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2019年  第47卷  第5期

2019-05期封面
2019, 47(5)
摘要:
5-syztjsML目录
2019, 47(5): 1-2.
摘要(1296) 全文 (513) [PDF 328KB](51)
摘要:
专家视点
页岩油高效开发钻井完井关键技术及发展方向
王敏生, 光新军, 耿黎东
2019, 47(5): 1-10. doi: 10.11911/syztjs.2019076
摘要(1775) 全文 (1674) [PDF 1063KB](246)
摘要:

近年来美国的页岩油产量急剧增长,页岩油钻井完井技术也呈现出一些新的特点和动向。为了给我国页岩油高效勘探开发提供参考和借鉴,分析了国内外页岩油的勘探开发现状,介绍了实现页岩油经济高效开发所采用的关键钻井完井技术,包括储层甜点评价与识别技术、长水平段水平井技术、高密度分段压裂技术、物探–地质–工程一体化技术和大数据分析与工程优化技术等,并结合页岩油经济高效开发面临的挑战及我国页岩油的勘探开发现状,提出了适应我国页岩油储层高效开发的钻井完井关键技术及发展方向,以指导我国页岩油的经济高效开发,保障国家能源安全。

钻井完井
沧东凹陷致密油气藏水平井钻井关键技术
王建龙, 齐昌利, 柳鹤, 陈鹏, 汪鸿, 郑永锋
2019, 47(5): 11-16. doi: 10.11911/syztjs.2019084
摘要:

为了提高沧东凹陷致密油气藏长水平段水平井的钻井安全和效率,分析了地层特点及钻进中面临的摩阻扭矩大、井眼轨迹控制难度大、紫红色泥岩地层钻速低和石膏层污染钻井液等技术难点,进行了井身结构优化、井眼轨道设计和井眼轨迹控制方式优选、钻井设备及工具优选、钻井液体系优选和性能优化、提速提效技术措施选择及套管安全下入方式优选,形成了沧东凹陷致密油气藏水平井钻井关键技术。在GD1701H井和GD1702H井的现场试验表明,该钻井关键技术可以解决沧东凹陷致密油气藏水平井钻井存在的技术难题,满足安全高效钻井的需求。综合研究认为,沧东凹陷致密油气藏水平井钻井关键技术应用效果良好,可为该类油气藏水平井钻井提供技术支持,建议进行推广。

东方气田浅部储层大位移水平井钻井关键技术
林四元, 张杰, 韩成, 胡杰, 田宗强, 郑浩鹏
2019, 47(5): 17-21. doi: 10.11911/syztjs.2019105
摘要(987) 全文 (525) [PDF 772KB](109)
摘要:

南海西部东方气田浅部储层大位移水平井钻进过程中存在浅层泥岩段易出泥球、目的层疏松易发生井漏导致储层伤害、技术套管下入摩阻大和固井压力安全窗口窄导致漏失与气窜双重风险等难题。结合前期区域钻井作业经验,通过优化钻井液技术方案并复配具有针对性的处理剂,解决了浅层泥岩段岩屑成球的难题,提高了储层保护效果;使用漂浮接箍技术,确保技术套管顺利下入;通过优化浆柱结构及水泥浆配方,并采取提高套管居中度等技术措施,提高了固井质量,最终形成了东方气田浅部储层大位移水平井钻井关键技术。该技术在东方气田浅部储层大位移水平井钻井施工过程中应用效果较好,DF-AH井钻井过程中浅层泥岩段无泥球生成,目的层无井漏发生,技术套管下入顺利,完井清喷产能较设计提高约50%。东方气田浅部储层大位移水平井钻井关键技术为该气田的高效开发提供了技术支持。

苏北盆地小井眼侧钻井关键技术研究与应用
樊继强, 王委, 陈小元, 黄志安
2019, 47(5): 22-27. doi: 10.11911/syztjs.2019102
摘要:

针对苏北盆地小井眼套管开窗侧钻井窗口不规则、机械钻速低、井眼易失稳、摩阻扭矩大及固井质量难以保证等问题,进行了套管开窗方案设计、开窗工具优选、井眼轨迹调整及控制、岩屑床清除、个性化钻头设计、钻井液体系优选及固井技术优化等方面的研究。根据侧钻点不同,优选了开窗工具,优化了井眼轨道,制定了井眼轨迹调整与控制措施,采用了螺旋清砂钻杆,以降低施工摩阻和扭矩;针对不同地层岩性特点及工况,设计了2种PDC钻头,以增加单趟钻进尺,并提高机械钻速;优选了胺基聚合物钻井液体系,配合使用高效极压减摩剂,以满足井壁稳定、井眼净化及润滑防塌要求;采用了防窜增韧水泥浆,配合使用小尺寸液压变径套管扶正器和遇水自膨胀封隔器,以提高固井质量。小井眼侧钻井关键技术在苏北盆地9口井进行了应用,与前期施工井相比,机械钻速提高了125.3%,钻井周期缩短了45.8%,复杂时效下降了87.0%。研究结果表明,苏北盆地小井眼侧钻井关键技术能提高小井眼侧钻井机械钻速、缩短钻井周期和降低复杂时效,提速提效效果显著,具有推广应用价值。

基于支持向量机的钻井工况实时智能识别方法
孙挺, 赵颖, 杨进, 殷启帅, 汪文星, 陈缘
2019, 47(5): 28-33. doi: 10.11911/syztjs.2019033
摘要(1316) 全文 (1102) [PDF 1183KB](79)
摘要:

钻井时效分析通常是依靠人工进行事后分析,具有主观性和随意性,不能及时准确地反映真实的现场情况。为了实时准确地对钻井工况进行自动判别,提高钻井效率,提出了一种基于支持向量机(SVM)的用数据驱动的钻井工况实时识别方法,建立了多个智能识别模型,并对其中的核函数进行分析比较,得出了模型参数的最优值。采用4口井的录井数据验证了模型的准确性,识别结果与实际工况基本一致,6种工况的识别正确率均达到95%以上。钻井时效分析与应用表明,钻井过程中应用工况识别结果,减少了不可见非生产时间。支持向量机实现了钻井工况的实时智能识别,提高了钻井时效,符合油田数字化和智能化发展的要求。

长北区块无土相防水锁低伤害钻井液技术
凡帆, 刘伟, 贾俊
2019, 47(5): 34-39. doi: 10.11911/syztjs.2019104
摘要:

针对长北区块生产井持续生产致使地层压力衰减、压差增大,导致钻井液对储层伤害加剧的问题,在分析长北区块储层伤害机理的基础上,研制了解水锁剂G311,优选了润滑剂G316,并对其加量进行了优化,形成了适用于长北区块压力衰减储层的无土相防水锁低伤害钻井液。该钻井液与无土相低伤害钻井液相比,钻井液滤液表面张力降低率达77.8%,线性膨胀率达22.6%,岩心伤害率低于15.0%,具有解除水锁、抑制水敏及储层保护效果显著等优点。无土相防水锁低伤害钻井液在长北区块2口气井进行了现场试验,钻井过程中没有发生井下故障,起下钻顺畅,井眼始终处于良好净化状态。其中,CX–5井平均机械钻速提高12.1%,裸眼完井并直接气举投产,产气量达70×104m3/d,高于预期产气量。研究结果表明,无土相防水锁低伤害钻井液能够满足长北区块压力衰减地层长水平段水平井钻井安全及储层保护要求。

高强微弹水泥浆在延长油田致密油水平井中的应用
王涛, 申峰, 展转盈, 马振锋, 刘云, 侯云翌
2019, 47(5): 40-48. doi: 10.11911/syztjs.2019082
摘要(1346) 全文 (394) [PDF 1409KB](44)
摘要:

