多功能环空带压地面诊断方法及装置研究

为突破国外技术封锁,解决国内技术功能较少的缺点,克服现有装置体积大、质量重、搬运不方便的问题,提出了一种多功能环空带压地面诊断方法,设计了一套模块化设计方案和集成组合方案,并研制出了便携式实物装置系统。该系统包括气液分离及固相过滤模块、温压及流量监测模块、气相参数监测模块、液相参数监测模块及液面高度监测模块,可形成不同功能的集成组合方案,结合数据无线传输技术和配套分析软件,具备环空带压原因分析、漏点位置计算、泄漏程度评估及风险程度判断等多种诊断分析功能。现场测试结果显示,案例井环空压力增加的原因是水泥环胶结存在一定缺陷,漏点深度为3120 m左右,泄漏速率0.012 m^(3)/min。系统测得结果与实际情况吻合,验证了诊断方法的合理性和装置的可靠性。

可伸缩式隔振器的研制与应用

为了减小钻井过程中因轴向振动造成的钻柱和钻头破坏,文章研制了一种可伸缩式隔振器。该工具使用时安装在钻柱中和点以上,通过自身的轴向伸缩机构将上部钻柱和下部钻头产生的轴向振动隔断吸收,避免共振问题,减小底部轴向振动对上部钻柱和顶驱的破坏,同时增加了整体钻柱柔性,改善了钻头受力情况,有效减少钻头崩齿现象。在实际使用中,可伸缩式隔振器的最优安装位置可根据钻柱中和点及轴向振动最大处计算结果来综合决定。现场应用表明,可伸缩式隔振器对顶驱能起到很好的隔振保护作用,振动声幅降低了87%,同时出井钻头新度95%以上,减少了钻头钻遇砾石层的崩齿破坏。可伸缩式隔振器可作为钻井一开的标配工具,降低一开钻井过程中的振动危害,保护顶驱,减少钻井安全事故。

可膨胀波纹管技术在韦15-19井的应用

可膨胀管包括可膨胀实体管和可膨胀波纹管,主要用于在不减小井眼尺寸的情况下封堵各种复杂地层,对损坏套管进行补贴修复,作为各种井筒封隔器以及延长技术套管长度。实体管和波纹管两者膨胀机理不一样,相比之下,可膨胀波纹管技术具有膨胀工艺简单,作业周期短的优点,该技术一直由俄罗斯掌握。中国石化勘探开发研究院经过多年的潜心研究,终于形成了具有自主知识产权的可膨胀波纹管产品及其配套的工艺技术,新研制的可膨胀波纹管壁厚8 mm,抗内压强度35 MPa,抗外挤强度10 MPa,并在江苏油田韦15-19井进行了漏层封堵现场试验,经过扩眼、管串下入、水力膨胀、机械膨胀等工艺后获得圆满成功,标志着我国已经打破了国外公司对该技术的垄断,填补了国内在该领域的技术空白。

特种孕镶块加强PDC钻头的研制与试验

为提高PDC钻头在研磨性硬地层中的机械钻速、延长钻头寿命,研制了特种孕镶块加强PDC钻头。该钻头以PDC切削齿为主切削元件,天然金刚石孕镶块为副切削元件,既具有常规PDC钻头破岩效率较高的特点,又具有孕镶金刚石钻头在研磨性硬地层寿命长的特点。在钻头开始工作时,主要为PDC切削齿"犁切"式破岩,当PDC切削齿磨损到一定程度后,天然金刚石开始磨削岩石,形成"犁沟",有助于PDC切削齿吃入并切削岩石。该钻头在东北金山气田金古1-1HF水平井基底花岗岩硬地层进行了现场试验,平均机械钻速达到4.46m/h,是同井同地层常规PDC钻头机械钻速的1.5倍,是2口邻井同井段牙轮钻头和常规PDC钻头机械钻速的2倍以上,其使用寿命也达到2口邻井同井段牙轮钻头和常规PDC钻头的2倍以上,取得了良好的现场应用效果。特种孕镶块加强PDC钻头的成功研制,为钻进强研磨性硬地层提供了一种新的高效破岩工具。

