超深地层井壁失稳理论与控制技术研究进展

超深地层是我国油气勘探开发的重要领域,但因超深地层复杂地质环境导致的井壁失稳已经成为制约超深地层油气资源动用的重大技术难题之一。为此,从地质和工程2个方面系统总结分析了超深地层井壁失稳机理,进而分析了超深地层岩石物理力学实验及本构方程、地应力测量与地层压力预测等地质力学参数评价技术,并探讨了超深地层井壁稳定性评价理论与控制技术的研究进展,最后提出了促进超深地层钻井理论技术发展的建议。研究结果表明:①加强还原超深地层环境的岩石物性、力学和物理模拟实验研究,耐高温高压地应力和井筒压力测量仪器研发,是认识超深地层极端环境下岩石与地质力学特性的关键;②高温高压条件下的多场耦合岩石力学理论是构建超深地层井壁稳定性评价技术体系的基础;③攻关融合超深地层钻井的大尺寸多开井身结构设计、抗高温高压钻井液体系、防漏堵漏工艺与材料、精细控压钻井理论与工具等井壁稳定控制技术是实现超深井钻井提质增效的前提。结论认为,超深地层井壁失稳理论与控制技术的发展不仅推动了我国油气钻探朝着超深地层进军,还有力推动了深地工程科学考察、超深层油气勘探开发理论与装备的迭代与升级。

基于自动机器学习的测井曲线重构技术

测井曲线在获取地下储层和油气信息时常因仪器故障、井眼垮塌等因素,导致部分井段测井曲线缺失或失真。相较于传统的经验模型和多元回归分析的测井曲线重构方法,机器学习可以更好地重构测井曲线、精准表征曲线之间复杂的非线性关系,但其仍存在普适性差、试错成本高和自动化程度低等问题。为此,以数据处理与特征工程、模型选择与调优、模型保存与预测、模型解释与公平性检验为技术流程,将自动控制技术应用于多模型选择与超参数调优过程中,配合数据预处理和可视化后处理手段,形成了一种基于自动机器学习的测井曲线重构工作流构建方法,并在生产中进行了验证。研究结果表明:(1)自动机器学习中,基于树的贝叶斯优化搜索可以兼顾预测性能和计算效率的平衡;(2)多模型的选择优于单一模型,可解释性分析和公平性检验可以指导模型选择,保证模型的泛化性;(3)加入地质分层和岩屑录井的非数值信息,有助于进一步提升预测的精度;(4)缺失值处理和标准化方法的选择会对模型性能产生一定的影响。结论认为:(1)相比于传统的机器学习方法,自动机器学习能够更好地发挥多模型选择与优化调参的潜能,自动化地寻找适应于研究目标的模型;(2)自动机器学习在提升精度和效率的同时降低了人工干预和试错成本,使机器学习方法能够更好地应用于石油地质勘探领域的各类预测任务。

中间主应力系数对页岩气渗流特性及气体滑脱效应的影响

页岩气的渗流特性极大地影响着采收率,但对页岩气渗流特性的研究大多是在不同围压条件下开展的,其结果尚不能揭示中间主应力对渗透率的影响。因此,选用涪陵页岩气区块志留系龙马溪组页岩露头立方体岩石试件,采用自主研发的“多功能真三轴流固耦合试验系统”开展了页岩真三轴流固耦合试验,利用Klinkenberg方程拟合试验数据分析不同中间主应力系数对页岩气渗流特性和气体滑脱效应的影响。试验结果表明:①当偏应力较小时,中间主应力对页岩渗透率演化的影响较小,而当偏应力增加时,其影响越大且越不可忽略;②滑脱系数—固有渗透率的关系式与试验数据的拟合结果显示二者具有良好的相关性,可用于对同区块页岩滑脱系数的预测;③当偏应力小于或等于35 MPa时,滑脱效应贡献率保持在65%以上,表明此时滑脱效应主导着页岩中气体的渗流。

