神府区块深部煤层气钻完井关键技术及应用

【目的】深部煤层具有高地应力、中高温度、特低渗透、强压缩性、强非均质性等特点,目前尚未形成成熟的开发技术体系,复杂的地质特征为钻井与完井工程带来了新的技术难题与挑战,亟需开展针对深部煤储层地质特征的钻完井理论与技术攻关,助力油气增储上产,保障国家能源战略安全。【方法】基于鄂尔多斯盆地东缘神府区块深部煤层气开发先导性试验,研发了一套高效钻完井关键技术。【结果和结论】(1)针对深部煤层井壁稳定性差、钻速低、钻井周期长,通过优化二开井身结构、优选钻井液体系与“一趟钻”技术,并结合井眼轨迹精细化控制,实现了深部煤层一体化高效钻进,助力“新优快”井台建设落地。(2)针对深部煤层地质特征复杂、采用常规压裂规模产量低,形成了以“定向射孔+前置酸液降破压+段内多簇密切割+高排量大规模+一体化变黏滑溜水+暂堵转向+多粒径组合支撑剂”为核心的复合极限规模化压裂技术体系。(3)基于“一区一策+全局寻优”的工作理念,设计立体井网工厂化钻完井作业模式,最优水平井距为350 m时,“拉链式”压裂模式效果最佳。(4)“深部煤层气+致密气”协同开采,获得了更高的工业气流,多气合采是提升鄂尔多斯盆地东缘非常规天然气开发效益的重要措施。研究结果有望为鄂尔多斯盆地深部煤层高效钻完井技术提供理论指导与实践经验。

酸溶开孔筛管支撑完井工艺研究及应用

为应对顺北断控油气藏支撑完井管柱无法穿越破碎带难题,研发了以高抗扭油管、酸溶开孔筛管和高抗扭液压丢手为关键技术的“酸溶开孔筛管”支撑完井工艺。设计的高抗扭油管和丢手器,满足下入期间旋转、钻磨对管柱抗扭能力的要求;设计的酸溶开孔筛管,初始状态管体完全密封,完井液可循环至底端钻头,满足钻磨时冲洗钻头的要求,而注酸溶解可溶塞后管体变成带孔的筛管,又可满足储层改造和生产时大排量通道要求。通过开展一系列承压、耐盐、耐碱和酸溶等试验验证了工艺的可靠性。现场应用表明,酸溶开孔筛管支撑完井工艺有效解决了破碎带难以穿越的问题,已在现场应用6井次,支撑管柱到位率100%。该工艺简单可靠、便于现场操作,且与传统工艺相比,单井提高时效53.6%,节约费用90.0%。该成果可为其他类似井选择完井工艺提供参考。

弹间干扰对聚能射流成型及射孔穿深的影响规律

射孔是油气开采过程中的重要一环,射孔间距是影响射流成型效果和穿深的主要参数之一,相邻两射孔弹之间会产生弹间干扰,进而影响射流质量和穿深。为探究弹间距对弹间干扰的影响规律,利用LS-DYNA软件,结合ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)算法进行算子分离,实现了单元边界的质量、内能和动量的穿透,并以某油田井下射孔为例,建立了射孔弹—射孔枪—套管—水泥环三维模型,分析了弹间干扰对射流成型和射孔穿深的影响规律。研究结果表明:①弹间干扰降低了射孔弹总能量转化为射流能量的效率:弹间距为5.0 mm时,临近射孔弹射流能量转化率减少0.31%,射流轴向速度减小39 m/s,径向速度增大20 m/s;弹间距为3.5 mm时,临近射孔弹射流能量转化率减少2.21%,射流轴向速度减小130 m/s,径向速度增大111 m/s。②弹间干扰减小了对穿深有效的轴向速度,增加了无效的径向速度,径向速度的增大影响射流质量,使得射流趋向发散,降低射孔穿深。③数值模拟结果揭示,随着相位角的减小,射流线之间的距离减小,弹间干扰加强,有效能量转化降低,射孔穿深降低。结论认为,该规律认识给出了弹间干扰对射流成型和射孔穿深的量化影响,可为合理优化射孔孔密和提高射孔弹穿深提供理论依据。

