渤中区域裂缝性漏失风险量化评价方法

裂缝性漏失给钻井安全及成本控制带来严重挑战。由于发生该漏失类型的地层不是连续性地层,传统分析方法难以满足工程准确预测的要求。基于地震几何属性与工程参数联合建立了裂缝性漏失风险评价方法。该方法以地震几何属性作为漏失通道与储集空间因素,以工程参数及地层原始孔隙压力作为动力因素,建立符合井下漏失发生过程的平衡方程。基于沿井轨迹的地震几何属性、连通指数、井眼液柱与地层压差以及钻井液流变参数等信息,建立区域内已钻井数据集,利用建立的数据集进行人工神经网络训练,建立起动力、通道、储集空间与漏失规模之间的复杂函数关系,从而实现基于待钻井相应基础参数对裂缝性漏失风险的量化预测,并对钻井液使用密度提供指导。利用所建立的方法在渤中凹陷进行了实际应用,对研究区内5口开发评价井7处潜在漏失风险点进行了分析,预测的漏失点位及规模与实际工程表现完全相符,预测漏失速率精度大于85%,满足工程需要,且预测方法可为工程优化设计与实践提供可靠依据。

基于机械比能理论的渤海深层钻井参数优化

渤海渤中19-6围区北部构造储层埋深超过4500 m,平均钻井深度大于5500 m,目标层位太古界潜山岩性为花岗片麻岩,岩体抗压强度最高超过200 MPa,地层研磨性强,机械钻速仅1~4 m/h,严重制约了区块的高效开发。为提高目标区块钻井效率,基于机械比能理论,从钻进过程能量守恒角度,分别建立了钻压、扭矩、破岩以及摩擦的做功表达式,并进一步建立了破岩过程的能量输入输出平衡方程。实际应用结果显示,该能量平衡方程能够利用待钻地层的基础参数给出合理的钻压区间,推荐的最优化钻压与实钻吻合良好,预测的机械钻速米平均误差为8%,表现出良好的适用性,可为后续深井、超深井钻井作业优化提供设计依据。

稠油在不同压差下的流动机理实验研究

针对稠油流动的特点,在恒压条件下模拟油藏油水的两相流动,将稠油和地层水同时注入饱和油的人造岩心,观察其流动特性,实验发现产液量受注入压力控制:注入压力梯度增大,产水量迅速增加,产油量变化不大。通过稠油在不同压差下的流动机理实验表明,依靠增加注入压力来提高采收率是不太合适的,应该优化注入压力,以减少不必要的地面建设费用。

井底压力波动对稠油产量影响机理实验

国内一些稠油油田生产过程中将抽油泵更换成螺杆泵后产水减少,产油量增加,而该方法在稀油油藏应用,其产量变化不明显。为此,用实验模拟方法研究了井底压力波动对稠油生产的影响。在恒压条件下,将稠油和地层水同时注入饱和油的人造岩心中,模拟近井地带油藏在泵抽吸作用下油水两相流动特征,利用出口端的电磁阀产生和不产生周期性波动来分别模拟抽油泵和螺杆泵的生产过程。由产油、产水情况发现,波动状态下产水量高于不波动情况,而前者产油量小于后者,且随波动周期的增加,产水率增加而产油率减少。即抽油泵生产过程中压力波动增加了水的产出量;而螺杆泵连续地抽吸减少了水的产出量,增加了稠油产量。稠油开发中使用螺杆泵的效果优于抽油泵。

生产压差对稠油储层产量的影响

针对稠油油藏开发过程中油水在相同的压力下的两相流动,在实验室中研究恒压下的油水产出规律。利用恒压阀调节气瓶压力,在恒压下将分别装在2个中间容器中的稠油和地层水同时注入饱和水的人造岩心,研究产液机理和规律。实验发现,产液受注入压差控制,注入压力梯度增加,产水量增加,产油量变化很小,水油比增加。实验结果表明,在稠油和水两相流动中,增加生产压力梯度提高了产液量,但并不能提高采收率。

