页岩-液体反应及其对地应力的影响

页岩地层钻完井过程中,页岩-液体反应难以避免。为研究页岩-液体反应机理及其对地应力分布的影响,选取川南地区龙马溪组页岩,开展了页岩-液体反应室内实验,明确了其反应机理及结果。在此基础上利用数值模拟技术研究了页岩-液体反应对地应力分布的影响。结果表明,页岩-液体反应将造成页岩损伤,衍生微裂缝,同时导致页岩的膨胀变形。页岩-液体反应将对应力分布状态产生影响,且影响程度与缝网复杂程度高度正相关。考虑页岩-液体反应后,压裂过程中地应力分布状态出现显著变化,并造成套管应力随页岩-液体作用时间增加,对套管变形产生影响。

四川盆地PT1井区海相地层工程地质特征研究

PT1井区超深海相地层钻井过程中气侵和井漏频发,严重制约该区块的安全高效开发。文章基于有效应力法,利用最优化方法开展了海相地层孔隙压力评价;结合断层和裂缝发育程度探讨了PT1井区气侵和井漏纵横向分布特征。结果表明,受异常高压和裂缝发育程度的双重影响,气侵主要发生在龙潭组,占比达40%;井漏主要发生在筇竹寺组和灯影组,占总漏失量的80%以上。气侵与异常压力、裂缝发育程度、断裂情况等因素有关,异常高压是气侵内在的原因,而断裂带和发育的构造裂缝为气侵提供了必要条件。井漏层位和漏失量主要受一、二级大型断裂带控制,不同断裂带的影响具有显著的叠加效应,断裂带附近发育的构造裂缝为漏失提供了通道,距离F I7断裂越近越易出现漏失,且漏失量越大。研究成果为PT1井区钻井过程井下复杂预防和处理提供了科学支撑。

气体钻井高效开发致密砂岩气藏的典型案例分析

目前气体钻井开发致密砂岩气藏是否高效建产受多方面制约,建产机理尚不清晰,阻碍了气体钻井发挥技术优势。为此,文章选取塔里木迪北地区和川西地区的典型高产井为研究对象,在综合分析随钻资料的基础上,探究了高效建产的共性特征。研究发现,产气点的井深与砂泥岩岩性界面存在高度相关性,证实了岩性界面处发育的缝网系统是有利渗流通道;有水致密气藏中,受断裂带影响,地层水在断层下降盘上部富集概率高,部署在断层上升盘的井产水程度低,加之岩性界面缝的存在,使气水实现同产、稳产。分析认为,井位部署应以构造高部位和断层上升盘为依据,确保气源富集的同时避免水体突进,井轨迹应将岩性界面缝作为重点穿越目标,上部井段下套管应避免完全封隔目的层泥岩段,以充分释放岩性界面缝的产气潜力。未来还应加强技术攻关,提升气体钻井钻穿复杂砂泥岩互层的能力。

基于数据驱动的混合教学模式探索与实践——以国家精品在线开放课程钻井与完井工程为例

该文利用当前“互联网+教育”给混合式教学赋予的新内涵,以“强化论和改进论”观点,基于精心打造的国家精品在线开放课程钻井与完井工程MOOC视频,开展数据驱动的钻井与完井工程混合教学模式探索,构建在线混合式教学资源、基于优秀授课团队的教学小班、以学生为中心的课程文化、基于学情数据的督学和持续改进机制、基于互联网动态监管的考核指标及机制,形成一套基于数据驱动及互联网动态监管的“线上+线下”的混合式教学模式;并以西南石油大学钻井与完井工程为例,通过翻转式课堂与慕课(MOOC)堂平台深度融合开展“线上+线下”混合式教学实践,阐述如何将思政元素巧妙融入课堂教学、翻转式课堂与慕课堂相融合,实现线上线下结合、课内课外互补的混合式教学,以期为采用“MOOC+翻转式课堂”模式教学的工科专业教师提供借鉴。

