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2019年  第47卷  第4期

2019-04期封面
2019, 47(4)
摘要:
4-syztjsML目录
2019, 47(4): 1-2.
摘要:
专家视点
四川盆地威远页岩气藏高效开发关键技术
伍贤柱
2019, 47(4): 1-9. doi: 10.11911/syztjs.2019074
摘要(1460) 全文 (1450) [PDF 1191KB](162)
摘要:

威远页岩气藏地质条件复杂,工程技术面临很大挑战,因此,通过地质和工程技术的相互融合,以“选好区、打准层、压好井、采好气”为核心,从地质评价及井位部署优化、水平井优快钻井及精准地质导向、水平井体积压裂、排采及动态分析等4个关键环节入手进行技术攻关,形成了适合威远页岩气藏勘探开发的6项关键技术,即页岩气高产区带评价与优选技术、复杂地表条件下一体化井位部署与优化、长水平段丛式水平井高效钻井完井技术、页岩甜点录井辅助地质导向技术、页岩气体积压裂技术、排采测试及气藏开发动态分析技术。6项关键技术在威远页岩气藏开发中得到推广应用并不断完善,开发效果不断提高,主力产层龙一11小层的钻遇率达到98%,钻井周期缩短至69.2 d,测试产量达到19.7×104 m3/d,单井最终可采储量增至10 482×104 m3。6项关键开发技术为威远页岩气藏的高效开发提供了技术支持,且技术的适应性不断增强。

钻井完井
海南福山凹陷花东1R井干热岩钻井关键技术
叶顺友, 杨灿, 王海斌, 崔广亮, 赵峰, 董洪铎
2019, 47(4): 10-16. doi: 10.11911/syztjs.2019030
摘要:

为探索海南岛福山凹陷古近系流沙港组流三段、长流组热储情况,在花场区块部署了第一口干热岩探井花东1R井,该井钻探中存在下部地层可钻性差且井眼轨迹控制难度大、深层取心收获率难以保障、地层温度高影响钻井液性能稳定与固井质量等一系列问题。为保证花东1R井顺利完钻,在分析该地域地质构造与岩性特征的基础上,采用牙轮钻头+螺杆的钻具组合及抗高温井下测量仪器,钻进定向井段;根据取心井段地层特点,优选取心工具和优化取心钻井参数,提高取心收获率;采用抗高温钾盐聚合物钻井液解决钻井液在高温环境下性能稳定性差的问题;采用抗高温双凝水泥浆和采取针对性的技术措施,保证高温环境下的固井质量。花东1R井实钻过程中应用上述技术措施,克服了由地层可钻性差和地层温度高引发的钻井技术难点,顺利完成钻井施工,为海南岛干热岩钻探提供了借鉴。

川深1井超高温高压尾管固井技术
罗翰, 何世明, 罗德明
2019, 47(4): 17-21. doi: 10.11911/syztjs.2019094
摘要:

针对川深1井四开井段超高温高压地层尾管固井长效密封的需求,通过增大硅粉加量和合理匹配硅粉粒径抑制水泥石强度衰退,优选高温苯丙胶乳、纳米液硅等改善水泥浆的防气窜能力、力学性能、稳定性等,设计了适用于超高温高压地层的高密度防气窜水泥浆。其性能为:密度2.05 kg/L,防气窜系数SPN值小于0.43,气窜模拟未见气窜现象发生;水泥石在180 ℃下养护14 d抗压强度达到了41 MPa,未见强度衰退现象;水泥石气测渗透率0.008 1 mD,单轴弹性模量为7.54 GPa。川深1井四开井段采用高密度防气窜水泥浆,并采取“替净”、“压稳”和“封严”等固井技术措施,有效封隔了高压气层,为后期作业提供了良好的井筒环境。这表明,超高温高压地层通过优选合适的水泥浆,并采取相应的技术措施,可以解决超高温高压地层的固井技术难点,提高固井质量。

大斜度井段岩屑床休止角预测模型的建立及修正
孙晓峰, 张克博, 袁玉金, 倪晓东, 陈烨
2019, 47(4): 22-28. doi: 10.11911/syztjs.2019039
摘要(3261) 全文 (1194) [PDF 1109KB](69)
摘要:

