面向溢流与井漏监测的钻井液池体积趋势校正方法

钻井液池体积是溢流和井漏监测的常用参数。在钻井正常施工时,随着井筒容积的变化以及井筒内钻井液与地层流体的交换,钻井液池体积会产生与溢流和井漏发生时相似的“类风险趋势”,导致现有的溢流与井漏监测方法易产生误报,降低了溢流与井漏监测方法在现场应用时的有效性。针对此问题,文章首先分析了导致池体积产生“类风险趋势”的原因,建立了钻进与起下钻工况下池体积的正常变化模型,利用建立的模型校正池体积的“类风险趋势”,降低溢流与井漏监测的误报率;然后,建立了基于规则推理的溢流与井漏监测模型,用于测试池体积的“类风险趋势”对溢流与井漏监测的影响。利用现场实测的4500组钻井数据,采用基于规则推理的溢流与井漏监测方法开展了风险监测实验,结果表明,在进行池体积趋势校正后,溢流与井漏风险监测的误报率由10.03%降低至3.06%。

结合LSTM自编码器与集成学习的井漏智能识别方法

为了解决传统的井漏智能识别模型因井漏样本数量受限导致其识别准确率低的问题,提出了一种长短期记忆(long short-term memory,LSTM)网络与自编码器(auto-encoder,AE)相结合、集成LSTM-AE的井漏智能识别方法。首先,采用正常样本训练多个包含不同隐藏层神经元数目的LSTM-AE模型,利用重构得分筛选出识别效果较好的几个模型作为基识别器;然后,采用集成学习对多个基识别器的识别结果进行加权融合,解决单一模型因对样本局部特征过度学习导致的误报与漏报问题,提高模型的识别准确率。从某油田18口井的钻井数据中选取了6000组正常钻进状态下的立压、出口流量、池体积数据,对集成LSTM-AE模型进行训练和测试,结果表明,提出方法的识别准确率达到了94.7%,优于其他常用的智能模型的识别结果,为井漏识别提供了一种新的技术途径。

复杂压力体系地层钻探溢流压井技术研究

我国油气勘探开发的深度不断取得突破,超深层油气已经成为重要的接续资源。但是,超深层油气钻探遇到的复杂压力体系地层多,溢流后压井难度大,漏喷险情频发。常规压井方法应用于超深复杂压力体系地层溢流压井时存在一定局限性,非常规压井方法弥补了部分常规压井方法在复杂压力体系地层溢流处理中的缺陷。通过综合分析常规与非常规压井方法在应对复杂压力体系地层溢流时的适用性,根据应用案例分析了各方法的优势和不足,结合我国西部油田压井工程实践,展示了复杂压力体系地层钻探中溢流压井的技术创新成果。其中,溢漏同存和定容体等复杂压力体系地层溢流压井技术通过不断创新及实践,取得了一定的应用效果,但其理论和技术需要进一步发展。文章在总结压井技术研究进展的基础上对下一步超深层复杂压力体系压井技术攻关方向进行了展望,对于解决超深层复杂压力体系地层溢流压井技术难题具有重要意义。

基于某地区天然气井工况下静态引射器参数优化研究

天然气是一种绿色清洁能源,在工业发展过程中十分重要。新开采的天然气井有压力高、耗散快的特点,如何实现利用高压压力井引射低压压力井的天然气至关重要。基于某地区天然气井的压力井特点,设计具有最高引射效率的静态引射器,并使用CFD方法模拟引射器内部流动状态。改变引射器的几个关键结构尺寸,即喉部半径r_(1)、喉部出口半径r_(2),混合室半径R,研究适合该工况条件下的最佳引射器结构尺寸。最终得出引射器喉部尺寸为5.41 mm,喉部出口半径为5.65 mm,混合室半径为12.24 mm时,引射器的引射效果最佳,引射效率可达108.68%。试验结果表明,该设备在设计条件下具有良好的性能,偏离设计条件时仍有较高好的引射率,具有一定的抗波动能力。