一种新型钾基磷酸盐无固相高密度封隔液

高温高密度封隔液是高温高压井完井关键技术之一,目前密度超过1.60 g/cm 3无固相盐水封隔液只有溴盐、锌盐或者甲酸铯溶液,溴盐毒性大,锌盐高温腐蚀性难以控制,而甲酸铯价格昂贵,难以满足高温高压井完井技术要求,开发针对高温高压井的新型无固相高密度清洁盐水封隔液势在必行。以磷酸三钾TKP为主剂并添加其他处理剂优化而成可溶性盐SW4,研发了一种新型钾基磷酸盐无固相高密度封隔液,测试了其密度调节能力、水溶液的流变性和流变模式、金属腐蚀性、高温稳定性、生物毒性等性能。结果表明,SW4封隔液常温条件下最大密度可达1.90 g/cm 3;随密度增大,其水溶液黏度上升,其流变模式为牛顿流体;密度1.85 g/cm 3的封隔液在150℃、7 d条件下对A3钢、N80钢、TN110Cr13S和TN110Cr13M钢的腐蚀速率均小于0.076 mm/a,N80钢在1.80 g/cm 3 SW4封隔液中的腐蚀性明显低于同等条件下的溴化钠、溴化钙和溴化锌,与甲酸铯相当;在同等加量条件下,SW4能够提供更多的K+,具有更优异的防膨性;高温稳定性强,能够满足高温高压井完井工况需求;生物毒性低,具有环境可接受性,可以满足作为无固相高密度封隔液加重剂的技术要求。

旅大特稠油储层新型完井液体系的构建与评价

旅大A油田是一个埋藏浅、油质稠、储量大的典型重质特超稠油油藏,热采开发是其有效的开发方式。稠油油藏在储层物性、流体性质及开采工艺方面与常规油藏存在较大差异,现有常规水基完井液体系无法满足需求。针对该油田稠油热采工艺,充分考虑稠油油藏储层特性、稠油预防乳化增稠和降黏促排的新需求,开展新型完井液体系的构建。通过抑制性、降黏助排性、配伍性及热采高温环境下储层保护效果的评价,建立起适用于稠油的新型有机胺完井液体系。该体系在提升稠油热采井开发储层保护效果的同时,降低完井液综合成本,为渤海油田稠油开发提质增效提供有力保障。

乍得基岩注气井膨胀管悬挂二次完井技术

乍得油田潜山基岩油藏面临油井低压低产的问题,需要开展注气补充地层能量以提高油井产量,但裸眼开发井转投注气井后,出现上部层系出砂填埋储层的问题。为此,下入膨胀管悬挂器结合裸眼封隔器等组成的下部完井管柱,在乍得BX20井进行二次完井技术先导试验。现场试验结果表明:设计的二次完井管柱一次入井到位,整个作业周期为10 d,较传统二次完井平均施工作业周期减少7 d,节省修井作业费用超20万美元;该井完井后能够有效地封固和保护套管免受注气高压的破坏,有效解决裸眼注气井井筒完整性问题,试注气压力达到20 MPa,注气量达到2000 m^(3)/h。该完井工艺的成功实施解决了乍得油田注气井完井问题,对同类油田的开发具有先导示范作用。

致密气连续管完井技术研究及应用

针对致密气井常规生产管柱管径大携液困难,后期生产需多种阶段性措施,存在工艺衔接时机难把握、措施费用高、生产组织及管理难度大等问题,通过观念创新、工艺拓展、理论计算,解决了连续管代替常规油管完井存在的“合理管径优选问题、薄壁管长期悬挂问题、生产各环节工具配套问题”三项技术难题,形成了致密气连续管完井工艺,技术满足了带压下钻、高压期井下节流、低压期速度管柱全通径生产、间歇期柱塞气举的全生命周期生产需求。