氮气钻井岩爆动力学演化机制的数值模拟及岩爆实录特征分析

为了厘清氮气钻井井底岩爆动力学演化机理,应用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics 4.3,建立井底逐渐接近裂缝的数值模型,基于致密砂岩岩体内部微裂缝起裂时对应的等效塑性应变为判断标准,分别应用CWFS(cohesion weakening and frictional strengthening)-DP(Drucker-Prager)内聚力弱化摩擦力强度准则、DP强度准则及MC(Mohr-Coulomb)强度准则进行平行数值计算,得出了氮气钻井井底岩爆的动态演化过程。结果表明:井底逐渐靠近裂缝过程中致密砂岩基质会产生两种不同的破坏方式,即是沿着潜在剪切面,向井筒剪切滑移破坏及应力集中条件下的微剪切方式的挤压屈服破坏,直至破坏区延伸连通低压井筒,裂缝内的高压气体及岩爆碎屑释放大量能量,产生井底岩爆。研究成果可系统解释X8-2井井底岩爆发生前后随钻监测参数的异常变化,为准确判断氮气钻井井下工况提供了理论支撑,同时为及时采取针对性的对策措施提供了依据。

基于三维地质力学的压力剖面钻前预测研究

为解决目前基于邻井测井资料评价得到的压力剖面与待钻井实际井轨迹上的结果不符等问题,提出基于三维地质力学的待钻井井眼轨迹上的压力剖面钻前预测方法。以地震解释的层位数据为基础,结合断层数据、钻井分层数据等构建三维地质模型。然后,利用已钻井测井数据,通过序贯高斯插值法获得三维岩石力学参数场,并且通过有限元数值模拟得到区域地应力以及压力系统,进而获得待钻井井眼轨迹上的压力剖面。研究结果表明:该方法预测精度较高,已钻井的孔隙压力预测值与实测值的误差为3.57%,地应力预测值与实测值误差为5.8%。现场2口井的预测层位与实钻层位吻合程度较高,预测的三压力剖面能够较好地解释实钻过程中出现的井下复杂问题。研究结果可为钻前地质工程设计、井身结构优化、井下复杂问题预防等提供较为可靠的数据参考。

油气勘探开发中的工程地质力学问题及研究方法

工程地质力学研究在复杂油气藏勘探开发及地质-工程一体化中的作用日趋重要,但目前还有诸多问题需要探索,其中最为核心的是地层岩石的地质演变与力学研究结合尚不够紧密。以岩石力学性质随地质演变为内在联系,综合沉积相、成岩作用、构造演化及工程影响,将地质和工程因素更为紧密地结合到工程地质力学研究中。所形成的新方法强调在区域三维地质构造建模的基础上,根据不同岩类的地质演变特征实现区域—井区—单井跨尺度岩石力学参数赋值。在建立区域岩石力学相后,结合井工程的干扰机制,逆向修正参数场,从而优化和调整井工程设计,提高区域地质认识和地质信息预测的准确性,可为地应力评价、裂缝展布预测、孔隙压力系统分析、产能评价等提供科学研究手段。

砂样岩屑图像特征的岩性智能高效识别

在录井过程中,岩屑的岩性分析主要依靠人工,效率较低且稳定性较差,难以在钻进地层过程中快速识别岩性变化。为此,提出基于砂样图像中颗粒岩屑纹理、色泽和形状等特征的岩性智能识别方法。首先,计算砂样图像的像素值梯度并求取颗粒质心,采用分水岭算法获取颗粒岩屑轮廓线并标记;然后,采用图像分割算法从砂样图像中分离出待检测的单个颗粒岩屑图像,建立颗粒岩屑图像样本库;最后,利用注意力机制及特征融合模块改进MobileNetV2网络,提取颗粒岩屑特征并分类,实现单个颗粒岩屑图像岩性识别,进而获取砂样岩性成分比。该方法将以往岩性智能识别过程中常采用的砂样整体识别方式转变为对砂样中单颗粒岩屑的岩性识别,大幅度减少了颗粒岩屑之间的相互干扰。多个油气区块的砂样图像测试结果表明,该方法对灰岩、泥岩、砂岩和页岩的识别准确率均不低于92%,一组砂样图像岩性分析的用时小于10 s。