破碎地层井壁坍塌压力及井周失稳区域研究

地层裂缝发育状况对井壁坍塌压力及井周失稳区域的分布方位和深度存在一定影响,但常规井壁稳定分析方法将地层视为各向同性介质,未考虑到破碎地层的裂缝特征。为研究破碎地层井壁坍塌压力及井周失稳区域变化规律,文中结合修正的MC强度准则和三向应力作用下的裂缝面强度准则,建立了破碎地层井壁坍塌压力和井周失稳区域预测模型,研究了裂缝数量及井眼轨迹对井壁稳定的影响。研究发现:三向应力作用下,破碎地层井壁坍塌深度主要受裂缝倾角的控制,与裂缝倾向无关,而井壁的坍塌方位与裂缝倾角无关,仅随裂缝倾向的变化而改变;井壁坍塌主要受某条特殊产状裂缝的控制,可通过调整井眼轴向与该裂缝面的相对夹角,达到减轻或控制井壁失稳程度的目的。

环境规制对城市土地绿色低碳利用水平的空间效应

研究目的:探讨环境规制对城市土地绿色低碳利用水平的空间影响机制及其空间效应,为协同推进生态环境高水平治理与城市土地高质量利用提供参考。研究方法:投影寻踪模型,空间相关性检验模型和空间计量模型。研究结果:(1)2003—2020年,全国环境规制和城市土地绿色低碳利用水平均呈现持续上升的变化趋势,不同区域表现出不同程度的上升态势。(2)环境规制和城市土地绿色低碳利用水平均存在显著的正向全局空间自相关性,并且空间集聚呈现波动强化的趋势。(3)全国环境规制对城市土地绿色低碳利用水平的影响具有显著的正向空间溢出效应,区域间环境规制正向空间溢出效应表现出“东部>中部>西部>东北”依次递减特征。研究结论:通过“释放环境规制的空间溢出效应”“规范环境规制的执行互动策略”“构建环境规制的区域联动网络”持续提升城市土地绿色低碳利用水平。

机制砂级配及含量对压实膨胀土干缩裂隙演化规律

为研究砂含量以及级配对压实膨胀土干缩开裂的影响,以勉县滑坡点膨胀土为研究对象,制备了五种机制砂含量和四种机制砂级配的压实膨胀土试样,开展一系列压实土样干燥试验。利用图像处理技术并结合分形理论,对表面干缩裂隙的发育过程及最终状态的裂隙网络几何参数进行了量化分析。研究结果表明:表面裂隙面积的增加,前期表现为裂隙长度的增加,后期表现为裂隙宽度的增加;砂级配相同,随着砂含量从0%增加到40%,最终的表面裂隙率呈现依次降低的趋势,分别为13.18%,11.39%,10.47%,8.91%,7.68%;砂含量(40%)相同,随砂级配从[0.15 mm,0.3 mm)增加到[1.18 mm,2.36 mm),表面裂隙率依次减小,分别为7.68%,7.66%,4.38%,3.75%;裂隙分形维数的变化规律与表面裂隙率相同。

长江中游城市群耕地利用绿色效率动态变化

耕地利用绿色效率是考察长江中游城市群区域可持续发展水平的重要参考指标,也是探寻区域耕地利用绿色发展路径的重要基础。基于Super-SBM模型和DEA-Malmquist模型,从静态和动态两个视角分析长江中游城市群2007—2018年耕地利用绿色效率,并分析影响效率变化的主要原因。结果表明,从耕地利用绿色效率的静态结果来看,长江中游城市群耕地利用绿色效率整体处于无效状态,社会效益产出不足是其效率递减的主要原因。从动态结果来看,长江中游城市群耕地利用绿色效率同样存在效率损失,但存在递增趋势,技术效率变化和规模效率变化是影响其变化的主要原因。时序变化上,静态结果呈下降-回升-再下降的变化趋势;而动态结果则呈先上升-后下降的倒“V”形发展趋势。区域差异上,长江中游城市群耕地利用绿色效率静态结果和动态结果均呈北高南低的空间分异格局。长江中游城市群各级政府应坚持耕地可持续发展的长期政策取向,将耕地利用绿色效率等相关评价纳入政策制定系统。