新型射孔动态仿真模拟及适用性评价

射孔完井技术的发展与完善对油气田的高效测试和开采具有重要的现实意义和实用价值。但低渗透储层(如低渗煤层)采用常规聚能射孔完井时,存在压实损坏带,导致渗流阻力大、产能降低等问题。为改善低渗透储层的开发效果,提出了自清洁、后效体等新型射孔技术,但其射孔效果、适用性等问题尚不明确。基于LS-DYNA的显示时间积分算法及流固耦合机理,形成地层-水泥环-套管-射孔弹动态射孔有限元模型建立方法,制定了不同射孔技术条件下动态射孔数值模拟方案,建立了不同射孔技术的有限元模型,并开展了不同射孔技术动态射孔仿真模拟研究,基于数值模拟研究结果,对2种射孔技术的适用性进行了分析研究。结果表明:自清洁和后效体射孔较常规射孔孔深有所下降,但孔径较常规射孔扩大15%左右。孔深和孔径与抗压强度、弹性模量、围压成反比,与孔隙率成正比,负压对单一射孔效果的影响较小。针对中孔低渗、低孔低渗油气藏,自清洁、后效体射孔技术孔道容积较常规分别增大9.55%、12.23%左右,射孔效果突出。上述研究结果可为自清洁与后效体射孔技术的设计与应用提供理论支撑,对两种射孔技术的发展及其对低渗储层(如低渗煤层)油气井的增产有着重要的意义。

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。

平台井拉链式压裂套管抗挤能力计算

随着拉链式压裂等新型技术在页岩油气开发中的广泛应用,压裂过程中套管内部承受多级循环内压作用,外部承受由拉链式压裂作业引起的非均匀外挤载荷作用。通过多级循环载荷实验以及数值模拟分析了多级循环载荷以及平台井拉链式压裂套管抗挤强度变化规律,得到了多级压裂套管综合抗挤能力系数计算方法,并应用该计算方法对新疆油田某井区一口套变井进行实例计算。结果表明,在多级循环载荷作用下,套管抗挤强度随循环次数呈线性降低规律;拉链式压裂作业引起井周地应力非均匀分布,套管抗挤强度随地应力非均匀度呈近线性降低趋势;在内外综合作用下,套管抗挤强度降幅超15%,增大了套管变形的风险。提出的平台井拉链式压裂套管抗挤能力计算方法可为现场压裂施工预防套管变形提供一定的计算指导。

基于视觉算法的射孔弹传爆孔封口片自动封贴装置的应用与研究

视觉检测对实现自动化贴标提供了重要的关键信息,基于高斯滤波、高斯拉普拉斯(LOG)边界识别及圆的定位算法,识别了射孔弹弹壳压环孔圆,获得了压环孔的圆心位置。通过压环孔圆心位置(x,y)坐标计算射孔弹起爆槽偏移角度,将导爆索槽的角度及中心圆孔位置信息传送到PLC,控制伺服电机,完成导爆索槽封口片的自动化封贴。

中国石化超深层钻完井关键技术挑战及展望

超深层是中国石化油气勘探开发的重要增储上产领域。针对超深层勘探开发需求和高温高压及复杂地质环境带来的工程挑战,中国石化持续开展关键技术攻关,在钻完井基础理论和方法、钻完井装备、高温井筒工作液、耐高温井下工具仪器和完井测试等方面取得关键技术进展,保障了120口超8 000 m油气井的安全钻探,钻深能力突破9 000 m,助推塔里木盆地顺北大型超深油气田建设、四川盆地海相特深层油气勘探开发突破,为保障超深层油气勘探开发提供了有力的工程技术支撑。随着油气勘探开发不断向更深层推进,技术升级转型需求日益迫切,需进一步夯实理论研究基础,突破耐高温关键工具仪器和井筒工作液,加快推进钻完井工程技术向数智化转型,为保障深层、超深层油气高效勘探开发和加快技术升级转型提供工程技术支撑。