砂样图像岩屑自动分割提取方法

通过将砂样图像进行单颗粒分割,识别砂样成分,可显著提高砂样岩性分析的准确性和效率。现有的砂样图像分割方法主要以传统分水岭算法和卷积神经网络为主,但由于对单颗粒岩屑轮廓细节提取不足,误分割率高。本文提出一种以图像融合算法为桥梁,将卷积神经网络和分水岭算法相结合的单颗粒图像分割提取方法。首先利用改进的Mask R-CNN网络快速分割砂样原图,获得其初分割图像;然后,将初分割图像与砂样原图进行融合,再使用改进的分水岭算法对融合结果进行分割;最后,利用砂样原图坐标点匹配方法,将分水岭分割得到的结果图像进行修正,完成单颗粒岩屑图像提取。实验结果表明,本文的单颗粒自动分割提取方法准确率高达96.77%,且模型更轻量和精准,为岩屑图像分割提供了一种可行且有效的方法,可满足有效测算油藏层构造变化、查找潜在沉积物源及储层动态变化的需求。

基于静电流量计的气体钻井返出岩屑流量监测

气体钻井以其经济、环保、高效等优势已逐步成为油气勘探开发的重要手段。由于地质的复杂性,在钻井过程中容易发生井壁失稳以及井下燃爆等问题,通过井口返出岩屑可以了解井下复杂情况,防止井下事故的发生。基于静电积累原理,利用COMSOL软件建立了岩屑监测模型,模拟分析不同质量流量下静电传感器的电势分布,设计了岩屑流量测量装置,以石英砂代替岩屑,测量了输出电压与气体流量以及石英砂颗粒质量流量的关系。研究结果表明,静电传感器电势与带电颗粒质量流量具有较好的线性关系,影响静电传感器信号强度的因素主要为岩屑质量流量,两者之间具有较强的线性关系;静电传感器的信号受风速影响明显,风速越大,灵敏度越高,且线性相关性越好。该方法可为气体钻井岩屑监测提供一种新的方法,对气体钻井现场安全作用具有重要意义。

特色学科学生国际流动的影响因素及特点——以石油与天然气工程学科为例

为明确石油与天然气工程学科学生国际流动的影响因素及特点,通过文献调研分析学生国际流动的影响因素及特点后,收集2016—2021年西南石油大学石油与天然气工程学科接收国际学生及在读研究生出国访学的数据样本,分析发现国际学生多来自“一带一路”沿线国家,攻读学位逐渐由本科向本科、硕士、博士的多层次过渡,说明经贸合作能促进学生的国际交流,同时,也证实西南石油大学石油与天然气工程A+学科的国际影响力进一步提升;出国访学研究生均基于国家公派或学校资助,选择目的国时更关注研究团队在学科领域的学术地位和影响力。

气体钻井岩屑含水量快速检测系统

针对目前钻井现场检测地层出水的方法速度慢、抗干扰能力弱的问题,利用近红外光在水中具有显著的吸收特性,提出了一种基于近红外图像的岩屑含水量快速检测系统。系统利用940 nm波段的近红外摄像头采集图像,消除可见光干扰,提高了检测的灵敏度。借助基于小波变换的滤波算法有效去除图像中的散射噪声,并采用区域生长算法进行图像分割,排除干扰物,避免误分割情况,提升系统的抗干扰能力。此外,运用HDBSCAN聚类算法快速精确提取岩屑区域,获取岩屑图像的灰度平均值。最后,利用分段线性回归算法构建了灰度值-含水量模型,预测岩屑含水量。实验结果表明:系统在复杂的天然气钻井环境中工作有效,最大绝对误差为1.87%,精度较高。平均检测时间不超过6 s,速度较快。相较于烘干法,系统在保证准确率的基础上显著提高了检测速度。与湿度传感器相比,系统不仅具有更高的检测精度,还能覆盖更大面积岩屑的水分检测需求。

