低渗透油藏改造技术的研究及发展

鉴于目前低渗透油气田已经成为我国石油工业稳定发展的重要资源,加快低渗透油气田的开发势在必行,低渗透油田最基本的特点就是流体渗透能力差、产能低,需要进行改造才能维持正常生产.目前已发展的改造低渗透油田技术很多,如井内爆炸技术、核爆炸技术、高能气体压裂、根据岩石的压涨现象提出的爆炸松动技术、水力压裂和酸化技术等.常用的是水力压裂、高能气体压裂和酸化等.认为目前油藏改造的最优方法是将射孔、高能气体压裂、'层内'爆炸技术联合作业,首先进行高能气体压裂与复合孔的复合射孔的复合作业,产生不受地应力的多条径向裂缝,裂缝的长度能达到8～10 m,然后进行大规模的水力压裂,之后进行'层内'爆炸作业,在水力裂缝周围产生多条不受地应力控制的多条小裂纹.最后,借鉴疏松砂岩端部脱砂压裂技术的经验,注入支撑剂,形成长期的油气流通道.

减速涡轮深部防斜打快技术

超深小井眼机械钻速低和井斜控制难度大等问题制约了西部地区深层油气藏的开发。在分析国内外防斜打快技术的研究及应用现状基础上,提出减速涡轮防斜打快技术,并研制小尺寸减速涡轮钻具。现场试验表明:减速涡轮复合钻井技术提速效果明显,与试验井TH12509上下邻井段转盘钻井相比,机械钻速提高90%～150%;与邻井同井段转盘钻井相比,机械钻速提高1.2～1.7倍,井斜角从入井时的2.66°(5.89 km)降至0.33°(6.225 km),为西部超深小井眼防斜打快提供了一种新的技术途径。

激波作用下岩石损伤试验及评价方法

通过水中爆炸激波对试样的损伤试验来模拟激波对地层岩石的破坏作用。试验中观测了爆炸后试样内部裂纹形貌的分布,利用自制传感器测到了试样内部的激波压力,优化筛选出了损伤度模型。通过对试样弹性波速进行处理和分析,给出了试样的动态损伤阈值求解方法。结果表明,激波在试样中的传播符合指数衰减规律,相对损伤度、无量纲波速的平方、无量纲拉应力它们两两之间呈线性关系。

爆炸波对水泥试样损伤破坏的实验研究

通过水中爆炸波对水泥试样的损伤破坏实验来模拟水力裂缝层内爆炸采油中激波使岩石损伤开裂的现象。结果表明,试样预制剖面上的裂纹分布可以近似代表其内部的裂纹分布规律。观察到了四个破坏区域:压实破坏区、压实损伤区、拉伸损伤区和拉伸破坏区,并对这些区域特征做了详细描述;利用冲击波的相关理论,对水泥试样损伤开裂的机理做了初步分析。研究发现,裂纹的起裂扩展与水泥试样的初始损伤有密切关系;并且裂纹的形状受炸药与水泥试样尺度比值以及炸药的安放位置等条件控制。最后通过对压实破坏区渗透率实验,发现压实破坏区也有较好的渗透性,这对层内爆炸采油技术的深入研究具有重要意义。

UPC-VDS垂直钻井系统在顺南地区的应用

顺南地区是中国石化塔里木盆地增储上产的主要区块,钻井地质环境复杂,其中桑塔木组埋藏深、厚度大,且井斜控制困难。在充分调研国内外井斜精细控制技术的基础上,优选UPC-VDS自动垂直钻井系统,在顺南3井和顺南2井开展了探索试验。结果表明,该系统能将井斜角控制在3.0°以内,但井斜控制能力对钻头压降的依赖程度较高。为此对系统结构进行了改进,大幅度降低推靠力对钻头压降的依赖程度,并在顺南4井和顺南5井进行了试验。结果表明,该系统能将井斜角控制在1.0°以内,且使用寿命长(纯钻时间高于213 h)、性能稳定,为中国石化在西北地区的提速提效提供了技术支撑。

激波掠过后岩石相对损伤度与裂缝渗透率关系模拟实验研究

为了将岩石动载损伤的研究成果应用于爆炸增产技术优化设计和施工中,开展了激波作用下岩石相对损伤度与裂缝渗透率的定量关系研究。依据激波作用后试样的损伤实验结果,建立了激波掠过后试样的相对损伤度模型,并定义了无量纲弹性波速。依据无量纲弹性波速,求得了相对损伤度与裂缝孔隙度的定量关系。利用实验数据和理论模型,得到了裂缝孔隙度随裂缝渗透率的变化规律,并求得了裂缝的平均宽度。依据裂缝孔隙度,求得了相对损伤度与裂缝渗透率的定量关系。定性地对地层条件与实验条件下的渗流强化结果进行了对比,并预测了爆炸压裂技术在低渗透油藏的增产效果。