基于电子健康卡的儿童跨域诊疗信息互通共享与应用

目的通过省、市居民电子健康卡一体化架构,实现基于电子健康卡的儿童诊疗信息互通共享及数据跨机构调用。方法构建儿童电子健康卡主索引,统一院内儿童患者身份标识,融合院内多档案,汇聚新生儿诊疗信息,实现院内数据互通共享和跨机构数据调用。结果实现了基于电子健康卡的儿童跨域诊疗信息互联互通,实现历次诊疗信息可视化汇聚,打通了住院分娩和疫苗接种数据共享,实现了儿童重症监护远程探视等便民利民应用服务。结论提升了基层医疗机构与上级卫生健康主管部门间的数据交互能力,增强了医疗机构的服务能力,提高了儿童患者就医体验和获得感,为儿童诊疗信息跨域、跨机构互通共享打下基础。

测井计算钻井泥浆侵入深度的新方法研究

用测井资料计算泥浆侵入深度主要是基于电阻率径向分布特征进行的 ,传统的方法主要有图版法、经验公式法。用测井资料计算泥浆侵入油气层深度是十分有效而直接的手段 ,用其间接地评价钻井泥浆污染油(气 )层的程度则是一项经济可行的新技术。文章在分析比较了传统的泥浆侵入校正方法的基础上 ,经过理论推导和应用介绍了一种直接利用深、中、浅电阻率组合测井资料计算泥浆侵入深度的新方法。通过对研究工区 10多口井的实际资料进行处理 ,泥浆侵入深度的解释结果与测试评价基本相符 ,应用表明 ,该方法不但可以求出钻井泥浆侵入深度 ,还可求出地层真电阻率 ,它优于传统的方法 ,对低侵、高侵和无侵三种情况都实用 。

钻井泥浆污染储层程度的测井评价方法研究

对钻井泥浆污染储层程度进行评价是油(气)层保护的一项重要工作,若能用测井资料对它实现直接或间接评价将是一项经济有效的手段。文章以实验为基础,从研究渗透率损害比与储层单因素间的关系入手,对储层污染评价指标间的内在关系进行了深入研究,并建立了各评价指标,如渗透率损害比、污染表皮系数、泥浆污染深度与测井参数、钻井参数以及储层物性和电性参数间的定量计算模型。最后通过编程计算和实际资料的处理分析,发现所研究的评价方法正确可行,并可针对具体研究井区给出钻井泥浆污染储层程度的判断标准,最终能为钻井施工、射孔作业以及增产措施的科学决策提供重要依据。

基于粗糙集-信息熵的辐射源威胁评估方法

为满足复杂电磁环境下战机对辐射源威胁等级判定算法的需求,将粗糙集理论引入对雷达辐射源威胁评估中,并结合信息熵理论构建一套完备的计算威胁度量值的数据处理模型,实现对辐射源威胁程度的定量表示,直观地评估辐射源的威胁程度。经典粗糙集理论难以应对在没有决策信息条件下的决策问题,采用信息熵的方法求取最大权重属性替代决策属性,拓展粗糙集的适用范围。模型直接基于数据驱动得到辐射源的威胁度量值,易于实现并具备良好的时效性,减少系统对先验信息的要求与主观赋值带来的影响。仿真结果表明,该方法可以快速、准确地实现对辐射源威胁的评估。

钻井液固相侵入深度的计算方法研究

钻井液固相侵入储层后,往往不可避免地在喉道处发生沉积和架桥现象,从而造成堵塞和地层损害。文章根据物质平衡理论,在对钻井液固相侵入微观物理模型分析的基础上,综合利用钻井参数、地层物性参数、测井参数和钻井液浸泡时间等多参数实现了钻井液滤液侵入深度的计算,为钻井液固相侵入深度的计算打下了基础。同时引入了钻井液颗粒进入系数,并找到了其与储层孔隙度之间的基本关系。最终建立了定量计算钻井液固相侵入深度的数学模型。对塔中地区志留系6口井的资料进行处理,所计算的钻井液固相侵入深度与实验室岩心污染实验所测到的固相侵入深度吻合程度高。研究表明,该方法能为钻井过程中油气层的保护以及更好地为射孔和增产措施的科学决策提供重要依据。