基于绝热火焰温度的空气钻井井下燃爆界限预测方法研究

为进一步准确、高效预测空气钻井井下燃爆界限,首先基于恒压、恒焓原则下的绝对焓守恒理论,推导出CHO化合物燃烧的绝热火焰温度普适模型,提出使用绝热火焰温度预测空气钻井井下燃爆界限的方法;然后利用高温高压(0.1×10^(6)~10×10^(6)Pa,20~90℃)条件下的甲烷-空气燃爆实验数据,分析燃爆界限预测结果的有效性;最后,以马1-X井为例,提出基于绝热火焰温度预测燃爆界限的钻井现场应用方法。研究结果表明:预测结果与实验结果一致性较高,最大绝对误差为3.84%;随着井深增加,井下燃爆界限范围不断变宽,燃爆上限变化幅度大于燃爆下限;通过摩尔分数与体积流量之间关系,能够使燃爆界限以甲烷产量的形式得以表现。研究结果可实现在钻井现场快速、准确预测燃爆界限,为预防井下燃爆、提高空气钻井安全性提供一定参考。

气体钻井高效开发致密砂岩气藏

致密砂岩气是一类非常重要的非常规油气资源,但该类气藏岩石致密、孔喉细小、孔渗低、黏土矿物改造作用强、强亲水并且原始水饱和度低。钻井完井过程中该类气藏易受损害并难以解除,主要的储层损害类型包括固相堵塞、与液相侵入相关的敏感性损害和水锁损害、应力敏感性损害,其中液相损害的影响要大于固相侵入堵塞。采用常规的过平衡和欠平衡钻井技术由于严重的储层损害而普遍效率低,难以形成对该类气藏的有效勘探开发。理论和现场试验均表明,气体钻井技术是一种高效开发致密砂岩气藏的钻井技术,它不仅从根本上避免了钻井液钻井中由固、液相侵入引起的储层损害,有效保护了储层;还极大地提高了钻速,减少了钻井事故,缩短了建井周期。

砂岩储集层微波加热产生微裂缝的机理及意义

微波加热无需介质传热,具有升温速度快、热惯性小、选择性加热、穿透力强、过程易于控制等优点,已被试验性地应用于石油开采中。但有关微波加热对储集层岩石微观结构影响的研究还很缺乏,限制了该项技术在油气开采领域的广泛应用。通过实验手段研究了微波加热前后砂岩岩样微观结构变化、微裂缝产生机理及特征。结果表明,砂岩在微波加热过程中容易产生微裂缝,且不同岩石的微波加热致裂机理不尽相同,主要包括:矿物失水收缩、颗粒粒间开裂和颗粒内部开裂,低渗透致密砂岩刚性颗粒的粒内开裂作用显著。微波加热产生的微裂缝具非定向特征,即使在应力的作用下有一部分裂缝会发生闭合,但仍有大量微裂缝可以起到增加渗透率的作用。井下微波加热的致裂作用有助于改善近井区域渗流能力,提高低渗透油气藏的开采效率。

气体钻井随钻安全风险识别与监控

气体钻井对地质条件有较为苛刻的要求,地层失稳、产水、钻具失效以及井下燃爆等均有可能导致气体钻井失败,因此随钻井下风险识别及监测对于保障气体钻井安全具有重要意义。为此,提出将理论分析和现场案例相结合,总结气体钻井过程中井壁失稳、产水、产气、井下燃爆、钻柱失效等主要风险发生时的工况参数表征,建立风险发生与对应工况参数变化的关系模型,开发自动化分析平台对工况参数变化进行分析,以判断发生的风险类型。基于已有的地面监测技术,研发了地面一井下参数监测系统,用测量短接实时监测井下温度、压力、湿度以及钻具振动等参数,并通过中继短接传输到地面,可以更快速、准确地获知井下各项参数的变化情况。将关系模型、分析平台以及监测系统相结合,形成了气体钻井随钻安全风险辨识方法。在新疆塔里木盆地开展的现场试验结果表明,该方法能够快速反映出气体钻井各项参数的变化情况,准确判断井下发生的风险类型,可有效降低气体钻井安全风险,提高气体钻井效率。