碳酸盐岩地层漏失规律研究

碳酸盐岩在沉积/成岩过程中由于受到化学溶蚀作用,发育包括溶孔、溶洞和裂缝在内的多种类型漏失通道,导致漏失成为安全高效钻井的首要挑战。以S油田N组巨厚碳酸盐岩地层为研究对象,综合测井和录井解释成果,建立了溶孔、溶洞和裂缝不同类型的等效物理模型。通过采用将离散裂缝嵌入变渗透率基质中的方法建立钻井液漏失流-固耦合数学模型,并采用有限元方法进行求解,系统对比分析不同漏失通道条件下的钻井液漏速和漏量的变化特征,以及钻井液参数对漏失的影响。研究结果表明,漏失通道类型是影响漏失的主控因素,漏失程度与溶洞渗透率大小成正相关,且易引发失反性漏失。裂缝宽度和溶蚀半径也对漏速和漏量影响较大,但二者存在阈值,当达到一定极限时漏速和漏量趋于平缓。漏失通道组合越复杂,漏失越严重。钻井液密度与漏失程度成正相关。建立的数值模型可为溶孔-溶洞-裂缝型碳酸盐岩漏失规律理论研究提供新的思路,为安全高效钻井提供理论支持。

基于多相流理论的救援井动态压井模拟方法研究

目前救援井动态压井模拟方法多为各类软件模拟,鲜有结合实井试验验证过其可靠性的模拟方法,且试验存在缺乏模拟模型、试验参数设计难的问题。因此,提出了一种救援井动态压井模拟方法,可用于救援井动态压井全过程模拟,也可用于救援井动态压井及试验的方案设计。该方法建立了救援井动态压井模拟模型,模型由井身结构、钻井液、地面设备等数据搭建,并嵌入了可实现模拟过程中井下安全性(套管鞋处压力、管柱受力)监测、地面泵注设备智能超压保护、模拟压井流程一体化等多项作用的功能模块,为救援井动态压井的方案设计提供模拟支持。模拟结果表明:高压井排量、高密度压井液有助于快速压井。试验结果表明:本方法模拟结果与实测数据变化趋势具有较高吻合度,整体试验过程、动态压井阶段模拟的平均相对误差均小于10%,验证了模拟方法的合理性和可靠性。该救援井动态压井的模拟方法对科学有效地进行救援井动态压井、提升救援井动态压井成功率具有重要意义。

绒囊暂堵液堵漏机理研究

绒囊流体因其具有较好堵漏性能,广泛应用于钻完井、修井等石油工程勘探开发各个阶段。明确绒囊流体堵漏的微观机理可以更好的指导现场堵漏。室内测定了绒囊内绒囊的粒径分布、封堵岩心的孔喉分布及封堵压力,利用微观实验装置观测其基质孔隙内的充填暂堵过程,最后结合理论分析明确绒囊流体微观堵漏机理。结果表明,体系内绒囊的粒径分布0~350 μm,岩心孔喉的粒径分布0.7~15 μm,同一绒囊流体封堵4种岩心封堵压5.42~17.65 MPa且随着渗透率的减小而增大,绒囊通过聚集、变形可对基质孔喉、微裂缝进行全面封堵。根据拉普拉斯定理结合室内实验结果可知,绒囊流体堵漏的微观机理为:岩心内的绒囊流体在流动过程中压缩变形产生了附加阻力,大量的附加阻力相互叠加产生了封堵压力,阻止了井漏的发生。

钻井过程中井漏特征精细识别方法研究与应用

井漏是钻井工程中普遍存在的井下复杂问题,严重影响着钻井施工安全与钻井周期,井漏特征精细识别是高效治理井漏的关键。首先,综合测井、钻井、录井及地质等资料,结合漏层力学性质与物理机理分析,利用加权系数法,建立了基于“井漏综合指数”的井漏层位识别新方法。然后,研究了漏失通道类型及尺寸、漏失压差、漏失速度等井漏特征参数的定量分析方法,并给出计算模型,形成了多信息融合的井漏特征精细识别方法。该方法在X区块进行了实例分析,分析结果表明,X区块实际井资料的处理结果与现场实际漏失地层的层位、漏失类型及漏失速度等井漏特征基本吻合。井漏特征精细识别方法综合考虑了井漏的主要影响因素,利用其可以准确识别漏层的特征,为防漏堵漏技术优化及施工提供科学依据。

