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气体钻井致密砂岩井眼稳定试验研究
张文, 刘向君, 梁利喜, 熊健
当前状态:  doi: 10.11911/syztjs.2022094
摘要(10) 全文(5) PDF (3498KB)(1)
摘要:

为明确气体钻井过程中致密砂岩地层井壁失稳的机理,基于能量耗散原理,利用三轴压缩试验,研究了气体钻井中致密砂岩地层井壁失稳的机理。通过分析三轴压缩试验结果得知:砂岩的能量演化可分为弹性能稳定聚集阶段、耗散能缓慢聚集阶段、弹性能释放且耗散能快速聚集阶段;随着围压降低,破坏砂岩结构所需耗散能峰值极限呈指数下降,而弹性储能峰值极限呈线性下降。随加载速率增大,破坏砂岩结构所需耗散能先减小后增加,存在临界加载速率;砂岩耗散能转化速率与围压和加载速率呈正相关,较高的砂岩耗散能转化速率引起黏聚力弱化、摩擦强化。气体钻井速度过快将引起井壁失稳区域增加,而且在钻遇高压地层时更严重,因此,适当的降低钻井速度,给予地层充分泄压时间,有利于气体钻井过程中保持井壁的稳定性。研究成果对于优化气体钻井速度具有十分重要的意义。

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
当前状态:  doi: 10.11911/syztjs.2022036
摘要(22) 全文(7) PDF (1624KB)(16)
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,创造了一趟钻完钻造斜段+水平段、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。

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
当前状态:  doi: 10.11911/syztjs.2022098
摘要(13) 全文(13) PDF (1854KB)(3)
摘要:

北黄海太阳盆地砾石层漏失和煤层掉块导致该区域小间隙尾管固井环空憋堵和井下漏失,顶替效率低,固井质量差。为此,从固井工具和固井液着手,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,综合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。现场应用表明,尾管固井施工时未发生憋堵和漏失,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。

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, 陈旭, 谢正森, 粟籽华
当前状态:  doi: 10.11911/syztjs.2022026
摘要(20) 全文(10) PDF (2119KB)(1)
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。数值分析结果表明: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。

人工智能在压裂改造技术中的应用现状及前景展望
张世昆, 陈作
当前状态:  doi: 10.11911/syztjs.2022115
摘要(19) 全文(18) PDF (1738KB)(5)
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改造发展的重要力量。针对压裂改造技术智能化发展,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改造技术发展存在的主要问题与今后的重点发展方向,认识到智能压裂改造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、现场智能化调控等方面的研究与应用较少,较国外存在较大差距。指出了数据样本可靠性差、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改造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、压后评估等工作,真正实现一体化智能储层改造。

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
当前状态:  doi: 10.11911/syztjs.2022044
摘要(9) 全文(8) PDF (2389KB)(1)
摘要:

在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,并对扩眼器刀翼进行了受力分析;采用双因素计算方法对该扩眼器进行了钻压分配分析,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,可以为提高扩眼效率提供有效的技术支撑。

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
当前状态:  doi: 10.11911/syztjs.2022037
摘要(14) 全文(23) PDF (1942KB)(3)
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号断裂带南部地层四压力剖面;根据四压力剖面和地质难点优化井身结构,侵入体未发育区域由原有的五开井身结构优化为四开,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,建立的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,平均钻井周期缩短44~55 d,固井质量合格率提高37%。研究表明,优化后的顺北5号断裂带井身结构能够降低钻井完井成本,为复杂地层超深井井身结构设计提供了技术借鉴。

沁南区域煤层气水平井瓜尔胶钻井液技术研究
耿学礼, 郑晓斌, 苏延辉, 敬倩, 史斌, 李建
当前状态:  doi: 10.11911/syztjs.2022038
摘要(12) 全文(9) PDF (1800KB)(1)
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。通过瓜尔胶加量优化和耐盐性能评价,并复配其他处理剂,形成了瓜尔胶钻井液;通过生物酶种类优选、加量优化和助排性能研究,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,稳定井壁能力良好;配合生物酶破胶液在实现低温破胶的同时,单井日产能提高15%以上,具有较好的储层保护效果。研究表明,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,为易塌煤层水平井钻井施工提供了一种新的储层保护方法。

2022年, 第50卷,第6期
专家视点
摘要:

钻完井作为油气勘探开发中主要的碳排放阶段,是实现净零排放的重要环节。总结了油气全产业链碳排放足迹及主要油田技术服务公司碳减排的动向,分析了钻完井作业碳减排的发展方向,认为其主要包括升级改造钻机与压裂泵车动力系统、提升装备动力管理自动化水平、加大储能技术在钻完井中的应用力度、推广钻完井自动化与远程决策系统、探索钻完井作业与海洋新能源耦合等,结合国家和油气企业碳达峰、碳中和目标以及钻完井技术水平,提出了实现钻完井作业过程碳减排的建议,即聚焦油气勘探开发碳排放足迹,强化钻完井全过程碳排放管理、推进钻完井全过程低碳化转型、提升钻完井作业效率、探索海洋新能源利用。研究结果与建议对加快推进钻完井作业过程碳减排、实现我国低碳转型承诺具有重要意义。