埕北油田稠油油藏出砂冷采工作制度优选模拟实验

为了优选稠油油藏出砂冷采生产压差,研究油水产量和出砂量变化关系,研制了装岩心砂粒的填砂管,可以模拟出砂过程中地层压力对岩心结构破坏。设计了稠油出砂冷采实验装置及实验步骤,在恒压条件下驱替油水进入岩心,模拟完全产油和油水同产时的油水与出砂量及产水率的变化。实验结果表明,出砂主要发生在完全产油和产水的初始阶段,完全产油时携带出自由砂,产水时携带出骨架砂,继续驱替产出的砂量大大减少;该实验优选的埕北油田压力梯度为8.3～33.3MPa/m,虽现场很难达到,但稠油可以在近井地带和窜流通道中逐步启动;恒压驱替和改变压力驱替,产水率均随着驱替的进行不断增加,而产油量不断下降,进入的水在地层压力下破坏了岩心结构,油水相渗透率大大下降,因此,要尽量控制水侵。

卡簧式钻井隔水管快速接头力学性能研究

为减少海上钻井作业事故的发生,开展了钻井隔水管快速接头力学性能研究。基于ANSYS建立了卡簧式快速接头抗弯强度计算模型,研究了SR30型快速接头卡簧端面角度、接头有效搭接长度及材质与接头结构极限抗弯承载力的关系。结果表明,卡簧式钻井隔水管快速接头的卡簧左端面对整个接头承载力影响要大于右端面;随着接头有效搭接长度增大,接头极限抗弯承载力明显提高;材质屈服强度越高,极限抗弯承载力越高。计算结果为钻井隔水管快速接头的合理设计提供了理论依据。

中硬地层全尺寸PDC钻头破岩实验研究

聚晶金刚石复合片(PDC)钻头作为钻井系统中消耗最多的工具之一,钻一口井常需要更换几个甚至几十个钻头,PDC钻头使用寿命将直接关系到钻井成本。通过全尺寸钻头钻选实验,研究了不同钻压、转速和不同岩性下的钻头动力学特性(动态钻压、扭矩),研究结果表明:增大预定钻压将显著增大钻头处响应钻压和扭矩的波动范围;而改变转速对钻头处钻压和扭矩的影响较小;相同钻井参数下,钻进灰岩时的钻压和扭矩波动范围最小,而钻进人造岩时其波动范围较大。研究结果为钻井参数优化和钻头选型提供一定的理论指导。

考虑钻头-岩石非线性相互作用的钻柱动力学研究

钻头作为底部钻具组合的重要组成部分,直接与岩石接触,其动态特性对底部钻具组合有重要影响。提出了聚晶金刚石钻头(PDC钻头)与岩石的非线性相互作用模型,采用PDC钻头动态特性作为钻柱动态模型的边界条件。为了更真实地模拟钻柱动力学,基于哈密顿原理,采用梁有限元法建立了钻柱动力学模型,通过广义-α法求解,并分析了PDC钻头的动态特性。研究结果表明:轴向振动是钻头最剧烈的振动形式,而当轴向振动传递到钻柱时,产生大幅度衰减,横向振动成为钻柱的主要振动;中性点附近的钻柱不再与井筒碰撞,其运动轨迹接近井眼轴线。

挤压构造对地层压力影响的数值模拟分析

挤压构造成因的异常压力地层，其地震层速度和测井声波时差资料都无异常表现，若采用常规的预测方法会产生很大的误差。因此开展针对挤压构造条件下地层异常压力机理、挤压构造对地层压力影响方式及大小的研究对准确预测挤压构造区块地层压力具有十分重要的意义。通过数值模拟方法研究了挤压构造应力对地层压力的影响机理，得出了在不同渗透地层条件下挤压构造应力对地层压力的贡献率。考虑挤压构造影响修正后的结果与常规预测方法的结果相比，更加接近实测值，预测精度大大提高。