利用爆炸技术改善低渗透储层的实验研究

为了更好地开发低渗透油气藏,首先介绍"层内爆炸"增产技术的基本思路,然后用水中炸药界面爆炸对水泥试样损伤破坏的实验来模拟水力裂缝"层内爆炸"增产中激波使岩石损伤开裂的现象。通过实验观察到3个损伤区域:压剪损伤区,拉伸损伤区和边界损伤区,并且微裂纹的启裂扩展与水泥试样的初始损伤有关。分析发现:压剪损伤区和拉伸损伤区内裂纹的密度与装药量相关;压剪损伤区和拉伸损伤区半径分别为装药当量半径的2～5和20～30倍;量纲分析表明,损伤区半径与装药当量半径成线性关系。通过简易渗透率实验,发现压实区有一定的渗透率,这对"层内爆炸"采油技术的研究具有重要意义。最后,定性分析激波在试样中的传播过程以及试样微裂纹的启裂扩展机制。

BZ25-1油田井壁稳定性分析

介绍了BZ25-1油田井壁失稳的现状。综合利用测井资料、井史和理论分析,采用"关键层位"法确定明化镇组和馆陶组为井壁失稳的关键层位;利用等效深度法计算了孔隙压力,与实测孔隙压力吻合较好;利用密度测井资料计算了垂向地应力;利用改进的黄氏模型计算了水平地应力。利用上述计算的结果和岩石强度参数,计算了坍塌压力和破裂压力剖面。结合井眼波动压力分析结果,给出了钻井液的安全密度窗口。现场应用表明,推荐的钻井液密度应用较好,且低于设计密度。

大排量超高压喷射钻井技术

为了进一步提高塔河油田中上部地层的机械钻速．依据其钻井地质特点，文中开展了大排量超高压喷射钻井技术研究。依据塔河油田钻井地质环境，制定了大排量、适当钻头压降的超高压喷射钻井技术方案，并据此优化升级钻井装备，以满足大排量超高压喷射钻井技术的需求。依据试验方案．对排量和钻头压降2个核心参数进行了优化设计，并开发了水力学计算软件，在此基础上优化了钻进参数和钻井液性能参数。现场应用5口井，与常规钻井技术相比，35MPa高压喷射钻井的机械钻速可提高50％～260％，钻井周期可缩短38％～58％，同时该技术还具有明显的防阻卡效果，井身质量较好，提速提效显著。

爆炸载荷对水泥试样损伤破坏规律研究

从实验和数值模拟两方面对爆炸载荷对水泥试样的损伤破坏进行了研究。首先,在水中利用爆炸产生的爆炸冲击波对水泥试样进行损伤破坏,模拟“层内爆炸”采油技术中激波使岩石损伤开裂的现象;然后,利用波动力学理论,对激波在实验条件下对水泥试样的损伤破坏进行了数值模拟。结果表明,在冲击载荷作用下,水泥试样的损伤破坏可分为压实破坏、压实损伤、拉伸损伤、拉伸破坏4个区域,在压实损伤区水泥试样也具有较好的渗透性。数值模拟可以用来确定各种裂纹形成的应力条件,并可通过预制剖面上的裂纹分布来预测水泥试样内部裂纹分布的基本规律。

井漏处理技术的研究及发展

在分析各种类型井漏的漏失特征、漏失层地质特征、井漏发生的条件等基本特征的基础上,总结了各种类型井漏的常规处理技术,介绍了最近几年出现的新的堵漏理论、堵漏材料、堵漏仪器等,并就井漏处理技术的发展方向做了分析预测。

塔河油田12区超深井快速钻井技术

对塔河油田深井钻井中存在的中上部起下钻严重阻卡,三叠系、二叠系和石炭系地层井壁稳定性差,及深部地层机械钻速低、易斜等技术难题进行了详细分析,并提出了相应的技术措施,例如应用中上部防阻卡技术,螺杆复合钻井技术,井壁稳定技术和深部防斜打快技术等。在塔河油田十余口超深井的现场应用表明,该技术措施有效解决了中上部严重阻卡的问题,钻井提速效果显著,平均机械钻速提高了22.7%,钻井周期缩短了15.5%。

连续油管压裂新技术

主要介绍了最近几年出现的连续油管压裂新技术,首先介绍了准确定位压裂技术、多层同时压裂技术、漏掉产层压裂技术中使用的井下工具组合、现场操作方法以及现场应用效果等,然后对其经济性和存在的问题做了分析,最后对在国内开展连续油管压裂进行了可行性分析。

饱和水泥试样被爆炸激波损伤破碎的尺度研究

利用水中爆炸冲击波使水泥试样损伤破坏,模拟爆炸采油时激波使岩石损伤开裂的现象。实验获得了适合本实验条件的激波峰压衰减规律pm≈8.2[ W^1/3/R]^(1.46),得知压碎区尺度为集中装药特征尺度的2～5倍、拉伸损伤区尺度为集中装药特征尺度的20～30倍,激波使水泥试样破碎、拉裂的能量占总能量的2%～7%。