弹性体型胶粘材料在大庆油田裂缝性漏失中的应用研究

针对大庆油田深部裂缝性地层漏失严重、桥塞堵漏材料堵漏效果不佳的问题,引入了弹性体型胶粘材料,与桥塞堵漏材料复配,形成了热塑性复合堵漏技术,室内实验表明该技术可抗温160℃,承压5 MPa,封堵4 mm内裂缝。在大庆油田25口深井中进行了现场试验和应用,现场数据表明热塑性复合堵漏技术较桥塞堵漏技术堵漏效果更佳,堵漏成功率100%,承压7.5 MPa,未发生由于恶性漏失导致提前完钻的情况。

基于ISSA-SVM的钻井卡钻事故预测

为预防钻井过程中卡钻事故的发生,通过提出了一种改进麻雀搜索算法(improved sparrow search algorithm,ISSA)优化支持向量机(support vector machines,SVM)的预测模型方法(ISSA-SVM),在发现者位置更新公式中引入一种改进的自适应非线性惯性递减权重;在警戒者位置更新公式中引入莱维飞行策略。利用主成分分析法(principal component analysis,PCA)对外国某大型油田的实测钻井数据进行降维处理,并利用惩罚参数和核参数进行卡钻事故的预测。实验结果表明:ISSA-SVM的预测准确率高达85.1852%,且收敛速度更快,可见ISSA-SVM可有效预测钻井卡钻事故。

复杂压力系统薄互层致密油藏水平井钻井关键技术

南堡凹陷高柳区块沙三3段V油组属于典型的砂泥薄互层致密油藏,因多年压裂注水开发导致地层压力系统复杂、人工缝网分布密集,水平井钻井过程中井漏、油水侵与井壁垮塌复杂情况同时存在、矛盾突出。结合高柳区块地层特征阐述了水平井安全钻井技术难点,明确了钻井液漏失、井壁垮塌原因,优选纳微米级乳化防塌剂、石墨微球与微米级柔性封堵剂、超细钙构建了封堵承压井壁稳定油基钻井液体系,该体系有效降低滤液对泥岩地层的侵入,对泥岩强度保持能力提高5倍以上,使中高渗砂岩封堵承压能力达到18 MPa;针对油基钻井液漏失问题提出了油基桥接堵漏技术与油基固化堵漏技术。现场试验解决了高柳区块复杂压力系统致密油藏水平井安全钻井难题,十余口应用井无井壁垮塌情况发生,漏失井堵漏后漏失层承压能力提高5.4 MPa,满足后续钻井施工要求。

塔河油田碳酸盐岩储层中聚合物凝胶堵漏技术

塔河油田地质条件复杂,缝洞性碳酸盐岩储层孔缝洞发育,在此储层钻进过程中常出现放空、发生井漏,并引发井喷、井塌、卡钻等复杂事故,常规桥堵技术难以有效封堵。针对塔河油田老井修完井过程中的漏失难题,研制了一种抗高温聚合物凝胶堵漏剂,对其进行性能评价可知,聚合物凝胶成胶前基液黏度在13~14.5 mPa·s范围内,150℃下成胶时间在30~150 min内可控,成胶后失去流动性,形成高强度凝胶塞,具有较高承压强度,使用3 mm裂缝钢铁岩心(长5 cm)模拟储层进行封堵能力评价,封堵压力可达2.1 MPa/42 cm;凝胶具有较好的抗污染性能,稳定性良好;凝胶破胶性能显著,加入碱液改变环境pH值后,可实现48 h破胶成为低黏流体,破胶后的凝胶可满足岩心渗透率恢复值≥85%。该耐温聚合物凝胶既能实现高效封堵,也能有效解堵,在修井作业、恶性漏失等方面具有较好的应用前景。