远探测技术专题
摘要:

为了及时发现地层构造变化,规避钻井风险的同时准确评价地层,要求随钻测井仪器具备尽可能大的探测深度和较高的分辨率,而单一尺度的测量结果难以同时满足上述要求。为此,模拟研究了超深随钻方位电磁波和随钻方位电磁波测井系统的探测特性,分析了该测井系统的探边能力和分辨率,并探索了其对钻前地层界面的探测效果;然后,采用拟牛顿法,进行了多尺度随钻方位电磁波测井资料的精确快速反演。研究结果表明,通过增大源距、降低频率的方式,超深随钻方位电磁波测井的探边能力达到数十米;与小尺度随钻方位电磁波测井联合使用,通过反演可以实时获取油藏电阻率剖面信息,从而实现近远井不同范围内的地质预测、地质导向和油藏描述。

摘要:

为了实现气体钻井钻头前方风险地层的超前探测,设计了适用于气体钻井环境的井下冲击震源工具,并对其力学性能进行了研究。基于气体钻井的环境,设计了冲击震源工具的关键结构;根据室内冲击试验,优化了震源工具的吸振结构和冲击能量;使用RecurDyn软件,分析了冲击块的运动过程,优化了关键结构的参数;模拟研究了底部吸振圆盘的抗冲击能力和传动杆限位结构的抗拉强度,以及冲击震源工具的力学性能;给出了现场施工方案,分析了其主要优势。研究结果表明:聚四氟乙烯能显著衰减钻铤波及尾波,有利于识别时域内的地层弱反射波信号;冲击能量为50 J时,冲击振动波的传播距离为18.61 m,可满足气体钻井超前探测的目的;聚四氟乙烯受到的最大冲击力为1 796.88 N时,其相对变形不超过0.03%,且传动杆限位结构处承受下部钻具的重量不能超过1 150 kN。通过气体钻井随钻超前探测震源工具结构设计及力学性能模拟研究,为近钻头冲击震源工具的研制与应用提供了依据。

摘要:

为满足超软地层钻井防碰与井眼轨迹描述的需要,基于声波远探测测井技术,提出了一种偶极纵波邻井井眼成像方法。首先,基于有限差分法模拟了井中偶极声源激发的邻井散射全波场,分析了不同类型散射波的幅度特征及方位特性;然后,分析了两井不共面对散射波幅度和到达时间的影响;最后,通过双井模型试验和现场实际测井数据,验证了偶极纵波邻井成像的可靠性。研究结果表明:偶极纵波相对于横波在超软地层邻井成像中更具优势;四分量旋转后成像最清晰的方位即为目标井方位;两井不共面也不会影响邻井成像。偶极纵波邻井井眼成像方法为浅海软地层钻井防碰和井眼轨迹描述提供了新的技术手段。

摘要:

现有随钻测井技术存在仪器过长、信号同步困难和探测盲区大等问题,如何实现对地层边界的实时探测与精确成像,是目前随钻测井的热点和难点问题。为此,以闭合线圈为发射线圈、非闭合线圈为接收线圈,设计了一种新型混合偶极子天线系统,给出了其结构和测量原理,构建了测量电势信号转换成地质信号的方法,分析了基于电场信号的远探测响应规律及影响因素。在此基础上,对比分析了典型层状介质混合偶极子远探测地质信号的实部和虚部与源距及工作频率的关系,考察了地质信号对地层界面方位的敏感性,以及电阻率和对比度对探边能力的影响规律。最后,借助单界面模型,明确了混合偶极子远探测方法在短源距及多种工作频率下的最大探边距离。研究结果可为混合偶极子远探测测井仪器的研制提供依据。

摘要:

为了获取井周地层方位声波速度信息,评价地层的非均匀性,设计了不同方向速度模型井,研究了随钻声波远探测的方位声波速度测量性能。不同方向速度模型井包含4个扇区,相邻扇区纵波速度和横波速度均不同。数值模拟了该模型井的声波传播,采用偏极子发射和偏极子接收的测量模式,获得了方位角为0°,90°,180°和270°时的阵列接收波形,从接收波形提取到了井周地层方位声波速度信息,识别到了方位分区的变化。根据不同方向速度模型井的参数设计了试验装置,使用瓦片状方位声源准确测量到2个扇区高速介质的声波速度,识别出2个扇区低速介质的声波速度变化趋势,试验结果与数值模拟结果基本一致。研究结果表明,利用不同方向速度模型井可以对不同方向的声波速度进行评价,为随钻声波远探测进行地质导向和地层各向异性分析提供理论依据。