为了提高延长油田致密油水平井的环空密封能力、保证多级缝网压裂开发效果,对水泥浆进行了功能化改性。结合该油田南部致密油储层特征、水平井井身结构和多级缝网压裂对固井水泥浆性能的要求,建立了套管–水泥环–地层受力模型,分析得到了水泥石杨氏模量与界面压力的关系图版,并据此设计了水泥浆;对丁苯胶粉进行了粒径优选、表面处理,并与甲酰胺及无机盐复配制得高强微弹剂,辅之以其他外加剂,形成了满足性能要求的高强微弹水泥浆。研究发现,水泥石杨氏模量越低、地层杨氏模量越高、压裂施工压力越低、井眼扩大率越小,则满足环空密封要求的水泥石抗压强度越小;与空白样相比,高强微弹水泥浆抗压强度提高51.8%、杨氏模量降低10.5%、抗折抗拉强度提高75.0%以上。该水泥浆在延长油田南部10余口致密油水平井进行了现场应用,水平段固井质量合格率达95%以上,分段压裂时未发生窜流。研究结果表明,高强微弹水泥浆可以提高延长油田致密油水平井压裂后的环空密封性,具有推广应用价值。

深水钻井隔水导管承载能力影响因素分析
刘清友, 秦松, 毛良杰, 王国荣
2019, 47(5): 49-56. doi: 10.11911/syztjs.2019099
摘要(1213) 全文 (632) [PDF 1223KB](46)
摘要:

深水钻井中隔水导管的下入深度、力学性能及载荷特征是影响其承载能力的主要因素,隔水导管的承载能力又直接影响其与井口连接的稳定性,而目前设计隔水导管尺寸及下入深度时大多基于工程经验,缺乏理论依据。通过建立综合考虑海底地层性质、轴向和横向载荷、隔水导管力学性能的力学模型,分析了影响隔水导管横向位移及应力分布的因素,结果发现:井口横向载荷是影响隔水导管横向位移的主控因素,而轴向载荷对隔水导管横向位移的作用并不显著;随着隔水导管入泥深度增大,其横向位移逐渐减小,而应力则先增大后减小,其中位移和应力在入泥深度10.00 m左右处存在拐点;地基力学性能对隔水导管位移及应力分布的影响极其明显。研究结果对不同海水波动、海床力学性能等工况下深水隔水导管的力学性能参数优选、结构尺寸选择及下入深度确定具有理论及工程指导意义。

刀翼式孕镶金刚石钻头设计及在哈山101井的应用
张进双, 张增宝, 王学才
2019, 47(5): 57-61. doi: 10.11911/syztjs.2019083
摘要(1150) 全文 (843) [PDF 792KB](62)
摘要:

为提高准噶尔盆地哈山区块火山岩地层机械钻速、增大单只钻头进尺、降低井眼失稳掉块卡钻风险,设计了刀翼式孕镶金刚石钻头。在分析地层岩石的力学特性的基础上,研发了新型胎体合金材料,以提高钻头研磨性;镶嵌孕镶切削块,以增强钻头破岩能力;优化设计了刀翼式孕镶金刚石钻头的结构和防卡流道,防止钻头卡死。研究发现,超细合金材料相互联结成键、牢固烧结,钻头胎体力学性能提高30%以上。刀翼式孕镶金刚石钻头配合高速大扭矩螺杆钻具在哈山101井火山岩地层进行了应用,单只钻头进尺增大4倍,机械钻速提高54.3%。研究结果表明,刀翼式孕镶金刚石钻头可以降低掉块卡钻风险,可实现火山岩地层安全高效钻进。

气体钻井井下燃爆界限快速测量装置的研制与试验
李一博, 李永杰
2019, 47(5): 62-68. doi: 10.11911/syztjs.2019040
摘要:

为解决气体钻井中井下燃爆的问题,研制了一种现场快速直接测定地层烃类气体燃爆界限的装置,并给出了该装置的测试方法。快速测量试验结果发现,该测试装置可在不同压力、温度和混合气体体积分数条件下准确测量地层烃类气体的燃爆界限,得出当前地层烃类气体的燃爆范围,预防井下燃爆的发生。同时,在以甲烷气体为对象的试验中,用0.1 MPa压力下的测量结果验证了该装置的有效性,并揭示了温度和压力对井下燃爆的影响规律。研究认为,气体钻井井下燃爆界限测量装置为气体钻井中的井下燃爆问题提供了一种有效的预防手段,可有效保证井下安全,应用前景广阔。

非平面PDC切削齿破岩有限元仿真及试验
谢晗, 况雨春, 秦超
2019, 47(5): 69-73. doi: 10.11911/syztjs.2019043
摘要(1322) 全文 (1027) [PDF 1195KB](76)
摘要:

为了指导PDC钻头设计,对三棱形和斧形PDC切削齿、常规平面PDC切削齿的破岩性能进行了研究。利用有限元软件建立了PDC切削齿直线切削岩石和垂直压入岩石的三维有限元模型,模拟了相同布齿角度下、不同形状PDC切削齿垂直压入岩石和不同切削深度直线切削均质岩石及非均质岩石的过程,发现不同形状PDC切削齿的破岩过程存在明显差异。与常规平面PDC切削齿相比,三棱形PDC切削齿更易压入地层形成破碎坑;三棱形和斧形PDC切削齿破碎均质砂岩时所需的切削力较小,岩石产生的预破碎区域更大,破碎非均质岩石时的切向力波动幅度小,更易破碎岩石。根据模拟结果,设计研制了三棱形切削齿PDC钻头,并在钻进混合花岗岩地层时获得较好的效果。研究结果表明,有限元模拟可为PDC钻头设计提供参考。

自激式涡流控制水力振荡器研制与应用
聂云飞, 朱渊, 范萧, 赵传伟, 张辉
2019, 47(5): 74-79. doi: 10.11911/syztjs.2019080
摘要:

自激式涡流控制水力振荡器具有无易损件、制造成本低和压降小的优点,可减小钻进过程中的摩阻,降低压差卡钻的可能性,改善钻压传递效果,提高机械钻速。为了解决大位移井、长水平段水平井钻井过程中的高摩阻问题,研制了自激式涡流控制水力振荡器。该振荡器由稳态射流元件和涡流可变液阻区2部分组成,主要利用射流的附壁效应和特定的流道形式产生周期性涡流,以产生轴向振荡。采用二维平面模型,基于计算流体动力学方法,采用数值模拟方法,分析了自激式涡流控制水力振荡器内部的流动状态和其性能参数与入口流量的关系。数值模拟结果表明,自激式涡流控制水力振荡器的主要性能参数压力脉动幅值与入口流量呈平方关系,压力脉动频率与入口流量呈线性关系。现场应用表明,自激式涡流控制水力振荡器不仅能显著提高机械钻速,而且不会对随钻测量工具产生影响,具有结构简单、功能可靠和工作特性优良的特点。

石墨烯在石油工程中的应用现状与发展建议
耿黎东, 王敏生, 蒋海军, 光新军
2019, 47(5): 80-85. doi: 10.11911/syztjs.2019108
摘要:

石墨烯因具有独特的物理、化学性质而成为国内外研究热点,但在石油工程领域的应用研究还处于起步阶段。介绍了石墨烯及其衍生物的物理、化学特性,分析了石墨烯在油气探测技术、井下工具、井下流体、提高采收率技术和油水分离技术等方面的研究进展和应用情况,指出石墨烯在石油工程领域的发展需要进一步加强基础理论攻关、拓展石墨烯在石油工程领域的应用范围、加快石墨烯在油气行业的大规模推广应用,以引导油气行业新技术革命和促进我国油气资源的经济高效开发。这为促进石墨烯及其衍生物在石油工程领域的快速应用和发展具有借鉴意义。

形状记忆筛管自充填防砂完井技术
段友智, 艾爽, 刘欢乐, 岳慧
2019, 47(5): 86-90. doi: 10.11911/syztjs.2019106
摘要:

针对独立筛管防砂完井无法支撑井壁、有效期短的问题,以及砾石充填防砂完井工艺复杂、易砂堵、费用高的不足,提出了利用一趟管柱实现长裸眼环空充填的形状记忆筛管完井技术。在优化设计形状记忆筛管机械结构的基础上,研究了形状记忆筛管生产工艺,研制了形状记忆防砂筛管,并对其性能进行了试验评价,形成了形状记忆筛管自充填防砂完井工艺。现场试验结果表明,形状记忆防砂筛管膨胀性能优越、能完全充填环空和炮眼,且膨胀后的渗透性好、挡砂精度高。形状记忆筛管自充填防砂完井技术施工工艺简单、能适应不规则井眼,具有很好的推广应用价值。

油气开发
海上油田爆燃压裂技术研究与现场试验
孙林, 杨万有, 李旭光, 熊培祺
2019, 47(5): 91-96. doi: 10.11911/syztjs.2019087
摘要:

为了解决海上油田应用爆燃压裂技术的安全性问题和压裂后高效增产的技术难点,研发了耐高温、低火药力和低燃速火药,建立了爆燃压裂模拟模型,采用安全管柱组件并进行安全校核,形成了海上油田井口泄压方法,并采取强化软件模拟和与酸化技术联作等措施增强技术安全性、提高压裂后的增产效果,形成了海上油田爆燃压裂技术。该技术在海上油田8口井进行了现场试验,试验井峰值压力为22.4~71.3 MPa,管柱均无安全问题,平均单井增油量43.1 m3/d。研究表明,爆燃压裂技术在海上油田具有较好的适应性,适用于多种井况条件,形成的海上油田爆燃压裂安全控制和高效增产配套技术具有安全、高效的优点,能够提高爆燃压裂的安全性和压裂后的增产效果。

塔河油田靶向压裂预制缝转向技术模拟研究
房好青, 赵兵, 汪文智, 周舟
2019, 47(5): 97-103. doi: 10.11911/syztjs.2019048
摘要:

塔河油田超深油气资源主要储存于碳酸盐岩天然裂缝、孔洞中,应用预制缝靶向压裂技术可以控制裂缝转向,提高油气产量。采用修正降阻比法计算管柱沿程摩阻,结合裂缝不稳定渗流理论计算缝内压力变化,利用位移不连续法计算裂缝转向距离,建立了裂缝扩展一体化模型。计算分析了缝洞型碳酸盐岩含有预制缝的靶向压裂裂缝扩展方向角度和扩展延伸长度等参数,并将施工参数与压裂裂缝转向距离进行关联,采用有限元法及物理模拟试验进行准确性验证。研究结果表明,压裂液黏度、预制缝角度、地应力差和地层岩石弹性模量等参数与压裂裂缝转向距离呈负相关关系;预制缝长度与裂缝转向距离呈正相关关系;施工排量需要优选,才能得到最优转向距离。靶向压裂预制缝转向技术的模拟研究结果,为塔河油田超深碳酸盐岩储层缝洞储集体的高效开发提供了理论指导和数据支持。

特低渗透油藏定面射孔压裂技术研究与应用
段鹏辉, 雷秀洁, 来昂杰, 张同伍, 康博
2019, 47(5): 104-109. doi: 10.11911/syztjs.2019088
摘要:

安塞油田长6特低渗透油藏注水开发多年,水驱前缘已经波及储层高渗透带,大量剩余油分布于储层纵向低渗段。为开发低渗段剩余油,采用定面射孔压裂技术,利用定面射孔形成垂直于井筒轴向的扇形应力集中面,引导水力裂缝沿井筒径向扩展,控制裂缝纵向延伸,实现低渗段剩余油挖潜。在研究长期注采条件下的剩余油分布及岩石力学参数变化特征的基础上,模拟分析不同定面射孔相位角下的裂缝起裂效果,根据裂缝融合面积优选出最佳射孔相位角;同时,根据较小应力差条件下的裂缝模拟结果,优化压裂改造参数,控制裂缝高度。安塞油田78口井长6油藏开发中应用了定面射孔压裂技术,平均单井增油量达1.8 t/d,是常规压裂的2倍以上,取得了较好的效果。研究与应用表明,定面射孔压裂技术可为特低渗透油藏低渗段剩余油挖潜提供新的技术手段。