计算流体动力学在冲击器设计和模拟中的应用

冲击器对旋冲钻井技术的实施起着至关重要的作用。随着计算流体动力学(CFD)技术的发展,CFD也逐渐应用到冲击器的设计和模拟当中。优选了适合液动射流式冲击器性能模拟的CFD软件,建立了计算模型并进行了计算分析,同时利用先进的粒子图像测速(PIV)技术对射流元件的内部流场进行了观测,对CFD模型进行了验证。最后指出,随着计算机技术的不断发展以及CAD/CAE、CFD和PIV技术的有机融合,冲击器虚拟样机设计和模拟技术将会得到进一步的发展和提高,这也是冲击器设计和模拟技术的一个重要发展方向。

多层合采智能井井筒温度场预测模型及应用

智能井多层合采过程中为了优选温度监测设备和确定测点位置,需要准确预测井筒温度剖面。根据智能井多层合采过程中的井筒内流体流动特征,考虑流体经过流量控制阀时,节流效应对井筒内流体流动参数的影响,建立了含流量控制阀的单油管多层合采井筒温度预测模型,并结合生产井的工况进行了数值模拟。模型预测结果表明,井筒温度随产层产出液性质、产液量、产层厚度、产层配比和地层温度梯度的变化呈规律性变化;与各产层单独开采相比,合采时的井筒温度高于各产层单独开采时的平均温度,且合采时的温度梯度最低。为了有效应用多层合采井筒温度场预测模型,基于流量控制阀处温度测量误差最小的原则,提出了温度传感器指标及测点的优选方法;基于井筒温度、温度梯度及流量控制阀处温降变化规律,提出了产层温度异常的解释方法。多层合采智能井井筒温度场预测模型为多层合采智能井温度测量装置的优选和温度变化规律的解释提供了理论依据。

高温高压凝析气井全过程欠平衡设计

针对高温高压凝析气井钻井过程中的储层伤害问题,在对国内外最新设计方法综合研究分析的基础上,开展了室内试验和软件模拟,提出了一种新的全过程欠平衡设计方法。该方法综合分析了井控安全、井壁稳定性、储层凝析气反凝析发生的油锁伤害和毛细管力引起的水锁伤害等因素。同时,在计算水力参数时考虑了温度和压力对钻井液密度和黏度的影响。为了保证在钻进、起下钻和接单根整个钻井过程中井底一直处于欠平衡状态,配套安装了旋转防喷器、井下套管阀等工具和设备,优化了施工工艺。采用该方法对沙特B-0008井进行了详细的设计分析。该设计方法既能保证井下安全,又能避免储层伤害,提高了探井发现油气的成功率。

基于真实裂缝的井筒-地层耦合流动试验装置研制

在钻井过程中当钻遇裂缝发育地层时,钻井液和原油或气体之间存在密度差,经常导致钻井液和地层流体在裂缝内部发生双向耦合流动,表现在钻井过程中就是既有钻井液的漏失,同时又有原油或气体的产出,处理起来非常复杂。目前国内外尚没有基于真实裂缝空间的耦合流动试验装置,通过扫描现场实际露头裂缝,构建真实的裂缝空间,同时设计并建造了一套基于真实裂缝空间的可视化井筒-地层耦合流动试验装置,该装置高6 m、直径为15.24 cm,裂缝尺寸为0.5 m×1 m,工作压力为0.5 MPa。该试验装置可以模拟地层定容和定压情况下钻井液-原油、钻井液-气体在真实裂缝中的耦合流动状态,还能进行裂缝内堵漏效果评价,除了可视化观测及高速摄像外,还可以测量各种压力、流量数据。通过对各种试验现象和数据的分析为现场采取合理的技术措施提供依据。