摘要:

为了解超深探测随钻电磁波测井地质信号的过界面特征及其影响因素,基于层状各向异性介质多分量电磁波测井解析解,对PeriScope轴向发射–倾斜接收线圈系、DWPR双斜线圈系以及GeoSphere对称测量模式3种结构的地质信号,在超深探测随钻电磁波测井的低频、长源距条件下进行了数值模拟,对比了3种结构地质信号的过界面响应特征、探测深度以及各向异性的影响,探讨了其在超深探测中的适用性。研究得知,3种结构的地质信号均可指示地层界面及其方位,且长源距、高频下响应的非单调性明显,其中DWPR双斜地质信号的单调性最强;电阻率比100∶1地层模型下,GeoSphere地质信号具有更大的探测深度,DWPR双斜线圈系地质信号次之;DWPR双斜线圈系的幅度比地质信号不受地层各向异性的影响,其余地质信号均受地层各向异性的影响。研究结果表明,降低频率、加大源距可有效增强地质信号探测深度,降低频率、减小源距有利于地质信号对地层界面响应的单调性,各向异性对绝大部分地质信号的影响明显。

钻井完井
摘要:

顺北56X井是部署在顺北V号条带的超深重点风险预探井,钻井过程中面临二叠系和志留系易漏失、奥陶系破碎地层井壁稳定性差、奥陶系桑塔木组易井斜、井眼轨迹控制难和储层钻遇裂缝带气侵等技术难点。为此,针对二叠系、志留系和奥陶系的地质特征,选用防漏堵漏钻井液和高温强封堵油基钻井液,并制定相应维护处理措施,有效预防了二叠系和志留系的漏失,保障了奥陶系的井壁稳定;应用“大扭矩螺杆+垂直钻井系统”防斜打快技术,实现了直井段的防斜打快;通过优化井眼轨道、采用工具面快速调控工艺、配套高温随钻测量技术和制定井眼轨迹技术方案,使该井井眼轨迹与井眼轨道符合度高,实现准确中靶;利用“微过平衡密度+简易控压”钻井技术,解决了储层钻遇裂缝带气侵的问题。顺北56X井钻井过程中未出现井控风险,准确中靶,顺利钻至井深9 300.00 m(垂深8 087.94 m)完钻,成为我国目前最深的水平井,同时也是目前亚洲陆上最深的水平井。该井安全成井,表明我国具备了钻特深水平井的能力,可为中国石化“深地一号”工程顺北特深层油气藏勘探开发提供技术支撑。

摘要:

超短半径水平井在油气田老井改造、剩余油挖潜方面作用很大,但常用的柔性钻具超短半径水平井钻井技术存在起下钻周期长、作业成本高的问题。考虑连续管钻井具有钻井效率高、成本低和安全可靠等优点,提出了将连续管与柔性钻具相结合的钻井新思路,并研制了高速和低速大扭矩螺杆、改进了柔性钻具结构、研制了叠加式斜向器和造斜PDC钻头等关键工具,优化了配套施工工艺,初步形成了“连续管+柔性钻具”超短半径水平井钻井技术。该技术在江汉油田陵72-5CZ井开展了首次现场试验,成功完成了长30.21 m的超短半径水平分支井眼,平均机械钻速0.8 m/h,实钻井眼轨迹与设计井眼轨道吻合良好,水平段平均稳斜角为88.17°。现场试验结果验证了“连续管+柔性钻具”超短半径水平井钻井技术的可行性,为剩余油挖潜和低渗油田高效开发提供了一项新技术。

摘要:

为了掌握地下储气库注气过程中的压力动态变化情况,解决持续注气导致的地层参数难以确定的问题,依据现场静、动态资料,基于一种改进粒子群优化算法,综合储层压力、井底压力和井口压力的计算方法,建立了一种地下储气库注气过程一体化压力及地层参数计算方法。首先,利用计算储层压力、井底压力和井口压力的方法计算出井口压力;然后,应用改进粒子群优化算法,不断调整、优化压力和地层参数,使计算的井口压力与实测井口压力达到最优拟合,进而得到储层压力、井底压力,以及储层平均渗透率、探测半径等地层参数。利用该方法计算了呼图壁储气库3口注采井的井口压力和储层的平均渗透率,3口注采井计算井口压力与实测井口压力的决定系数分别为0.988 9,0.989 3和0.978 4,计算出的储层渗透率与试井解释的渗透率基本一致,说明该计算方法的计算结果可靠。研究结果表明,利用地下储气库注气过程一体化压力及地层参数计算方法,可以了解地下储气库注气过程中的压力变化情况,有助于指导地下储气库的安全运行。

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