中国海油井控应急救援能力建设进展与展望

海洋井控应急救援能力建设是开发蓝色国土、保障能源安全的重要抓手,是中国建设现代化应急管理体系的重要组成部分。“十三五”至今,中国海油通过理论创新和科技攻关,完成了海洋井控应急救援能力建设的总体布局,并取得阶段性成果,具备了序列完善、功能完备的浅水井控应急救援能力和部分深水井控应急救援能力。文章针对目前国内外井控应急救援的技术现状,分析了中国海洋井控应急救援面临的问题与挑战,并详细介绍了中国海油井控应急救援技术的进展、海洋井控应急救援的关键装备及数字化井控系统,提出未来海洋井控应急救援“无人化、可视化、智能化”的发展方向,以期突破卡脖子关键核心技术,为保障国家能源安全、建设海洋强国做出更大贡献。

海上油田完井技术和理念

介绍了海上油田的优快完井工艺及其配套技术 ,重点从完井液、射孔、防砂方式、潜油电泵地面管理系统控制技术等方面阐述海上近年来在完井作业过程中应用的不同于陆上油田的完井系统技术。在介绍上述特殊工艺的基础上 ,提出了海上优快完井、适度防砂及健康、安全和环保 (HSE)等海洋石油新的完井理念。

中国近海浅水水下井口钻完井模式现状与展望

水下井口和采油树在中深水油气田开发中起着重要作用,随着中国近海油气增储上产压力加大,中国海油探索在浅水海域采用水下井口的开发模式,并加大了浅水水下井口和采油树系统的国产化进程。通过对浅水水下井口和采油树系统的现状进行分析,笔者从浅水水下装备和水下钻完井作业工艺出发,系统总结了浅水水下装备的最新研发成果,同时展望了水下开发模式配套的钻完井工艺以及浅水水下装备的发展前景,对于浅水油气田采用水下模式开发具有重要的指导意义。

中国海油非常规和海上低渗储层压裂技术现状与展望

压裂是非常规和海上低渗储层最重要的增产改造技术手段,也是中国海油实现“十四五”目标的重要途径。本文调研分析了中国海油煤层气压裂技术、致密气压裂技术和海上低渗储层压裂技术原理、工艺特点、应用效果、存在问题,并从煤层气适应性压裂增产技术、致密气降本增效压裂技术、地质工程一体化技术、压裂船装备等技术领域展望了中国海油压裂技术发展方向,以期对中国海油非常规和海上低渗储层开发技术的进一步发展和完善提供借鉴。

美国Eagle Ford页岩气开发对我国页岩气勘探开发的启示

据估计,我国的页岩气可采储量高达20万亿～36万亿m3,虽然我国页岩气储量评估处于初级阶段,但仍然可以肯定我国是页岩气资源丰富的国家之一,如果都能开发,按当前的天然气年产量计算,可以开发200多年。目前国内外多家企业聚焦中国,逐鹿页岩气,页岩气有望成为我国常规能源替代品,页岩气的勘探开发必将对我国乃至世界能源格局产生重大影响。但是由于页岩气储层致密,渗透率低至纳达西级,若不采取特殊的增产措施难以实现商业开发。美国是目前唯一实现页岩气商业开采的国家,技术和商业模式都相当成熟,中海石油斥资10多亿美元收购了美国页岩气主产区Eagle Ford 33.3%的股份,该地区页岩气地质储量高达6 000亿m3,开发前景广阔。为提升我国页岩气总体水平,笔者率领技术专家深入考察了美国Eagle Ford页岩气项目,增进了对水平钻井与分段压裂等关键技术的了解,同时分析了相应扶持政策,对中国页岩气的勘探开发具有重要的参考价值。

海上油气田低效井侧钻技术

考虑到渤海油田开发生产不断推进,低产、停产以及报废井越来越多,迫切需要通过钻调整井或治理低效井来挖潜老油田剩余油,提高油田采收率。分析渤海油田不同类型的剩余油分布,研究对应的侧钻方式,根据陆地油田老井侧钻技术调研情况,结合渤海油田自身特点,提出用修井机进行低效井侧钻中短半径井眼的技术思路,配套钻完井工程方案及作业成本初步估算,认为技术方案可行。