砂岩气藏水基欠平衡钻井逆流自吸效应实验研究

采用水基钻井液欠平衡钻开砂岩气层时,欠平衡压差往往并不能完全抵消岩石的自吸毛细管力,从而产生逆流自吸效应。这种自吸效应可能对砂岩气藏水基欠平衡钻井的储层保护效果产生影响,但目前与之有关的实验研究还很缺乏。为此,设计了一套实验装置,模拟水基欠平衡条件,研究了砂岩基块孔隙逆流自吸规律及其影响因素。结果表明,水基欠平衡钻井过程的逆流自吸效应引起岩石气相渗透率降低,削弱欠平衡钻井的储层保护效果;欠平衡压差越小,逆流自吸作用越强,过小的欠压值不能起到欠平衡钻井保护储层的作用;随着逆流自吸时间延长、围压增加和黏土矿物膨胀,逆流自吸导致气相渗透率下降的程度加剧;逆流自吸引起的气相渗透率下降速率可以表示成时间的幂函数。

气体钻井的适应性评价技术

气体钻井对地质条件、设备及工艺的要求较高,因适应性评价不充分而导致气体钻井失败的实例屡见不鲜,目前国内还缺乏相应的气体钻井适应性评价技术体系。基于气体钻井的必要性、工程可行性、经济可行性评价所涉及的关键技术,建立了气体钻井适应性评价技术体系,开发了相应的评价软件系统。此举有利于促进气体钻井的科学选区、选井和选层,减少决策的盲目性,推进气体钻井技术在油气田、煤层气田勘探开发领域的高效应用。

页岩膨胀应变及固井质量对套管变形的影响研究

威荣地区页岩气井套管变形问题突出,但目前引发该区域套管变形的机理尚不明确。该文基于页岩理化性质,分析了页岩膨胀应变对套管应力的影响,研究了考虑页岩膨胀应变条件下的固井质量与套管变形的关系。研究表明:威荣地区页岩呈硬脆性,力学强度高,水化后强度变化不明显;页岩膨胀应变及固井质量的综合作用对套管应力有明显影响,当水泥环缺失及存在微环隙时,能为膨胀应力提供足够的释放空间,降低套管应力,当膨胀应力不能被充分释放时,需尽量保证井筒组合体结构的完整性。高密度射孔对膨胀应力的释放具有积极效果,在合理的射孔参数条件下开展高密度射孔作业是预防套管变形的有效措施之一。该研究为同类页岩气藏套管变形机理研究提供了参考。

不同钻井方式对致密砂岩储层损害评价实验

不同的钻井方式对储层的损害类型和损害程度具有不同的影响。为此,根据对储层损害地质特征及潜在损害类型的分析结果,立足于不同钻井方式下地层压力和井底流压之间的关系,设计了气体钻井、液基欠平衡钻井和过平衡钻井等3种钻井方式下的储层损害实验流程,并以塔里木盆地侏罗系阿合组和四川盆地川中地区三叠系须家河组致密砂岩储层岩心为样品开展了模拟损害实验。结果表明:1欠平衡钻井对储层渗透率损害程度低,有利于保护储层,但表现出一定的应力敏感效应,得到了应力敏感系数经验公式;2过平衡钻井由于固相和液相的侵入,对储层损害程度大且随岩心含水饱和度增加到束缚水饱和度之后,气测渗透率降低程度加快,水锁损害程度增加。结论认为,室内实验储层损害结果与实钻条件下的储层损害特征一致,能准确反映实际钻井条件下的储层损害特征,可作为不同钻井方式下储层损害实验评价的新方法。