爆生气体作用下孔壁岩石开裂的机理及影响因素研究

开发低渗透油气田最有效的手段是改善低渗透储层物性,但目前常用的水力压裂、酸化和高能气体压裂等措施也各有其不足,因此对岩石具有应力波和爆生气体双重作用的"层内爆炸"方法应运而生。针对爆生气体作用下孔壁岩石的开裂问题,通过分析试验数据,建立了考虑试样惯性的力学模型,并从动力学角度对动态载荷作用下孔壁岩石产生多裂缝的机制做了数值模拟研究。试验及数值模拟结果表明,爆生气体动态载荷作用下孔壁岩石产生多裂缝的实质是试样对动态载荷的结构响应,孔壁岩石能否产生多裂缝主要取决于载荷、约束、结构和材料属性等因素的影响。此外还得到了不同加载速率和初始损伤条件下孔壁岩石开裂的一般规律。

爆炸技术与低渗透油气藏增产

爆炸技术引入石油行业已有一百多年的历史,大规模的工业应用也有二三十年的历史,在低渗透油藏的增产方面,涉及到了射孔、高能气体压裂等多个领域。总结了井内爆炸技术、核爆炸技术、高能气体压裂、爆炸松动、复合射孔、复合压裂以及水力裂缝"层内爆炸"采油技术对低渗透油藏进行改造的研究进展,同时对利用爆炸技术,尤其是水力裂缝层内爆炸采油技术对低渗透油藏进行改造的研究做了展望,并提出了利用射孔、高能气体压裂、"层内"爆炸技术的联合作业是低渗透油藏改造技术的最优方案之一。

巴麦地区钻井难点分析与提速关键技术

巴麦地区是中国石化在西北地区的勘探开发新区,钻井过程中存在中上部地层阻卡严重,二叠系、石炭系井壁稳定性差,深部地层可钻性差、机械钻速低等技术难点。针对这些技术难点,进行了高压喷射钻井技术和优化水力参数的研究与现场试验,优选了钻头和螺杆类型,进行了涡轮复合钻井技术研究与现场试验,提出了微裂缝地层井壁稳定技术。结果表明:高压喷射钻井技术与常规钻井相比,平均机械钻速提高26.0%～29.3%;311.1和215.9mm井眼段采用优选的钻头,机械钻速分别提高29.0%和43.0%;二开和四开井段采用优选的螺杆,机械钻速提高27.0%～100.0%;高速涡轮复合钻井与常规钻井相比,机械钻速提高146.0%,与螺杆复合钻井相比机械钻速提高20.0%;中速涡轮复合钻井与螺杆复合钻井相比,机械钻速提高23.0%;应用微裂缝地层井壁稳定技术后未出现井壁失稳问题,实现了微裂缝地层安全钻井。

损伤对爆生气体作用下孔壁岩石开裂规律的影响

在准静态假设条件下,应用有限元计算软件ANSYS9.0对爆生气体作用于水泥试样中心孔的冲击开裂现象进行了数值模拟研究。根据数值模拟计算结果,分析了初始损伤(宏观微裂纹)的存在对爆生气体作用下孔壁岩石开裂规律的影响,总结出了在爆生气体作用下柱孔孔壁上周向应力分布及裂纹生成扩展的基本规律。在简化模型基础上进行的计算,可以解释柱孔开裂实验中不可能出现一条裂纹的现象。计算结果与实验结果对比分析说明,所建立的计算模型是合理的,基于断裂理论的裂纹面附加拉应力的假设能够反映实际现象。

托甫台地区超深井优快钻井技术研究与应用

在分析托甫台地区钻井现状与技术难点基础上,研究了大排量35 MPa高压喷射优快钻井技术,优化了水力参数和钻进参数,并在3口井的一开和二开井段进行试验。与常规技术相比,钻速可提高50%～260%,钻井周期可缩短38%～58%。在深部地层推广应用了螺杆+PDC钻头复合钻井技术,试验了等壁厚螺杆复合钻井技术、扭力冲击器钻井技术,与邻井相比钻速可提高57%～81%。

新城金矿Ⅴ^#矿体-580m中段顶柱采矿方法研究

针对新城金矿Ⅴ#矿体-580 m中段顶柱回采存在安全隐患的问题,提出垂直于矿体走向布置采场的上向进路充填采矿方案。介绍了开采方案的盘区及采场划分、采准工程布置、回采顺序、回采工艺和巷道掘进及顶板管理等。为了验证开采方案的正确性,运用振弦式锚杆测力计和钢尺收敛计对采场和巷道的稳定性进行了监测。结果表明所采用的采矿方法是合理的,为顶柱的回采提供了理论依据,具有重要的实践意义。