注采条件下加密调整井压力预测与调控技术研究及应用

受周边注采井的影响,加密调整井钻完井作业期间易发生漏失、溢流等复杂情况与事故。为了准确预测注采条件下加密调整井的地层压力,采用物理模拟实验与数值模拟相结合的方法,研究了地层压力的分布规律及主要影响因素,提出了估算加密调整井最大地层压力的预测方法,制定了加密调整井钻完井作业期间周边注水井关调制度。渤海绥中36-1油田4口加密调整井应用表明,本文所提出的注采条件下压力预测方法和加密调整井周边注水井关调制度可以有效保证钻完井作业安全和储层保护效果,具有较好的应用推广价值。

水下井口套管悬挂器的结构设计与强度分析

常规的芯轴式套管悬挂器与密封设计为一体,密封的更换与返修都比较困难。针对该难点,以API 17D和API 6X为主要设计依据,结合现场的实际工况,自主设计了一种适用于346 mm(1358″)高压井口和244 mm(958″)套管的套管悬挂器。该套管悬挂器与密封装置相互独立,提高了密封装置更换和返修的效率。根据载荷要求和渤海海域的实际工况,建立了套管悬挂器的力学模型,并对其进行了有限元分析。

随钻陀螺测量系统研发及应用

为了解决海上油田丛式井网磁干扰环境下的井眼轨迹随钻精确测量与防碰难题,成功研发了基于光纤陀螺的随钻陀螺测量系统。系统由地面部分和井下部分组成,井下部分安装在203.2 mm钻铤内,通过泥浆压力脉冲进行数据传输。对陀螺传感器进行小型化和提高抗振性的研究,使其满足了钻井环境的要求。在室内和试验井进行了系统的测量精度、抗振性、耐温性以及钻井环境适应性测试,各项性能都达到了研发指标。通过在渤海某油田的现场应用结果表明,随钻陀螺测量系统的测量精度达到轨迹控制要求,工具性能及结构强度满足钻井作业环境。该系统现场操作简单,对磁干扰环境下的井眼轨迹精确测量与控制具有重要作用。

大产液量水平气井不同气举方式气液两相流研究

连续气举是产水量大的水平气井重要排采措施,针对现场正举和反举的特点,为揭示气田开发过程中反举条件下油管和正举条件下油套环空内的气液两相流流动规律,分别用水和空气在套管内径为127.3 mm、油管外径为73 mm的油套环空和内径为60 mm的油管内进行了井筒气液两相管流模拟实验,对低压积液气井气举时井筒流动规律进行了研究分析,分析了井筒中气相和液相的体积流量、注气方式等因素对井筒压降和持液率的影响。结果表明:在相同气、液流量条件下,反举时的持液率比正举持液率小;不同气举方式下的井筒压降随注气量的增加呈不同的变化趋势,反举时的井筒压降比同工况下正举的压降大,对于产液量较大且有一定地层能量的气井,推荐采用反举方式进行气井排水采气。

渤中油田疏松砂岩注水扩容解堵机理研究

针对渤中油田疏松砂岩多孔介质力学的特性,提出注水扩容增加疏松砂岩孔隙度,提高渗透性,从而解堵近井地带提高生产率的增产思路。通过室内实验测量渤中油田扩容注水条件下的疏松砂岩扩容变形参数,结合CT岩心成像技术,对疏松砂岩扩容机理及变化规律进行研究。实验结果表明:疏松砂岩在低围压条件下具有较强的剪胀效应,剪胀扩容量随轴向形变的增加而增大;高排量下疏松砂岩形成单缝,慢排量下疏松砂岩形成多裂缝,有利于形成复杂张剪扩容区。在实验基础上,结合数值模拟理论,现场试验证明采用扩容解堵技术使地层产生高渗扩容带穿透污染区域,解堵后可以恢复较高的注水量。