一种沥青固化剂的研究与应用

中东YD油田在钻井过程中钻遇活跃沥青,沥青的涌出导致了钻井液污染、振动筛跑浆、钻具粘卡等多种复杂情况,给钻井施工带来极大困难,甚至导致部分井段或全井报废,造成了大量经济损失。为解决该项技术难题,开展了沥青固化剂的研究和应用,采用交联固化的方式,在实验室内成功优选了性能良好的固化剂GHJ-9,该固化剂使得沥青的软化点由52℃提高到71℃,沥青在钻具上的粘附率降低到5%以下;同时完成了固化剂对钻井液性能影响的评价实验和对钻具腐蚀的评价试验,证明在10%加量情况下对钻井液性能影响不大,对钻具腐蚀轻微。沥青固化技术在中东YD油田进行了多口井的现场应用,试验结果表明沥青固化剂有效封堵了地层孔隙,并和地层溢出的沥青发生固化反应,使得湿沥青发生了明显的聚结固化现象,成团返出地面,有利于沥青从钻井液的分离和清除,降低了沥青对钻井液性能的影响。GHJ-9固化剂的研究和应用为该地区沥青层的安全钻井提供了新的技术方法。

纵波速度在碳酸盐岩地层压力评价中的方法探讨

准确解释地层压力是钻井工程的基础。碳酸盐岩纵波速度变化不明显,在异常高压地层仅存小幅波动。基于Biot理论,建立了由岩石骨架和孔隙流体两部分组成的纵波速度方程。研究表明,纵波速度的小幅波动由地层压力变化引起,可用孔隙流体对纵波速度的贡献部分表征。利用小波变换方法对纵波速度进行分解,提取高频系数及孔隙流体对纵波速度的贡献部分,识别异常高压地层和建立地层压力评价模型。利用该方法对川东北地区碳酸盐岩地层压力进行了评价,并与实测值进行对比,证实该方法是可行的。

采油方式综合评价系统在塔北西达里亚油田的应用

采油方式综合评价系统综合考虑了油田的油藏特征、流体性质、生产动态、地面环境、工艺水平、设备性能、经济效益等多方面因素 ,可以优选出适合油田不同开采阶段的最佳采油方式。该系统对塔北西达里亚油田不同开采阶段采油方式的确定起到了指导作用。

奥陶系地层压力剖面预测新方法研究

利用欠平衡钻井能及时发现并保护油气藏,其关键是要准确预测地层压力剖面。根据井壁失稳力学机理,分析地应力、地层孔隙压力、拖拽力和温度对井壁应力分布影响,建立欠平衡钻井的井壁力学模型;利用Boit理论及室内实验,建立奥陶系地层孔隙压力模型。研究结果表明:有效应力与体积弹性模量呈指数关系;拖拽力和温度对井壁应力分布的影响不可忽略。对奥陶系地层进行压力预测,经现场验证,该预测结果对现场施工具有很好的指导意义。

利用PIV技术观测射流元件内部流场

射流元件作为液动射流式冲击器的核心部件对冲击器的性能起着决定性作用,由于其内部流道结构复杂,压力和速度波动非常大,流动状态及其复杂,一直是冲击器研究的难点,近年来随着计算流体动力学(CFD)技术的发展,已有学者利用CFD技术对射流元件内部流场的压力、速度进行模拟分析,但如何对射流元件内部流场进行测量,如何对CFD结果进行验证一直未能有效解决。文章首次加工了透光的射流元件,并将射流元件至于冲击器本体以外,利用粒子图象测速(PIV)技术完成了对射流元件内部流场的观测,将实验结果和CFD模拟计算结果进行了对比分析,误差在10%以内,充分证明PIV实验结果和CFD计算的可靠性,为射流元件内部流场的测量提供了一种新方法。

差分曲线法在示功图诊断中的应用

介绍了差分曲线的画法 ,常见示功图的差分曲线图以及差分曲线的的计算机处理方法 ,该方法不需要对示功图进行预处理 ,具有识别故障类型较多、符合率高、模型简单的特点 ,但不能对泵设备状态进行定量评价。

基于集成迁移学习的机械钻速预测

在钻井过程中,钻速是指机械钻头破岩加深钻口的速度,是反映钻井效率的一个重要指标.近年来机器学习方法被应用于机械钻速预测,然而实践中发现这些方法应用于新油田时,预测精度显著下降,主要原因是新油田可供学习训练的数据通常很少甚至完全缺失.因此提升针对新油田的机械钻速预测性能是一个有待解决的问题.针对该问题,本文提出了一种基于迁移学习的跨油田机械钻速预测方法,构建了一种带物理约束的集成迁移回归模型预测新油田的机械钻速.在真实钻井数据集上的实验表明,本文提出的机械钻速预测方法是有效的,预测精度也显著优于目前主流的同类方法.

