胀后内径为245.0 mm,满足ϕ241.3 mm工具下入要求,达到了等径膨胀和无内径损失钻进的目的。研究和试验结果表明,ϕ219.1 mm等井径膨胀套管系统可实现等径膨胀,可满足等井径膨胀及封堵作业要求,为等井径膨胀套管系统现场应用奠定了基础。

多级变径随钻扩眼器研制及刀翼受力与钻压分配分析
王站稳, 张红, 施雷, 冯云, 涂忆柳
2023, 51(1): 51-56. doi: 10.11911/syztjs.2022044
摘要:

深层小井眼采用随钻扩眼器进行扩眼作业时存在井眼缩径、固井质量差和卡钻频繁等问题。为解决该问题,基于随钻扩眼器基本结构和工作原理,采用新型变径结构,研制了一种多级变径随钻扩眼器;建立了随钻扩眼尺寸与主动活塞轴向位移之间的函数关系,并分析了扩眼器刀翼的受力情况;采用双因素计算方法分析了该扩眼器的钻压分配情况,得到了随钻扩眼器钻压分配比对扩眼尺寸、钻具锐度及地层抗压强度的影响规律。分析得知,随钻扩眼器的钻压分配比与钻遇地层抗压强度、扩眼尺寸呈正比,与扩眼器锐度呈反比,该扩眼器的理论井径扩大率为7%~20%。研究认为:对随钻扩眼器进行钻压分配分析,可以指导扩眼器的设计及领眼钻头的选型;研制的多级变径随钻扩眼器为提高扩眼效率提供了技术支撑。

单牙轮钻头楔形牙齿偏转角优化方法
陈炼, 宋朝晖, 王新东, 张武涛, 谢正森, 粟籽华
2023, 51(1): 57-61. doi: 10.11911/syztjs.2022026
摘要:

为了解牙齿偏转角对单牙轮钻头破岩效率的影响,获得最优的牙齿偏转角,结合单牙轮钻头的运动特性和牙齿的工作特点,采用数值分析方法进行了楔形牙齿刮切破岩模拟,并建立了单牙轮钻头楔形牙齿偏转角优化方法,同时开展了不同楔形牙齿偏转角单牙轮钻头的破岩试验。数值分析表明:刮切破岩过程中,单牙轮钻头楔形牙齿的工作面和刮切体积在不断变化;楔形牙齿偏转角优化方法能准确、快速地计算楔形牙齿刮切体积,找出最优的偏转角;优化计算发现楔形牙齿的最优偏转角都在90°附近。破岩试验结果验证了楔形牙齿偏转角优化方法的可行性和计算结果的准确性。研究结果表明,利用单牙轮楔形牙齿偏转角优化方法,可以求得单牙轮钻头楔形牙齿的最优偏转角,可以为单牙轮钻头布置楔形牙齿提供指导。

油气开发
中国石化页岩气电动压裂技术现状及发展建议
刘红磊, 周林波, 陈作, 薄启炜, 马玉生
2023, 51(1): 62-68. doi: 10.11911/syztjs.2022100
摘要:

随着技术的进步和环保要求的日益提高,页岩气压裂施工采用传统柴油机驱动压裂泵车组施工噪声大、能耗高和占地面积广等不足逐步显现出来,电动压裂设备因其功率和排量大、噪声和能耗低、施工占地少等优势逐步得到规模应用。在系统总结分析国内外电动压裂技术的发展应用历程及特点的基础上,重点介绍了中国石化电动压裂技术的应用规模、时效和成本,剖析了存在的不足,提出了全面升级电动压裂系统、强化施工过程管理、大规模推广应用全电动压裂技术等建议,以期推动我国电动压裂技术发展和应用,为我国深层和常压页岩气开发提供经济高效的技术手段。

人工智能在压裂技术中的应用现状及前景展望
张世昆, 陈作
2023, 51(1): 69-77. doi: 10.11911/syztjs.2022115
摘要:

随着人工智能理论和计算机技术的快速发展,智能化和数字化已成为推动储层压裂技术发展的重要力量。针对压裂技术智能化发展,阐述了人工智能技术在地质参数预测、压裂参数优化设计、压裂施工实时诊断与调控、压裂工具及材料研发等方面的研究进展与应用情况,分析了当前智能压裂技术发展存在的主要问题与今后的重点发展方向,认识到智能压裂技术仍处于探索试验阶段,国外在“甜点”智能识别、压裂参数优化、现场施工智能化控制等方面的研究已走在前列,并在北美地区多个区块的压裂服务中成功应用,国内仅在压裂大数据机器学习、智能化压裂材料等方面进行了早期探索,在智能压裂装备、工具、实时监测诊断和现场智能化调控等方面的研究与应用较少,与国外存在较大差距。分析认为,数据样本可靠性差、一体化智能压裂方法与装备欠缺和多领域交叉人才缺乏等是影响智能压裂技术快速发展的关键问题,并预测随着万物互联技术的发展,将形成智能化完井压裂系统,不需要人工干预即可完成储层评估、“甜点”识别、压裂参数优化设计、现场调控和压后评估等工作,真正实现一体化智能储层改造。

全缝长酸蚀填砂裂缝导流能力评价方法
蔡计光, 王川, 房好青, 苟波, 王琨, 任冀川
2023, 51(1): 78-85. doi: 10.11911/syztjs.2023015
摘要:

为了准确评价加砂复合酸压时支撑剂对酸蚀裂缝导流能力的影响,从而确定加砂时机,提出了全缝长酸蚀填砂裂缝导流能力评价方法。以顺北油田奥陶系储层为例,采用酸压数值模拟确定了储层条件下裂缝不同位置的温度、酸液质量分数和铺砂浓度等关键试验条件,测试了酸蚀填砂裂缝不同位置的导流能力。试验结果表明:裂缝中不同位置的反应温度对酸刻蚀效果的影响大于酸液质量分数,导致裂缝中部酸刻蚀效果最好,缝尾次之,缝口较差;闭合应力大于60 MPa时,酸蚀裂缝的中部和远端填砂可显著提升导流能力。S3井采用该方法确定酸压中期加砂提升裂缝中、远端的导流能力,改造后稳定日产油量较邻井提高了40.0%,稳产时间延长了57.8%。全缝长酸蚀填砂裂缝导流能力评价方法,克服了常规试验方法难以评价储层条件下百米级裂缝导流能力的局限,为复合酸压加砂时机的确定提供了新的手段。

窄河道油藏水平井边界校正系数研究
原建伟, 刘美佳, 李超, 吴春新, 马栋
2023, 51(1): 86-90. doi: 10.11911/syztjs.2022056
摘要:

为了准确评价窄河道油藏水平井的产能,避免因钻杆地层测试(DST)时间较短造成评价结果偏大,引入边界校正系数表征河道宽度对水平井产能的影响,建立了窄河道油藏水平井模型并求解,得到不同河道宽度下边界校正系数随测试时间的变化曲线。研究结果表明,河道宽度对水平井产能的影响不可忽视,河道宽度越小,边界校正系数越小。利用该方法对渤海X油田P1H 井和 P7H 井2口水平井的比采油指数进行了预测,预测的比采油指数与实际比采油指数的相对误差小于 5.4%,说明引入边界校正系数,能显著提高窄河道油藏水平井产能评价的准确性。该方法可为类似窄河道油藏中水平井的产能评价提供理论依据,指导油藏合理配产。

双壳型覆膜支撑剂DSCP的研制及现场试验
张龙胜, 王维恒
2023, 51(1): 91-97. doi: 10.11911/syztjs.2023014
摘要:

压裂深层页岩气井时,要求所用支撑剂具有良好的抗压强度和导流能力。为了寻找一种抗压强度高、导流能力好且价格适中的适用于高闭合压力油气井压裂的支撑剂,以酚醛树脂、多元醇聚合物和固化剂等为原材料,采用物理表面涂覆和化学改性相结合的方法,按照一定质量比制备了双壳型覆膜支撑剂DSCP。DSCP内壳的主要成分为酚醛树脂,用于提高抗压强度;外壳的主要成分是惰性合成树脂,在进一步提高抗压强度的同时,提高支撑剂的导流能力。室内评价了DSCP的抗压强度、导流能力等性能,结果为,DSCP在压力69和86 MPa下的破碎率分别为1.21%和2.35%,在温度90 ℃、压力90 MPa下的导流能力为3.12 mD·cm,表明其具有良好的抗压强度和导流能力。现场试验表明,相较于使用陶粒压裂的水平井,在达到相同压裂规模和相当工艺参数的前提下,使用DSCP时支撑剂费用降低30%左右。研究结果表明,DSCP能够在高闭合压力井压裂中使用,具有较好的推广应用前景。

测井录井
慢速地层偶极声波远探测井眼成像发射频率优选
孙小芳, 刘峰, 张聪慧, 孙志峰, 仇傲, 郭尚静
2023, 51(1): 98-105. doi: 10.11911/syztjs.2023017
摘要:

为了提高慢速地层偶极声波远探测丛式井邻井井眼成像的图像质量,优选了偶极声源的最佳发射频率。根据慢速地层中偶极辐射声场理论,计算偶极纵波辐射波能流和辐射指向性,分析它们随频率的变化规律,结合试验井测试和现场应用情况,确定适合浅层慢速地层邻井成像的偶极声源最佳激发频率为2.4 kHz。研究结果表明,在测井资料质量良好的情况下,采用该激发频率处理得到的邻井远探测成像图清晰可靠,对图中反射体进行识别,能够确定邻井相对测量井的距离和方位,利用此结果可以指导浅层丛式井邻井防碰。研究结果为开发过程中丛式井邻井防碰提供了新的技术手段。

基于热传导时域积分的井下流量测量方法
鲁义攀, 魏勇, 陈强, 刘国权, 刘杰
2023, 51(1): 106-114. doi: 10.11911/syztjs.2022118
摘要:

针对油田低产液生产井流量测量困难的问题,根据多相流体热力学理论,利用整个测量周期内探测器周围流体冲刷引起的热传导效应,提出了一种基于热传导时域积分的井下流量测量方法。首先,采用间歇式恒功率加热的方式,给探测器提供周期性能量;然后,采用积分法计算和分析了探测器内部温度在升温和降温过程中随外界流体流量变化的规律。理论分析与试验结果表明,时域积分面积与流量呈极好的相关性,尤其在低流量条件下具有较高的分辨率,该方法解决了传统涡轮流量计在流量较低情况下因涡轮无法启动导致失去检测能力的问题。基于热传导时域积分的井下流量测量方法,促进了油水两相流检测技术的发展,为低产液井流量测量提供了一种新的技术手段。

低碳减碳
我国脱碳路径与油公司能源转型策略研究
廖璐璐, 李根生, 宋先知, 冯连勇, 高启超, 程世忠
2023, 51(1): 115-122. doi: 10.11911/syztjs.2022120
摘要:

2015年,《巴黎协定》提出本世纪末全球平均气温较工业化前水平上升幅度控制在2 ℃之内,为积极应对气候变化,我国政府提出了“2030碳达峰,2060碳中和”的目标,但低碳运行下的经济体转型仍面临严峻挑战。为此,基于碳市场、碳交易与碳政策的现状,利用数据挖掘和人工智能数据分析,对全球CO2排放现状和“双碳”目标下国际油气公司的能源转型举措进行了调研分析,并基于我国碳排放及油气领域实用“脱碳”技术现状,给出了我国“脱碳”路径的4项建议,包括推广低碳新材料和新技术、推行通用碳市场标准、制定绿色转型企业保护性政策和激励低碳研发等,提出了我国油公司能源转型的5个关键方向,包括加速低碳化油气勘探开发、开展碳足迹全链评价、推进页岩气智能集约开发、加快氢能技术和CCUS技术研发等。这对我国双碳目标的实现和油公司的顺利转型具有一定的指导意义。