大庆古龙页岩油趾端滑套应用情况技术分析

随着油气需求不断增加,油气资源勘探开发逐渐转向非常规储层,大庆古龙页岩油作为大庆百年油田建设的重要战略接替资源,页岩油的高效合理开采也逐渐受到广泛关注。本文对国内页岩油井开采压裂工艺前期所遇到的技术难点做出了阐述并简要说明了趾端滑套技术优势,同时将应用于大庆古龙页岩油的趾端滑套原理进行了分析,最后列举了趾端滑套在页岩油现场应用情况并对工具提出了具体的优化措施及改进建议。

川西地区深层致密砂岩气氮气钻完井试验及发展建议

深层低渗致密砂岩气藏基质黏土胶结物含量高、孔喉细小、低渗透率、低孔隙度、强亲水,采用常规水基工作液勘探开发易产生储层伤害,且伤害后渗透率难以恢复。氮气钻完井技术可从根本上避免钻井液中的固液相侵入引起储层损害,有效保护储层,提高单井产量。文章回顾了近年来氮气钻完井技术开发深层致密砂岩气的实践应用情况,从储层保护、及时发现气层、自然建产、提供地质甜点依据、为气藏富集规律确定提供辅助依据五个方面系统评价该项技术开发深层致密砂岩气的效果,同时针对井眼轨迹控制、井壁失稳及井下岩爆诱发卡钻、钻杆完井和井位及井段优选四个方面阐述了将来氮气钻完井技术的研究方向,以期为四川盆地须家河组致密砂岩气及国内外其他相似气藏的高效开发提供借鉴。

四川盆地超深层钻完井技术进展及其对万米特深井的启示

四川盆地超深层海相碳酸盐岩油气资源丰富,是寻找特大型油气田、开拓油气增储上产新领域的重要方向,但超深层钻完井面临地层条件更加复杂、井筒环境更加极端等工程技术挑战。为进一步指导万米特深井的安全高效钻探,通过梳理超深层钻完井技术难点,系统总结了四川盆地超深层钻完井关键技术,并提出了下步钻完井技术的发展建议。研究结果表明:①形成的超深复杂地层三压力预测监测技术精确预测了复杂地层压力系统及地应力场分布,准确刻画断层、裂缝、溶洞等展布规律,结合非常用井身结构拓展技术,提高了井身结构设计应对复杂地层钻探的能力;②形成的钻—测—固—完全过程精细控压技术,解决了超深井、特殊复杂井钻井液安全密度窗口窄导致“溢漏共存”、固井质量低等难题;③研发的高效钻头与大扭矩螺杆、扭力冲击器等抗高温提速工具,解决了深部难钻地层钻井钻头易磨损、破岩效率低的工程难题;④研发的抗高温钻井液体系提升应对高温深井的钻井液技术保障能力,升级第二代韧性水泥,解决了工作液抗高温能力不足等难题,保障超深井建井质量。结论认为,超深层钻完井技术的发展与进步,使得深井钻深能力突破9000 m已经成为现实,形成的关键技术有力地支撑了四川盆地超深层油气资源的高效勘探开发,对于万米特深层科学钻探和油气增储上产新领域拓展具有重要技术支撑作用。

迪北区块深层致密砂岩气藏氮气钻完井技术应用及认识

针对塔里木油田迪北区块目的层阿合组致密砂岩储层岩性致密、地层压力高、煤层发育,应用常规液体介质的钻完井技术对储层损害严重,为此特引入氮气钻完井技术,并在DX1井开展现场试验,获得日产气量82.39×104m3,日产油量100.8 m3的高产。但由于地层岩性的复杂性,氮气钻完井过程中,出现了井壁垮塌严重、内防喷工具失效、井控装备冲蚀等问题,制约了氮气钻完井技术在该区块的推广应用。通过对井身结构、钻具组合、井口装备、排砂管线、内防喷工具以及配套工艺流程等关键工艺、装备的改进优化,形成适用于高压高产深层致密砂岩储层的氮气钻完井配套工艺技术,并在DB104井开展了现场试验,试验效果显著。与同区块液体介质钻井的钻完井方式相比,DB104井日产气增加了400余倍,日产油量增加了6倍。通过DX1井和DB104井证明,只要工艺、装备、措施得当,氮气钻完井技术在迪北区块这类高温高压深层致密砂岩气藏中对储层具有重要的保护作用,可为塔里木油田乃至全国高压高产致密砂岩储层的高效勘探开发提供技术支撑。