渤中19-6复杂断块构造地应力分布规律试验研究

渤中凹陷19-6复杂断块构造同时受到走滑断裂与次级断裂切割的影响,难以通过对区域主控构造来判断地应力大小关系和方向。为提高区域钻井作业安全与效率,落实区域主控构造类型及地应力分布规律,对渤中19-6构造北部的2口探井开展了地层破裂试验,并对3口井进行了井下电成像测井。试验结果分析表明:渤中19-6构造区域内地应力表现为水平最大地应力>上覆岩层压力>水平最小地应力的分布特征,与区域内走滑断层为主控构造、正断层为次级构造的地质认识相符。井下电成像测井分析表明:受走滑断层影响,与周边油气构造地应力方向不同,构造区域内水平最大地应力方向在NE90°~110°。根据试验结果分析得出区域构造应力系数,并建立了渤中19-6构造北部沿深度的地应力剖面,具有较高的精度,为井位与钻井轨道优化、开展井壁稳定分析提供了可靠依据。

渤中潜山高温凝析气藏钻井关键技术与应用

渤中地区潜山凝析气田在钻探过程中面临诸多困难与挑战,设计与施工难度加大,影响到气田的安全高效开发。针对这些困难与挑战,从井身结构设计、考虑井筒温度场影响的管柱及固井设计、储层段精细控压钻井设计以及各井段钻井提速技术等方面进行研究与优化,将部分技术应用于生产实践。设计与应用效果显示,目标气田的钻井作业时效性得到了大幅提高,钻井非生产时间持续降低。

渤海深层钻井技术优化与实践

随着渤海湾浅部油气资源不断开采,深部油气资源逐步成为未来资源的重要接替。然而以太古街潜山为代表的深层油气资源在钻探过程中面临诸多困难与挑战,如地层可钻性极差、地层温度高、含酸性气体、储层易漏失等等,上述难点不仅提高了钻井难度,更制约了深部油气资源的高效开发。针对钻井面临的难点与挑战,从井身结构设计、岩石力学分析与提速研究、考虑井筒温度场影响的管柱及固井设计等方面开展了优化工作,并进行了实践。应用效果显示,目标气田深层钻井时效得到较大程度提高,非生产时间持续降低,对后续开发井钻井作业提效具有很好的借鉴作用。

砂岩储层可压裂性评价方法研究

通过研究砂岩储层压裂裂缝起裂、扩展规律以及期望的裂缝形态,提出了砂岩储层可压裂性具体含义。分析KGD模型中各因素对压裂裂缝的影响规律,借助成熟的有限元方法对上述规律进行验证及补充,建立了砂岩储层可压裂性与储层岩石弹性模量和最小水平地应力之间的关系,绘制了可压裂性指标的变化规律,即弹性模量越高,最小水平地应力越小,砂岩储层的可压裂性越高。根据地震资料可以绘制砂岩储层的三维可压裂性分布图,可以为压裂选井选层提供参考。

考虑井眼尺寸影响的小井眼坍塌压力计算方法

针对小井眼井壁坍塌问题,基于岩石强度的尺寸效应理论,采用Hoek等人的强度尺寸效应经验公式建立了岩石单轴抗压强度与试样直径之间的关系;并对此经验公式进行了修正,考虑了黏聚力、内聚擦角等岩石强度参数与试样尺寸之间的关系,建立了考虑岩石强度尺寸效应的Mohr-Coulomb强度准则。得到了考虑井眼尺寸影响的坍塌压力计算方法,并提出了两种评价岩石强度尺寸效应的方法。研究结果表明,坍塌压力存在尺寸效应,相对于常规井眼,小井眼的坍塌压力当量密度较低;而不同性质地层岩石的强度尺寸效应是不同的,岩石的非均质性越强,裂缝越发育,小井眼钻井坍塌压力的尺寸效应越强,这为评估小井眼井壁坍塌风险提供了重要参考和依据。