液动射流式冲击器的研究现状与发展方向

冲击器作为旋冲钻井工艺技术实施的核心部件,其性能直接关系到旋冲钻井的效果。介绍了液动射流式冲击器的结构、原理和优点,并对冲击器的计算机仿真技术、结构优化及加工现状、性能测试现状进行了评价分析,指出液动射流式冲击器今后将朝着长寿命、大冲击功以及系列化、集成化方向发展。通过对冲击器的持续研究和改进,旋冲钻井工艺技术必将广泛应用于石油钻井行业。

新疆塔河重质原油及其乳状液不同温度和压力下的粘度

自行设计并制造了高温高压落球法液体粘度测定仪,简介了主要构件,用乙二醇、丙二醇、丙三醇等校准,粘度测定值的相对误差小于1%。在温度分别为40℃、50℃、60℃、70℃、80℃,流体静压力分别为0.1、1、5、10、15、20MPa,含水率分别为0%、10%、20%、30%、50%、70%、90%的条件下,测定了新疆塔河油田高粘重质原油(含蜡4.14%,密度0.9586g/cm3)及其水乳状液的粘度,共计得到了210个粘度数据并列表给出。粘度随温度升高而降低,符合一段规律。在每一含水率和温度下,粘度随流体静压力升高而增大,增幅随温度升高而减小。在每一流体静压力下,粘度～含水率曲线通过峰值,峰值位于含水率20%处,峰高随温度升高而减小,含水率超过20%后原油乳状液由油包水型转变为水包油型。给出了4组粘度～温度和粘度～含水率曲线作为示例。典型粘度数据:781.4mPa·s(含水0%,50℃,0.1MPa);1406mPa·s(含水0%,50℃,20MPa);431.5mPa·s(含水30%,50℃,0.1MPa)。图5表1参2。

塔河油田超深井稠油采油工艺评价与优选

塔河油田属超深井稠油油藏,对目前采用的电热吊杆自喷采油工艺、掺稀降粘自喷采油工艺、有杆抽稠泵采油工艺、螺杆泵采油工艺、电动潜油泵采油工艺做了详细评价分析,指出了各种采油工艺技术的优势和不足,提出以自喷为主导、以有杆抽稠泵和电动潜油泵为接替的主导采油工艺体系。

塔河油田超深井稠油采油工艺评价与优选

塔河油田属超深井稠油油藏,原油粘度高、凝固点高、比重大,导致开采比较困难,对目前采用的电热吊杆自喷采油工艺、掺稀降粘自喷采油工艺、有杆抽稠泵采油工艺、螺杆泵采油工艺、电动潜油泵采油工艺做了详细评价分析,指出了各种采油工艺技术的优势和不足,提出以自喷为主导、以有杆抽稠泵和电动潜油泵为接替的主导采油工艺体系。

锥形PDC齿钻头的研制及室内试验评价

为了提高研磨性硬地层的破岩效率,设计了2种锥顶尺寸分别是5.5和3.0 mm的新型锥形PDC齿。这种锥形PDC齿采用"犁削"破岩方式,比常规PDC复合片"切削"破岩方式更具攻击性。为了验证这种锥形PDC齿破岩效率,采用锥形PDC齿和PDC复合片制造了3种类型、5种型号直径为100 mm的试验钻头,在室内完成了花岗岩和硬砂岩2种岩样在5种钻压(10、15、20、25和30 k N)、2种转速(49和101 r/min)情况下的破岩试验。试验结果表明,采用锥形PDC齿和常规PDC复合片的混合型钻头具有良好的破岩性能,该钻头同时具有牙轮钻头和PDC钻头的优点,更满足研磨性硬地层的破岩需求。这种锥形PDC齿钻头为深部硬地层破岩提供了新方法,具有良好的应用前景。