四川盆地威荣深层页岩气安全与提速钻井技术

四川盆地威荣页岩气埋深3600~3850 m,属于典型的深层页岩气藏,钻井工程面临压力体系复杂、茅口组部分区域断溶体发育、地层可钻性差、龙马溪组地层温度高等难题。针对复杂的地质条件,以安全与提速钻井为核心,通过成熟引进与先导试验技术结合的方式,持续攻关钻井工程工艺技术;并不断深化过路层段地质认识,采用一段一策的方案,提高工程技术的针对性。威荣页岩气田经历勘探评价、开发一期、开发二期3个阶段,形成了以井身结构优化、断溶体避让的轨道设计、井筒压力控制和钻压同步预防压窜干扰为重点的安全钻井技术,以“二维+小三维”的三维轨道剖面、四位一体地质导向技术、破岩工具优选和钻井参数强化为关键的提速钻井技术。该技术应用于威荣页岩气田150余口开发井,机械钻速由开发初期的6.32 m/h提升至9.12 m/h,钻井周期由106.68 d缩短至68.75 d,缩短率为35.56%,实现了威荣深层页岩气钻井工程提速降本的目标,其形成的安全与提速钻井系列技术对同类型气藏开发具有较强的参考意义。

深部地层智能压井多解性分析与优化策略

开发深部地层油气资源时普遍存在地质条件复杂、钻井周期长和井筒压力控制困难等问题,采用智能压井方法结合多源实时信息反馈,可实现井筒内气液分布状态和压力变化规律的实时预测与更新,但不同修正系数组合可能得到相同的压力计算结果,导致模型存在多解性难题。为此,分析了不同历史时间节点解空间形态的演变规律,揭示了模型多解性的本质源于少量数据约束下模型训练的不完善性;并对应建立了基于实时信息序列的模型全局训练优化方法及动态随机种群训练优化方法,测试了其对于模型全局最优解的搜索能力及适用条件。测试结果表明,全局训练优化方法在压井初期能够实现精准调控,但计算耗时较长;而动态随机种群训练优化方法在压井初期与预期值略有差异,但计算耗时较少。根据可用计算资源情况选择合适的训练优化方法,可实现多源实时数据约束下模型关于井筒气液流动规律的深度学习。

黔西地区石炭系页岩气钻井工程难点与对策

黔西地区石炭系地质条件复杂,工程风险和难点多,导致钻探工作面临很大挑战。根据该地区获得的地质资料,结合区内多口页岩气井的钻井工程实践,分析该地区存在以下钻井工程难点:浅表层溶洞、裂缝发育导致钻井漏失严重,打屋坝组目的层泥页岩段井壁易垮塌失稳,气层和裂缝发育层共存,部分地区含硫化氢,安全钻进风险高等。针对以上难点,提出了钻前浅表溶洞工程地球物理探测、“三开”井身结构优化设计、钻井设备优选和优快钻井等技术或方法。最后建议开展石炭系打屋坝组“漏、溢、塌”耦合作用机理研究,形成黔西地区页岩气钻井适应性工程技术体系,为实现该地区页岩气高效勘探开发提供技术支撑。

基于地质工程一体化的裂缝性地层漏失压力预测

针对新探区裂缝性地层地质及工程资料严重缺乏,导致现有漏失压力计算模型有效性降低这一问题,文中提供了一套地质工程一体化裂缝性地层漏失压力预测方法,即在现有漏失压力计算模型的基础上,引入裂缝指数,结合钻井液漏失机理,制定漏失类型分类评价指标,形成裂缝性地层漏失压力三维建模方法。另外,建立了渤海A油田漏失层漏失类型分类评价指标,对A油田进行了三维漏失压力建模及预测,并在C-5井成功应用,钻井周期缩短15 d。应用结果表明,A油田的裂缝指数与漏点位置相关。文中方法综合利用地质、工程、地质力学数据,可为新探区提供可靠的漏失压力精细预测结果,有助于新探区的钻井优化设计和管理。