海上高温高压气田小井眼钻井优化设计与应用

作为世界海上三大高温高压地区之一,我国南莺歌海盆地在开发中不仅面临着典型高温高压钻井技术难题[1],其开发井轨迹与井身结构还会受到来自平台数量与位置等因素的限制而必须采用大斜度、小井眼等方式进行设计,从而给该区域高温高压钻井带来更高的挑战。本文结合目标油气田实际情况,通过优选适合大斜度、水平井的水力参数计算及分析模型,针对目标井小井眼井段钻进过程中的主要水力参数进行了分析计算与优化,并对关键水力参数开展了敏感性分析工作。优化结果表明,目标井水力参数设计结果与实际作业值吻合良好,所优选的分析模型及方法具有较高的精度,对今后类似油气田钻井设计、提高作业安全与效率具有一定指导意义。

单通道井钻完井技术在边际油田应用前景分析

作为能有效解决低丰度、小型或者边际油气田经济性开采问题的关键技术,小井眼单通道井钻完井技术采用小的井眼尺寸、简化的井身结构及生产管柱设计,完井作业不占用钻机时间,能够最大限度降低钻完井过程中材料、机时等主要费用。目前该项技术已被国外几大石油公司广泛应用于全球多个地区,取得可观的经济效益,使许多低产断块油气田得以经济开发。同时,国外也有利用该技术成功开发煤层气、页岩气等非常规能源的先例。在我国,该项技术仅在少数几个陆地油田应用过,对于海上,部分油田采用了小井眼侧钻工艺,但单通道完井技术还未有应用的先例。因此开展单通道井钻完井关键技术的研究并推进相关技术的应用,对于降低海上边际油田开发费用、提高开发效益、为开发非常规能源提供技术储备均具有非常重要的意义。文章对单通道井钻完井技术中的原理、现状、钻井、完井及测试等关键技术进行了较详细的概括分析,并根据目前海上油气田取得的一些关键研究成果,提出了相关技术的解决方案。

基于节理塑性模型的页岩地层水平井井壁稳定性分析

为研究层理页岩地层中水平井井壁失稳机理,基于流固耦合理论,考虑地层渗透率和强度各向异性,运用节理材料模型对水平井井周塑性失稳区域分布规律进行数值分析。结果表明:钻井液流体侵入导致井周孔隙压力分布呈各向异性,页岩水平井井周破坏形态为四角形状,且随时间增加逐渐向地层内部延伸形成剪切带;在考虑井壁渗透情况下,增大钻井液密度并不能显著改善页岩井壁失稳状况,加强钻井液封堵性对维护井壁稳定具有重要作用。

考虑岩石应变软化特征的井筒稳定性分析

弹性-应变软化-塑性变形是岩石压缩过程中典型的力学行为,考虑岩石应变软化特征有助于正确评价井筒的稳定性。通过开展岩芯的三轴压缩实验获取岩样的全应力-应变曲线,结合Mohr-Coulumb强度屈服准则对岩石的强度参数进行反演分析和数值验证,获得岩样的强度参数随塑性变形的变化规律。运用FLAC3D有限差分软件建立井眼模型,应用应变软化模型计算了井周塑性区分布,通过与理想弹塑性模型对比,表明考虑岩石应变软化情况下的井周塑性区范围更大,井筒更易发生失稳。研究对于确定钻井液密度安全窗口和指导钻井施工具有指导意义。

海上凝析气田生产管柱优化设计

渤海某凝析气田为近年发现的大气田,具有超深井、超高温、高含硫化氢和二氧化碳等特点,面临着储层埋深深、高温、高腐蚀、注采转换以及投产时间紧等一系列困难。在国内外、海上陆地气井管柱结构的基础上,对油管和井下工具进行了优选,综合分析圈闭压力、回接尾管防腐材质情况、管柱伸缩等确定了生产封隔器下深于回接点以下,并通过油管加扶正器的方法解决生产封隔器以上管柱的螺旋屈曲问题。成功设计了一套适合海上凝析气田的生产管柱,为后期海上凝析气田管柱设计提供借鉴和参考意见。