热采水平井出砂段套管变形及屈曲风险分析

针对储层出砂对热采井套管变形及稳定性影响的问题,开展了高温蒸汽对稠油储层岩石性质的影响试验;结合传热及热-固耦合理论,建立二维套管-水泥环-地层和三维套管屈曲模型,分析了注热过程中储层出砂对套管变形及屈曲的作用机理,并对比了不同出砂程度对套管变形和屈曲的影响规律。分析结果表明:储层出砂时,套管同时受热应力及周向非均匀地应力作用而产生内壁屈服,随着出砂区域增大,塑性变形逐渐增大;当出砂加剧导致地层亏空时,出砂段套管受储层岩石支撑作用减弱,注热形成的轴向热应力存在导致套管屈曲的风险;注入蒸汽温度为350℃条件下,地层亏空段小于3 m时套管没有屈曲风险;地层亏空段为4 m时,注热过程中套管轴向力达到临界屈曲载荷4 876.9 kN,对应临界屈曲温度为304.9℃,存在屈曲风险,且随着地层亏空段长度的增加,出砂段套管发生屈曲的临界载荷和对应温度均明显降低,屈曲风险加剧。研究结果可为热采井防砂设计及套管选型提供理论指导。

射孔管柱动力学特性研究

射孔管柱受射孔弹爆炸冲击载荷易发生变形甚至断裂,保障管柱承载安全性是射孔作业的关键,现有射孔管柱力学分析模型简化条件过多,计算精度有待提高。以射孔爆轰载荷计算方法为基础,根据欧拉-伯努利空间梁理论和间隙元理论,利用有限元方法建立了射孔管柱三维冲击动力学模型,并利用Generalized-α法对模型进行了求解,以实测数据对模型精度进行了验证。以现场实际作业数据为基础,对射孔管柱的动力学特性和安全性进行了分析评估。结果表明,射孔爆轰载荷会使射孔管柱发生剧烈的纵向、横向振动;射孔弹装药量越高对射孔管柱的冲击作用越强烈,油管的振动幅度越大;增加射孔管柱长度可以减小管柱应力;油管壁厚对管柱的动力学行为和安全性能有较大影响。

隐形酸完井液用黏土稳定剂的合成及评价

隐形酸完井液用黏土稳定剂的合成与评价是一个复杂而重要的过程,它直接关系到油气井的完井效果和储层保护。以下是对完井液用黏土稳定剂的合成与评价的综合概述:PDADMAC24合成工艺简单,所用化工原料种类较少,生产工艺简单易行。室内实验结果表明,PDADMAC24是一种非常有效的完井液用黏土稳定剂,与缓蚀剂及添加剂的配伍性好,耐温高,稳定作用强,防膨率高达91.00%以上,可明显提高完井和保护储层的效果,并且施工简便。

浸泡条件下页岩力学及摩擦特征实验

针对页岩水力压裂过程中的断层滑移问题,通过室内实验,分析了浸泡条件下页岩的力学及摩擦特征,研究了页岩摩擦因数演化规律。研究结果表明:1)页岩抗压强度、抗拉强度、弹性模量和黏聚力随浸泡时间的增加而降低;页岩泊松比随浸泡时间的增加而增加,内摩擦角变化规律不明显。2)页岩摩擦因数随浸泡时间、法向应力和取心夹角的增加而降低,浸泡6 h内页岩摩擦因数降幅较大,后趋于稳定。3)界面压力大于5 MPa后,页岩的摩擦因数不随界面压力的增加而变化,仅随浸泡时长的增加而降低。4)水力压裂结束后,摩擦因数持续降低,断层仍存在滑移风险,缩短压裂作业时长可避免摩擦系数持续降低对断层滑移的影响。研究结果可为页岩断层滑移预测提供科学依据。