大斜度井段岩屑床容易失稳或整体下滑迅速堆积成砂塞,而岩屑床失稳位置不好预测。为解决该问题,分析了岩屑床在大斜度井段的受力情况,建立了岩屑床休止角预测模型。基于楔入堆积模型,通过分析平均岩屑床面颗粒滚动与滑动时的受力情况,结合泥沙沉积学中的容重概念,建立了岩屑床休止角预测模型;同时,通过岩屑在不同浓度聚丙烯酰胺聚合物(PAM)溶液中的休止角测量试验,对该预测模型进行了修正。不同浓度聚丙烯酰胺聚合物溶液中岩屑床休止角的试验值分别为26.9°、27.5°、29.7°和30.2°,由滑动休止角预测模型得到滑动休止角的理论值分别为24.2°、25.8°、27.1°和28.5°,而滚动休止角理论值也不超过30°,理论值相较于试验值偏于保守,但按理论值可保证钻井作业安全。研究认为,建立和修正后的大斜度井段岩屑床休止角预测模型,其预测结果较为可靠,可在确定井眼清洁工具有效位置、判断井下故障位置时应用和参考。

天然气水合物动力学抑制剂与水分子相互作用研究
牛洪波, 于政廉, 孙菁, 徐加放
2019, 47(4): 29-34. doi: 10.11911/syztjs.2019037
摘要(1072) 全文 (634) [PDF 863KB](48)
摘要:

为了解天然气水合物动力学抑制剂的分子结构对其抑制性能的影响,分析了不同结构动力学抑制剂与水分子之间的相互作用规律。采用分子模拟方法,分别研究了含有环状结构的动力学抑制剂PVP和PVCap,含有链状结构的动力学抑制剂PMC,以及同时含有环状结构和链状结构的新型动力学抑制剂YZ与水分子之间的相互作用。研究发现,动力学抑制剂与水分子间的相互作用与动力学抑制剂结构密切相关:具有环状结构的动力学抑制剂可以有效降低溶液中水分子的扩散系数,具有链状结构的动力学抑制剂可以与水分子形成更多的氢键,同时具有环状结构与链状结构的动力学抑制剂其抑制性更强。研究结果进一步明确了动力学抑制剂分子结构对其抑制性能影响的机理,对研制天然气水合物动力学抑制剂具有指导意义。

油气钻井技术在干热岩开发中的适应性分析
思娜, 叶海超, 牛新明, 王磊, 冯建赟, 靳瑞环
2019, 47(4): 35-40. doi: 10.11911/syztjs.2019042
摘要(1037) 全文 (772) [PDF 705KB](97)
摘要:

干热岩地热资源潜力巨大,其开发技术主要依赖于油气钻井技术的移植。鉴于干热岩地热资源的特殊性,需要分析油气钻井技术在其开发中的适应性,以便进行改进,从而更快、更好、更经济地开发该资源。在分析干热岩地热资源地层分布特征及其与常规油气资源异同点的基础上,总结了干热岩地热资源开发对钻井工程方面的技术需求;结合当前油气资源开发在安全高效快速钻井、耐高温、高效破岩、高精度表征描述、低成本开发等方面的技术特点,分析了常规油气钻井技术在干热岩地热资源开发中的适应性,明确了可移植于干热岩地热资源开发的油气钻井技术,提出应重点研制耐高温井下工具和工作流体。研究表明,部分油气钻井技术可移植于干热岩地热资源开发,但是鉴于干热岩地热资源对钻井技术的特殊要求,还需要开展针对性的科技攻关。

水平井分段控流完井技术应用效果评价方法
孙荣华, 陈阳, 王绍先, 张磊, 万绪新
2019, 47(4): 41-46. doi: 10.11911/syztjs.2019089
摘要:

为合理评价分段控流完井技术的应用效果,基于累计产油量、日产油量年递减率、年平均含水率和含水率年上升幅度等4项生产指标,建立了理论评价方法和综合评价方法。理论评价方法以D311P5井为实例井,使用数值模型计算常规完井条件下实例井的生产指标,以搭建起分段控流完井条件下实例井与常规完井条件下2口邻井实施对比的中介桥梁,该方法适用于应用井较少或需要精细评价特定井的情况;综合评价方法以D311断块为例,为12口实例井匹配24口邻井,建立96个对比样本,充分利用现场生产数据对比分析实例井及其邻井的生产指标。理论评价结果显示,D311P5井在常规完井方法条件下的生产指标与2口邻井基本持平,该结果与这3口井开采条件相近的实际情况相符,而D311P5井在分段控流完井条件下的生产指标明显优于其常规完井条件;综合评价结果显示,实例井生产指标优于邻井的对比样本为70个,占比72.9%。研究结果表明,分段控流完井技术在D311断块的应用效果良好,达到了增油、稳油、控水的目的,对其他区块完井技术的应用效果评价具有一定的指导作用。

基于损伤力学的HL级抽油杆疲劳分析研究
丁雯, 彭振华, 张园, 任向海, 张辛, 吴超
2019, 47(4): 47-53. doi: 10.11911/syztjs.2019041
摘要(5188) 全文 (2183) [PDF 785KB](32)
摘要:

抽油杆在使用过程中受到损伤会对其安全性能造成影响。为分析损伤对HL级抽油杆安全性能的影响程度,根据损伤力学原理建立了抽油杆疲劳损伤演化模型,采用有效应力法与ANSYS有限元软件,对裂纹损伤、蚀坑损伤和偏磨损伤3种损伤形式下HL级抽油杆的剩余疲劳寿命进行了数值模拟。通过正交试验分析了3种损伤形式下深度、宽度、角度等影响因素对HL级抽油杆剩余疲劳寿命的影响,并利用多元回归方法得到了疲劳寿命与影响因素的关系式。模拟结果表明,3种损伤形式下影响抽油杆疲劳寿命的因素,按影响程度高低排列:裂纹损伤,依次为裂纹的位置、角度、深度和宽度;蚀坑损伤,依次为蚀坑的位置、深度和半径;偏磨损伤,依次为偏磨的位置、深度和长度。3种损伤形式下HL级抽油杆疲劳寿命与影响因素回归关系式的调整决定系数分别为82.0%、94.0%和90.9%。研究结果表明:损伤位置对HL级抽油杆疲劳寿命的影响极其显著;裂纹深度、角度,蚀坑深度和半径及偏磨深度的影响显著;裂纹宽度也有一定影响。3种损伤形式下HL级抽油杆疲劳寿命与影响因素的回归关系式,可为判断HL级抽油杆的剩余寿命提供依据。

ϕ228.6 mm射流冲击器研制及硬地层提速试验
索忠伟
2019, 47(4): 54-58. doi: 10.11911/syztjs.2019085
摘要(1024) 全文 (672) [PDF 683KB](67)
摘要:

涪陵页岩气田二开ϕ311.1 mm直井段钻遇的龙潭组、茅口组地层坚硬,可钻性差,钻头使用寿命短,机械钻速低。为了提高该井段机械钻速,研制了ϕ228.6 mm射流冲击器,并进行了台架试验,结果显示,该射流冲击器性能参数可调范围大,当行程、冲锤质量和排量变化而其他条件不变时,冲击力、单次冲击功、冲击频率随之呈近线性变化。在台架试验的基础上,优选了ϕ228.6 mm射流冲击器的结构及性能参数,优化了钻具组合及旋冲钻井参数,并在焦页109–1HF井硬地层进行了现场试验。现场试验结果表明,ϕ228.6 mm射流冲击器提速效果显著,较邻井二开平均机械钻速提高104.9%。ϕ228.6 mm射流冲击器的成功研制,为涪陵页岩气田二开直井段硬地层钻井提速提供了有效的技术手段。

可解挂双向锚定悬挂封隔器关键技术
梁文龙, 薛占峰, 马兰荣
2019, 47(4): 59-63. doi: 10.11911/syztjs.2019017
摘要(6182) 全文 (1735) [PDF 826KB](80)
摘要:

针对常规双向锚定封隔器存在的提前坐挂坐封、密封失效和坐封后无法解挂等问题,研制了集成重载锚定、高压密封、防提前坐封和解挂等多种功能的可解挂双向锚定悬挂封隔器,开展了高承载技术、高压密封技术、防提前坐封技术和解挂技术等关键技术研究,并采用有限元方法分析了整体式卡瓦张开后的应力应变情况。性能测试结果表明,各功能单元的性能参数均达到了设计要求。可解挂双向锚定悬挂封隔器在20多口井进行了现场应用,坐挂坐封均成功,解决了常规双向锚定封隔器存在的问题。可解挂双向锚定悬挂封隔器的成功研制,为多种完井工艺的顺利实施提供了一种可靠的锚定封隔工具。