射孔完井储层压降模型及规律研究

现有射孔完井的产能预测解析模型未考虑射孔参数与储层条件的适配性,且很少将数值模拟与射孔参数敏感性研究相结合,存在一定局限性。为此,采用ANSYS-Fluent对射孔完井近井地带多孔介质渗流-自由管流耦合压降模型进行求解。研究不同储层条件下,射孔参数、各向异性参数及裂缝参数对压力场/渗流场的影响规律。研究结果表明:当孔深增大时,井筒低压区增大,导致近井附近压降显著地降低,当相位角为0°、180°时,井筒附近压降最大,各向异性和裂缝开度增大,都会使井筒压降增大;针对裂缝性储层,建议使用高孔密(≥36孔/m)射孔参数完井;推荐射孔相位角为45°或135°。所得结论可为射孔完井中射孔参数的合理确定及优化提供理论参考。

疏松砂岩扩容力学性质研究

研究岩石扩容对注水井解除污染、恢复注入能力意义重大。通过循环加载测试了东营组砂岩的对数体积弹性模量,并测得其剪胀角,开展了疏松砂岩不同条件下扩容模拟实验。研究结果表明:渤海疏松砂岩对数体积弹性模量为0.0055,岩石黏聚力2.17 MPa,剪胀角58°,具备扩容变形的基础。通过改变地应力和水力注入条件,可以形成不同的岩石变形结果;在接近最小主应力的条件下,疏松砂岩地层可以形成高渗的扩容裂缝网,解除储层污染。

页岩气藏水平井井壁稳定性研究

页岩气藏开发采用的井型一般为水平井,在层理发育的页岩地层中钻井一般都存在严重的井壁失稳问题。为此,根据有效应力理论改进了层理地层水平地应力计算模型,并结合川南地区所取岩心进行室内强度实验,选取适当的破坏准则,对比2个地层水平地应力计算模型和水平井眼井周应力状态,得出了页岩气藏水平井坍塌压力随层理面产状的变化规律。研究结果发现:对于页岩地层而言,采用常规的均质地层水平地应力预测模型研究井壁稳定性,低估了水平井的地层坍塌压力;采用改进的水平地应力预测模型计算得出的坍塌压力与实际情况吻合较好;沿最小水平地应力方向钻进的水平井,地层坍塌压力在某一地层倾角处存在极大值,更高的倾角反而有利于井壁稳定。研究结论可以为页岩气井钻井设计提供参考。

海上无人简易平台双电潜泵完井技术

将原有双电潜泵系统的双Y接头管柱改为单Y接头管柱,并采用远距离变频控制技术,形成了海上无人简易平台双电潜泵完井技术。该项技术目前已在渤海多个边际油田或小油田的开发中成功应用,有效地控制了油田的开发费用,降低了海上油田开发的门槛。

疏松砂岩油藏压裂裂缝延伸规律数值模拟

压裂充填防砂可实现增产与防砂双重目的,是疏松砂岩油藏的一种重要完井方式。疏松砂岩具有高孔、高渗特点,且强度低、塑性强,裂缝起裂与延伸机理较为复杂。为研究疏松砂岩储层压裂裂缝延伸机理,揭示压裂工艺参数对裂缝形态的影响,建立了考虑储层岩石弹塑性变形、裂缝起裂与延伸、压裂液流动与滤失以及储层孔隙流体渗流复杂耦合作用的流固耦合有限元数值模型,针对渤海油田绥中36-1区块典型疏松砂岩储层,开展了压裂裂缝延伸规律数值模拟计算,并重点分析了压裂液效率、排量对于裂缝延伸规律的影响。结果表明:低效率压裂液在疏松砂岩中仅形成极短而窄的裂缝,裂缝两侧伴随着一定范围的剪胀高渗带,难以容纳支撑剂,无法实现充填防砂目的;高效率压裂液可在疏松砂岩中形成压裂充填防砂工艺所需的短宽裂缝,裂缝壁面两侧存在轻微压实现象,对渗透率的影响较小;提高压裂液排量,裂缝长度减小,裂缝宽度增加。研究结果可为疏松砂岩压裂充填设计提供一定理论参考。