基于数字孪生技术的钻井复杂风险智能预警系统架构

为降低深部地层不确定地质条件诱发的钻井井下复杂风险,采用数字孪生技术,构建了基于物理模型与数据驱动模型融合的钻井复杂风险数字孪生智能预警体系。为满足随钻预警、降低风险等实际需求,提出了基于微服务的数据集成、孪生体智能感知、多模态融合预警、孪生体智能诊断等4项数字孪生预警系统支撑技术,建立了钻井数字孪生预警系统的整体架构,并详述了其功能及模型设计,涉及物理设备层、虚拟实体层、孪生体数据层、孪生体算法模型层及孪生体预警服务层5层交互系统,设计了钻前预演规避风险、钻中实时预警、钻后分析区块风险等3种区块钻井优化设计的应用场景,实现了对多源异构数据的数字化集成,传统物理模型与智能模型的多重融合,以及溢流、井漏、卡钻的预警与类型识别等功能,从而达到降低深部钻井作业风险、优快钻井的目的。研究结果表明,基于“模型+数据”的数字孪生预警架构具有提前识别钻井过程中的风险和快速诊断风险类型的潜力,为智能钻井风险预警提供了新的技术途径。

微芯片技术在油气田井下漏层定位中的应用

目的准确地定位油气田开发过程中的井漏位置,为制定堵漏措施提供支持,提高堵漏的成功率。方法由于漏失层位大量钻井液漏失会造成该位置温度变化异常,通过一种搭载微芯片的微型井下测量球状仪在井内循环,获取井下温度、压力分布数据,然后基于这些数据掌握井下温度分布规律,并与理想的温度分布规律进行对比,从而比较准确地定位漏失点位置。结果通过捕获井口返出的微芯片,获取井内温度压力数据,然后再对温度梯度变化数据进行平滑处理,最终能够基于数据分析出较为准确的漏失层位。结论基于微芯片测量数据来定位漏失点是一种针对井下漏失情况诊断的新型、低成本且便捷的方法,为创新型井下测量微芯片的应用提供了一个非常有价值和代表性的场景。

海上某盆地胶结型防漏堵漏钻井液技术

分析了我国海上某盆地地质特征和历史井漏情况,明确了该盆地钻井防漏堵漏难点:地层裂缝发育且存在微米级至毫米级的多尺度裂缝,甚至裂缝和孔、洞并存,导致堵漏材料选配难、一次堵漏成功率低;地层发育大段风化壳、部分地层破碎严重、钻井中裂缝极易二次发育等,导致恶性漏失甚至失返性漏失等复杂情况。针对上述难点,以聚乙烯醇、聚丙烯酸以及含邻苯二酚结构的有机物为原料,合成了一种胶结型堵漏剂BFD-1。实验结果表明,人造疏松岩心在加有4%BFD-1的水溶液中浸泡后,岩心抗压强度提高率达19.34%。以BFD-1为核心,复配现场常用堵漏材料,构建了适用于不同尺寸范围漏失通道的防漏堵漏钻井液体系,具良好的防漏堵漏性、胶结性,并可有效阻止压力传递。研究成果可为该地区钻井井漏防治提供有力技术支撑。

基于异质集成的井漏预警模型

钻井井漏事故具有突发性和难以控制的特点。因此,迫切需要建立一种有效的井漏预测方法。将随机森林、支持向量机和反向传播神经网络模型相结合的异质积分器Stacking应用于青海省柴达木盆地英西地区。首先对目标区块的数据集进行处理,运用灰色关联对数据进行相关性分析,选择其中10个相关性高的参数,后设置两层堆叠集成,第一层选择随机森林、支持向量机和BP神经网络模型作为基础学习器,第二层选择逻辑回归模型作为元学习器。结果表明,异质集成模型提高了预测精度(0.981的准确率、0.970的精确率、0.963的召回率和0.960的F 1分数),克服了同质分类器的局限性。强调了综合井漏预警预报中考虑多种地质因素的重要性。