S135钻杆接头缺口疲劳行为研究
李皓, 曾德智, 高定祥, 刘飞, 田刚, 施太和
2019, 47(4): 64-69. doi: 10.11911/syztjs.2019013
摘要(11790) 全文 (6209) [PDF 1507KB](82)
摘要:

钻杆接头疲劳失效是钻杆失效的主要形式,因此,为提高钻杆的使用寿命,对S135钻杆接头的疲劳行为进行了研究。根据钻杆接头的受力特征设计了疲劳试样,采用PQ–6型旋转弯曲疲劳试验机和扫描电镜研究了应力集中对S135钻杆疲劳性能的影响。结果表明:S135钻杆疲劳性能对V形缺口具有一定的敏感性;缺口根部半径越小,应力集中系数越大,对疲劳性能的影响越严重,应力集中系数和疲劳强度符合幂函数关系;疲劳裂纹从缺口根部开始萌生,存在许多裂纹源(呈环形排列);应力相同时,随着应力集中系数增大,缺口根部的撕裂现象减弱,断口变得光滑、平整,疲劳条纹变得细而密。研究结果表明:对钻杆接头螺纹的牙型进行优化设计,可以降低或减缓齿根的应力集中,降低S135钻杆疲劳对缺口的敏感性,提高S135钻杆的使用寿命。

水下井口套管悬挂器偏磨事故预防技术
张志刚, 张华卫, 崔广亮
2019, 47(4): 70-74. doi: 10.11911/syztjs.2019090
摘要(1387) 全文 (642) [PDF 751KB](48)
摘要:

为了防止半潜式钻机施工过程中水下井口套管悬挂器及其连接短节发生偏磨,破坏油气井的完整性,以海上高温高压探井M井钻井过程中ϕ273.1 mm套管悬挂器及其连接短节发生严重偏磨事故为例,分析了作业时海况、钻井平台偏离井口的程度、隔水管挠性接头是否扭卡和套管悬挂器耐磨补心的内径等可能造成套管悬挂器偏磨的因素,结合有限元软件计算结果,提出了以精确监测钻井平台偏离井口程度和选用与套管内径一致的套管悬挂器耐磨补心为主的预防技术措施。M井填井侧钻及后续的11口井进行钻修井、弃井作业时,4台半潜式钻井平台在施工中严格采取相应的预防技术措施,套管悬挂器及连接短节未发生明显偏磨。现场应用表明,预防技术能够有效保护水下井口套挂悬挂器,保证油气井的完整性。

油气开发
塔河油田溶洞型碳酸盐岩油藏注入氮气垂向分异速度及横向波及范围研究
刘中云, 赵海洋, 王建海, 丁保东
2019, 47(4): 75-82. doi: 10.11911/syztjs.2019092
摘要:

塔河油田溶洞型碳酸盐岩油藏的溶洞发育规模及形态不确定性大,非均质性强,注水开发效果越来越差。为了给注气开发提供依据,分析了该类油藏注入氮气的垂向分异速度和横向波及范围。根据力学关系,建立了溶洞条件下氮气垂向分异速度解析式;采用3D打印技术制作了物理试验模型,基于物理模拟试验,验证了数值模拟的正确性;结合数值模拟,研究了氮气注入速度、原油黏度、油水界面和气水比对氮气在溶洞型油藏中横向展布的影响。研究结果表明,气体横向波及范围会随着注气速度增大、原油黏度降低、油水界面升高而增大,但气水比对气体横向波及范围的影响无明显规律。

多层合采智能井井筒温度场预测模型及应用
杨顺辉, 豆宁辉, 赵向阳, 柯珂, 王志远
2019, 47(4): 83-91. doi: 10.11911/syztjs.2019049
摘要:

智能井多层合采过程中为了优选温度监测设备和确定测点位置,需要准确预测井筒温度剖面。根据智能井多层合采过程中的井筒内流体流动特征,考虑流体经过流量控制阀时,节流效应对井筒内流体流动参数的影响,建立了含流量控制阀的单油管多层合采井筒温度预测模型,并结合生产井的工况进行了数值模拟。模型预测结果表明,井筒温度随产层产出液性质、产液量、产层厚度、产层配比和地层温度梯度的变化呈规律性变化;与各产层单独开采相比,合采时的井筒温度高于各产层单独开采时的平均温度,且合采时的温度梯度最低。为了有效应用多层合采井筒温度场预测模型,基于流量控制阀处温度测量误差最小的原则,提出了温度传感器指标及测点的优选方法;基于井筒温度、温度梯度及流量控制阀处温降变化规律,提出了产层温度异常的解释方法。多层合采智能井井筒温度场预测模型为多层合采智能井温度测量装置的优选和温度变化规律的解释提供了理论依据。

哈萨克斯坦SIPC油田开发主要问题与技术对策
赵全民, 何汉平, 何青水, 陈向军, 王宝峰
2019, 47(4): 92-96. doi: 10.11911/syztjs.2019075
摘要:

哈萨克斯坦SIPC油田开发年限较长,储层地质特征存在较大差异,开发过程中存在注水效率低、储层无法自然投产且改造难度大、储层易受到伤害、出砂严重、钻井速度低且成本高、环空带压等问题。为此,在分析问题原因的基础上,基于油田特点和技术现状,制定了应用高效注水技术、携砂采油技术、高效钻井技术等成熟技术,研制智能储层保护剂及研究复杂砂岩可控穿层压裂技术的技术对策。现场应用表明,该油田采用制定的技术对策,提高了注水效率和储层压裂改造效果,解决了地层出砂问题,降低了储层伤害程度和钻井成本,实现了低油价条件下降本增效的目的,支撑了哈萨克斯坦SIPC油田项目的顺利实施。

基于人工智能的抽油机井结蜡预警方法
邴绍强
2019, 47(4): 97-103. doi: 10.11911/syztjs.2019093
摘要:

针对依靠现场经验确定的清蜡周期不准确而导致蜡卡躺井的问题,开展了基于人工智能的抽油机井结蜡预警方法研究。利用皮尔逊相关系数分析方法,分析了17项油井自动采集参数与结蜡程度的关联性,确定了7项主控参数,创建了结蜡预警规则模型;将7项主控参数的合并指标进行归一化处理得到结蜡综合特征指标(WPSC),并利用结蜡预警规则模型产生的样本数据建立了结蜡井WPSC样本集,选用长短时记忆神经网络(LSTM)对样本集进行训练,得到了WPSC机器学习模型,用其可以定量预测抽油机井的结蜡程度。该方法在胜利油田桩23区块的现场应用结果表明,油井清蜡周期得到延长,且有效避免了蜡卡躺井。研究结果表明,基于人工智能的抽油机井结蜡预警方法实现了油井结蜡程度的定量化预测与预警,对精准确定清蜡时机具有较好的指导作用。

基于溶胀–熟化机理的疏水缔合聚合物速溶压裂液技术
吕振虎, 邬国栋, 郑苗, 杨建强, 向英杰
2019, 47(4): 104-109. doi: 10.11911/syztjs.2019018
摘要(2785) 全文 (935) [PDF 1036KB](47)
摘要:

针对疏水缔合聚合物配制压裂液时分散性能差、溶胀时间长和不适合现场连续混配的问题,综合机械与化学方法,研究了疏水缔合聚合物速溶压裂液技术。通过优化助溶剂加量,减小配液用水的溶度参数,利用负熵因素加快聚合物溶胀速率;同时,设计了同轴双向搅拌装置,提高了固液混合物紊流程度,缩短了聚合物熟化时间。试验结果表明:溶度参数与溶胀胶团直径是影响聚合物溶胀与熟化的关键因素;4%助溶剂可使疏水缔合聚合物的溶胀率在4 min内达到92%;搅拌速率对疏水缔合聚合物熟化时间的影响较小,搅拌方式是影响疏水缔合聚合物熟化速度的主要因素,同轴双向搅拌6 min时的溶胀率达到86%;形成的疏水缔合聚合物速溶压裂液在90 ℃条件下的抗剪切性能大于180 mPa·s,满足现场施工要求。疏水缔合聚合物速溶压裂液技术实现了聚合物压裂液连续混配,降低了聚合物压裂液残液、余液对环境的影响,为大规模体积压裂工厂化作业提供了技术支撑。