基于测井资料确定钻井液漏失层位的方法研究

塔里木盆地DN构造上第三系到白垩系砂岩地层存在异常高压、压力系数高达2.2,钻井液液柱压力接近上覆地层压力而形成诱导缝,并促使宏观和微观的天然裂缝纵横向延伸,井漏分布区间明显拓宽,钻井液密度高、窗口窄造成井漏频繁、严重。为了更有效地实施堵漏作业,必须明确漏失井段的位置、深度和漏失性质。为此,根据该区钻井液漏失现象在测井曲线上的显示特征,提出了通过常规测井资料和成像测井资料寻找漏失层段和分析漏失性质的综合评价方法。将该方法用于分析塔里木盆地DN构造上的多口井的井漏机理,所确定的漏层位置可靠准确,取得明显效果,为钻井堵漏作业提供了直观可靠的依据。建议在利用测井资料确定漏层位置时,需参考测井计算的岩石力学、地应力和地层压力等参数,以便更好地确定漏层位置。

考虑井壁稳定及增产效果的页岩气水平井段方位优化方法

针对页岩气水平井钻井过程中常见的井壁失稳垮塌问题,为提高井壁稳定性和为后期压裂增产提供良好的条件,分析了层理面产状和地应力类型对井壁稳定性的影响,并对压裂缝与水平井段夹角,以及与水平气井产量之间的关系进行了研究,进而提出了通过对水平井段方位的优化来提高井壁稳定性和改善压裂增产效果的技术思路:利用川南地区页岩气井的测井、地应力及岩石力学资料,通过页岩层理面破坏模型及本体破坏模型分析计算出不同方位角下的井壁坍塌压力,找出井壁稳定性最好时井眼与层理面产状和地应力类型之间的关系;通过对压裂缝延伸方向的分析,得出了压裂缝的一般延伸规律;利用产能公式计算裂缝与水平井段呈不同夹角时的产量,以此获得了裂缝与水平井段夹角影响压裂效果的规律。还以川南地区的W201-H3井为例,充分考虑页岩气井壁稳定及增产效果,提出了有针对性的水平井段方位优化设计,使该井能在保持良好井壁稳定性的前提下获得良好的增产效果。

基于灰色系统理论的钻井液污染储层深度预测

由于钻井液污染受诸多因素的影响,很难用单一的函数关系对钻井液污染储层深度加以预测。灰色理论认为一切随机过程都是在一定的时空区域内变化的灰色过程,众多离散的信息总可以发掘出其潜在规律。研究表明,钻井液污染储层深度与地层孔隙度、渗透率、含气饱和度、电性、井筒压差、泥浆密度等因素密切相关。把与影响钻井液污染深度的诸多参数看成观测值,基于灰色理论建立了钻井液污染深度的灰色静态和动态预测模型,并编写了基于灰色系统理论的钻井液污染储层深度预测程序。同时通过对塔中某井钻井液污染深度的定量预测,给出了基于灰色理论预测钻井液污染深度可信度的判断标准,为实现钻井液污染深度的随钻实时化、快速化、智能化预测奠定了必要的理论基础。

煤岩储气层岩石蠕变特性与本构模型研究

与一般煤岩相比,裂隙发育是煤岩储气层的主要物理特征,其结构较为软弱,在复杂地应力条件下易产生蠕变破坏,往往造成煤层气开采中钻井的破坏失稳。为探讨储气层煤岩钻井壁的蠕变失稳规律,采用美国RTR–1000型三轴岩石力学测试系统对储气层煤岩进行系统的单轴压缩试验。利用饱依丁–汤姆逊体与宾汉姆体,建立储气层煤岩蠕变模型,并通过拟合得到蠕变方程中的各个参数。根据储气层煤岩在不同载荷条件下的单轴压缩试验结果对蠕变模型进行验证。结果表明,所提出的储气层煤岩蠕变模型能很好地描述各蠕变阶段的变形特性,尤其是衰减阶段与稳定蠕变阶段,并能很好地反映蠕变的长期强度。同时,将煤岩蠕变特性与钻井方式相结合,提出煤层钻井液的优选思路,对保持煤岩钻井壁稳定、有效保护储集层以及高效安全建井等具有重要的实际意义。