电加热稠油热采井筒温度场数值计算方法
朱广海, 刘章聪, 熊旭东, 宋洵成, 王军恒, 翁博
2019, 47(5): 110-115. doi: 10.11911/syztjs.2019109
摘要:

电加热稠油热采井筒温度场是热采作业参数设计的核心依据,基于传热学理论和气液两相流井筒温压场计算方法,考虑温度对稠油热物性影响,建立了连续电加热和电磁短节加热工艺井筒温度场的数值计算方法,并以大港油田X井为例,计算了不同加热功率下连续电加热和电磁短节加热工艺的井筒温度场。计算结果表明:井口温度的模型计算结果与实测值相对误差仅为3.10%,满足工程设计精度要求,也验证了计算方法的有效性和准确性;连续电加热工艺的井筒温度剖面平滑连续,而电磁短节加热工艺的井筒温度剖面呈锯齿形,且温度波动更大;连续电加热工艺的井口温度高于电磁短节加热,而连续电加热工艺的平均温度则低于电磁短节加热工艺。该研究结果可为电加热稠油热采工艺选择、作业参数设计提供指导和借鉴。

测井录井
油基钻井液条件下西湖凹陷低孔低渗储层流体性质随钻快速识别方法
张国栋, 鲁法伟, 陈波, 罗健, 胡文亮, 何玉春
2019, 47(5): 116-120. doi: 10.11911/syztjs.2019100
摘要:

为了解决西湖凹陷低孔低渗储层流体性质快速识别困难的问题,提出了基于油基钻井液条件的时移电阻率测井对比识别法。首先进行了油基钻井液滤失性试验,研究了其在低孔低渗储层的滤失特征;然后分析了油基钻井液条件下随钻电阻率测井时、钻井液滤液侵入不同深度和侵入不同类型地层后的地层电阻率变化特征。研究表明,油基钻井液存在一定的滤失,其滤失量和岩石物性、压差和时间都有一定关系;油基钻井液滤液不导电,其侵入储层后,如果驱替的是油气,随钻和复测电阻率基本一致;如果驱替的是地层水,则复测电阻率会大于随钻电阻率。因此,利用油基钻井液的高侵特性,基于时移测井理念,提出通过对比浅层实时电阻率与复测电阻率的差异快速识别流体性质的方法。该方法进行了现场应用,流体性质快速识别结果与后续电缆地层测试泵抽取样结果一致,验证了其可行性,具有推广应用价值。

基于混合模拟退火算法的阵列侧向测井实时反演研究
冯进, 倪小威, 杨清, 管耀, 刘迪仁
2019, 47(5): 121-126. doi: 10.11911/syztjs.2019107
摘要:

测井资料现场实时反演是判断测井质量及进行精细评价的基础。为在保证反演速度的同时,进一步提高反演精度,结合模拟退火算法和马奎特算法,提出了混合模拟退火算法,用以对阵列侧向测井资料进行3参数(地层电阻率、冲洗带半径和冲洗带电阻率)混合反演。研究发现,初始值的选择对混合反演速度具有明显的影响,引入基于电阻率幅度差信息的冲洗带半径初始值选取策略,能够避免反演结果陷入局部最小值,加快反演速度。实例计算结果表明,混合反演算法的反演速度满足实时反演要求,且反演精度相较传统马奎特算法有明显提高;反演结果与试油结果一致,验证了混合反演算法的适用性。混合模拟退火算法为现场阵列侧向测井资料的反演处理提供了新的技术。