预防气体水合物堵塞的深水油气井测试安全阀下入位置研究
张伟国, 曹波波, 金颢, 汪红霖, 马鹏杰, 高永海
2019, 47(4): 110-115. doi: 10.11911/syztjs.2019045
摘要(3547) 全文 (1324) [PDF 1057KB](59)
摘要:

深水油气井测试过程中,容易发生气体水合物堵塞井下安全阀的问题,为避免出现该问题,研究了安全阀合理下入位置的确定方法。利用气体水合物相平衡微观试验装置,在室内模拟了地层水矿化度下多组分气体水合物在水中的相变过程,得到了温度和压力对气体水合物相平衡的影响规律;分析了气体组分、水深、地温梯度和井口压力对生成气体水合物的影响,预测了气体水合物的生成区域,从安全和成本2方面考虑给出了安全阀最小下入深度的确定方法。研究发现,气体组分、水深、地温梯度、井口压力均会影响安全阀的下入位置,产出气中乙烷、丙烷和丁烷含量增加更易生成气体水合物;同时,水深越深,地温梯度越小,井口压力越大,生成气体水合物的区域越大,安全阀需要下入到更深的位置。研究认为,上述研究成果可为深水油气井测试中安全阀下入位置的确定提供参考。

水下采油树30CrMo钢/625合金异金属腐蚀机理试验研究
许亮斌, 李朝玮, 王宇, 肖凯文, 盛磊祥
2019, 47(4): 116-121. doi: 10.11911/syztjs.2019034
摘要:

针对水下采油树在海水和内部流体长期作用下极易发生腐蚀的问题,借助高温高压反应釜,对流花11–1油田水下采油树的30CrMo钢/625合金的电偶腐蚀和堆焊金属腐蚀分别进行了腐蚀浸泡模拟试验,采用扫描电子显微镜和能谱分析仪分析了腐蚀产物膜的微观形貌和化学成分,并分析了30CrMo钢和625合金的异金属腐蚀机理。研究发现,水下采油树的30CrMo钢与625合金接触时,30CrMo钢易发生较严重的均匀腐蚀,且接触位置及堆焊焊缝处30CrMo钢存在较严重的沟槽腐蚀。水下采油树不同金属接触腐蚀的原因包括电偶腐蚀和缝隙腐蚀,堆焊修复后热影响区金相组织的不均匀性也会加剧缝隙腐蚀。研究结果表明,水下采油树应尽量避免不同金属接触形成异金属电偶腐蚀体系,修复已发生局部腐蚀失效的水下采油树时应合理选择堆焊材料并进行全覆盖堆焊,避免异金属腐蚀风险。

测井录井
基于激光诱导击穿光谱的岩屑岩性在线识别试验研究
杨志强, 李光泉, 佘明军
2019, 47(4): 122-126. doi: 10.11911/syztjs.2019091
摘要:

钻井新技术的发展及其推广应用,在提高钻井时效的同时,钻井产生岩屑的粒径变小,给常规岩屑录井带来了困难。近年来,基于激光诱导击穿光谱(LIBS)的岩屑岩性识别技术取得了较好的效果,但该技术仍需要人工采集、清洗岩屑样品,并存在钻遇地层岩屑样品代表性难以准确控制、岩屑岩性识别结果与钻遇地层真实岩性之间具有一定差异等问题。为了解决上述问题,提出了利用LIBS在线识别岩屑岩性的技术构想,在实验室构建了试验平台,探索了激光器光源功率对岩屑样品LIBS信息的影响,通过优选光源功率,提高了岩屑样品LIBS信息的采集精度,进行了干样与湿样、疏松与压实状态下岩屑样品的LIBS检测,发现不同状态下岩屑样品的LIBS特征较为稳定,岩屑样品的LIBS特征与其状态无关。试验结果表明,录井过程中岩屑样品无需处理,可以直接检测,即利用LIBS技术在线识别岩屑岩性可行。