裂缝性致密砂岩储层钻井液侵入深度的定量计算方法

在裂缝性致密砂岩储层中,钻井液侵入裂缝是导致储层损害的主要因素之一。然而,目前国内外对该类储层钻井液侵入深度的分析还缺乏深入探讨。为此,在分析致密砂岩裂缝发育特征及钻井液侵入对其电性特征影响的基础上,给出了钻井液侵入深度的定性分析表;进而采用体积模型法和数理统计法,建立起了不同裂缝系统的钻井液侵入深度定量计算模型。最后,精细计算了塔里木盆地中部某区9口井17个层位的裂缝性致密砂岩储层的钻井液侵入深度。结果表明,所建立的模型因很好地结合了地质、钻井、测井等客观实际(综合考虑了地层裂缝特性、岩性、电性、物性、含流体性质),计算精度较高,有效地解决了裂缝性致密砂岩储层钻井液侵入深度的定量计算问题。该成果对类似储层的污染评价、射孔设计以及开发过程中增产措施的决策都具有指导和借鉴作用。

川东北山前高陡构造地应力精细计算方法

川东北地质构造极其复杂,80%以上都是山前高陡构造。复杂的构造条件给油气资源的勘探开发带来了极大的挑战,特别是对该区地应力大小、方向及展布规律的认识不清,给油气建井带来了很大困难。充分利用测井资料的连续性、经济性和高分辨率等优势,综合运用数理统计方法以及计算机综合成图技术,对该区的岩石力学参数和地应力进行了精细计算与研究,重点建立起适合川东北高陡构造的垂向应力离散分析模型以及水平应力精细求解公式。同时,提出了平均水平应力的概念和取值范围,并针对研究工区实际地质情况进行了深入计算和检验。所取得的成果大幅度提高了对川东北山前高陡构造地应力的计算精度和展布规律的认识。

岩芯扫描技术与成像测井资料交互解释研究

为提高成像测井解释精度以及该类资料的应用水平,需进一步利用岩芯扫描图像来刻度成像测井资料,采用了VC++6.0语言进行岩芯扫描与成像测井交互解释软件的设计,成功地将各类地质信息、岩芯数据、岩芯照片与成像测井资料进行了交互解释。通过大量资料处理和现场运用表明,利用岩芯图像对成像测井资料进行标定和佐证不仅使岩芯数据库资料的应用更加充分,也使成像测井解释更加科学、快捷。这不但增强了测井解释的可信度,也大大提高了工作效率,同时更凸显了岩芯扫描技术与成像测井资料的交互解释将在油田勘探开发中发挥着越来越重要的作用。

川东北河坝地区中浅部地层气体钻井出水随钻预测

以川东北河坝地区中浅部砂泥岩地层为研究对象,基于随钻测井技术,分析随钻获取地层参数资料所需工具的结构及技术特点,对地层出水层位的预测方法进行研究,建立气体钻井出水量定量预测模型。结果表明:给出的地层出水层位预测方法能够较好地预测出水层位;气体钻井受地层出水的影响和制约明显,在目前常用井眼及气体装备条件下,气体钻井的最大携水量一般小于3 m3/h,泡沫钻井的最大携水量一般小于10 m3/h;河坝地区1.0 km以内的浅部地层和沙溪庙组地层采用空气钻井,而千佛崖组地层适宜采用雾化钻井或泡沫钻井,自流井组和须家河组地层适宜采用充气钻井液或常规水基钻井液等近平衡钻井。