地层塑性对水力压裂裂缝扩展影响的数值模拟

在具有塑性特征的地层中,岩石的塑性变形对水力压裂裂缝形态的影响显著,传统压裂模型大多未考虑塑性对裂缝起裂和延伸的影响。因此,考虑地层岩石弹塑性变形、黏性压裂液流动与裂缝扩展的非线性耦合,建立了弹塑性地层中压裂裂缝扩展的数值计算模型,对弹塑性地层中压裂裂缝扩展行为进行了数值模拟研究,探索塑性变形对裂缝扩展特性的影响。结果表明弹塑性地层裂缝扩展过程中裂缝尖端附近会产生显著的塑性变形,与仅考虑弹性的计算结果相比,压裂地层所需的裂缝扩展压力更高,且形成的裂缝相对更短、更宽。通过数值模拟计算,分析了地层岩石强度、压裂液黏度及注入速率对地层中压裂裂缝扩展的影响,表明地层强度对裂缝扩展行为影响显著,强度越低,塑性变形程度越大,裂缝扩展压力越高,同时裂缝长度越短,宽度越宽。压裂液黏度对裂缝扩展影响相对较小,而在总注入流量相同的情况下,压裂液注入速率对裂缝扩展的影响不明显。

硬脆性泥页岩渗流-应力耦合井壁坍塌压力计算方法

硬脆性泥页岩的井壁坍塌是制约我国油气资源战略向深部地层成功转移的重要技术瓶颈。建立了裂缝渗流-应力耦合作用下孔隙压力的计算模型,选用弱面破坏准则,综合考虑各向异性、裂缝产状、井眼轨迹、地应力、渗流应力的影响建立了硬脆性泥页岩井壁坍塌压力的计算方法,分析了裂缝渗流、井眼轨迹和裂缝产状对坍塌压力的影响规律。研究发现,钻井液沿裂缝渗流导致坍塌压力升高,渗流初期坍塌压力升高较快,随时间推移,升高量逐渐逐渐减小;在高倾角裂缝中沿裂缝倾向钻进水平井坍塌压力较低。改善钻井液的封堵性、流变性和润湿性,减缓钻井液沿裂缝面的渗流,避免在坍塌压力较高的区域钻井,是该类地层安全钻井的关键。

NB35-2油田应用膨胀坐挂定位分支井新技术实践

膨胀坐挂定位分支井技术是国家863“可控(闭环)三维轨迹钻井技术”研究课题分支井钻完井技术研究内容及关键技术。膨胀坐挂定位分支井技术具有以下特点:①采用膨胀管作为坐挂工具,操作简便;②可对老井套管起到保护作用,无需采用传统的卡瓦式坐挂工具;③膨胀管坐挂膨胀后留在井筒内的内径大,便于下入修井工具及井下作业。该项技术首次用于渤海NB35-2油田244.5mm套管井获得成功,为渤海复杂河流相沉积油藏后期调整积累了经验,对于有效降低我国海上油田开发成本具有重要意义。

渤海油田泥页岩地层坍塌失稳机理分析

渤海油田钻井中遇到大量由于井壁坍塌失稳造成的复杂问题,主要表现为起泥球、返出掉块、阻卡、憋压、井径扩大等,处理复杂情况影响钻井速度并增加钻井成本,因此有必要从岩石力学和钻井液化学角度进行研究,澄清井壁坍塌失稳机理。通过对渤海部分油田的钻井复杂特点、泥页岩黏土矿物含量和理化性能、井壁坍塌压力随时间的变化关系等进行分析,得出了泥页岩地层井壁坍塌的主导机理。在上部明化镇组,主要是蒙脱石含量较高的泥岩发生水化坍塌,在下部东营组至沙河街组,主要是裂缝发育的硬脆性泥页岩由于存在弱面及钻井液渗流发生坍塌掉块。针对不同地层的失稳机理,提出了相应的钻井技术对策。