国内外智能完井技术适应性分析及设计实例

智能完井技术是一种先进的油藏生产管理技术,能有效提高采收率、降低井下作业成本,但是该技术在国内还处于研究起步阶段,文章从国外的调研到设计模拟分析和经济评价分析,进行了探索性研究,利用哈里伯顿公司Netool完井设计软件进行生产模拟计算,配置了智能完井工具,提出了智能完井管柱下入程序,并进行成本估算与分析,提出了智能完井应用建议。围绕这些关键技术进行研究,尽快形成适应于我国的智能完井工艺技术,对我国发展智能完井具有一定借鉴意义。

碳酸盐岩纵波速度响应特征试验研究

碳酸盐岩地层压力预测是国内外研究难点,主要原因是纵波速度响应特征不明确,传统的地层压力预测模型不能用。为了解决这个技术难题,通过设计室内试验对碳酸盐岩纵波速度响应特征进行了研究,分析得到了影响纵波速度变化的主要因素,即碳酸盐岩骨架速度取决于岩石骨架特征,决定了纵波速度的变化趋势;纵波速度的小幅变化是由孔隙压力引起的。验证了碳酸盐岩地层异常高压的地球物理和孔隙弹性响应特征理论,从室内试验角度对基于孔隙弹性力学理论建立的波速方程的准确性进行了验证,并为建立碳酸盐岩地层孔隙压力预测模型提供了理论依据。

锥形PDC齿破岩机理仿真研究

锥形PDC齿作为一种新型破岩方式,其相关理论在国内研究还处于起步阶段。采用Drucker-Prager准则,以等效塑性应变作为破坏准则,建立了基于ABAQUS的锥形PDC齿切削岩石有限元分析模型。通过数值仿真、理论分析阐述了锥形PDC齿切向上以剪切破坏为主、侧向方向以挤压拉伸断裂破坏为主的破岩机理,以及"相邻"效应,并且数值仿真分析了切削深度、切削角度对锥形PDC齿破岩效率的影响规律,优选出最优切削角度20°。研究结果对锥形PDC齿为基础的新型PDC钻头的设计提供了依据。

复杂地层防塌钻井液体系优化研究

Y区块储层复杂地层岩性为砂岩、碳酸盐岩及基底裂缝花岗岩-变质岩,通过统计分析,上述岩性段井径扩大率均达35%以上,根据复杂地层岩石矿物组份、微观结构、理化特性、地层压力和钻井液应用及现场施工工艺等综合因素分析,优选了抑制剂,并添加了成膜剂等封堵材料,形成了优化后的防塌钻井液体系。室内抑制性能评价表明,优化后的防塌钻井液体系比现场用的钻井液具有更强的防塌抑制性能,膨胀率降低了2.3%,回收率提高了10%~30%,根据岩心水化规律和失稳井段相关地质参数,绘出了现用钻井液和优化钻井液作用下的井壁坍塌周期图版,并对坍塌周期进行了预测,坍塌周期延长了7 d,为解决Y区块井壁稳定难题提供了有力保障。

加蓬G4-188区块钻井液技术难点与对策

加蓬G4-188区块存在表层严重漏失引起基础沉降、UPC井段缩径严重阻卡、LPC和ANG井段垮塌掉块扩径、地层承压能力分布不均引起的井漏等钻井液技术难点。为此,提出不同开次采用不同钻井液体系及不同工程技术措施的技术对策:一开采用加入随钻堵漏材料的高黏高切钻井液;二开采用强包被抑制性钻井液;三开采用抑制防塌钻井液;钻进坍塌掉块缩径井段采取防阻卡和防扩径技术措施;钻至预计漏层前采取防漏技术措施;钻进高压地层时采取控制流变性和膨润土含量的技术措施。这些技术措施在SAWZ-5井、SAWZ-6(2)井和SAWZ-7井的现场施工中取得了良好的应用效果。

锥形PDC齿犁切破岩受力试验研究

鉴于锥形PDC齿的相关理论与技术研究尚处于起步阶段,国内还未见相关研究报道的现状,设计了锥形PDC齿,通过单齿破岩试验分析了锥顶直径、切削角、吃入深度和岩石硬度等主要参数对锥形PDC齿受力的影响,同时将锥形PDC齿受力与常规PDC齿进行了对比。分析结果表明,在相同的吃入深度下,锥形PDC齿所受的轴向力和切向力均随锥顶直径的增大而增大,说明锥形齿越尖锐,吃入岩石的能力越强;在钻进花岗岩、大理岩和石灰岩时,切削角为15°时的轴向力最小,吃入岩石能力最强;在吃入深度相同的情况下,锥形PDC齿所受轴向力和切向力都小于常规PDC齿,锥形PDC齿的破岩方式为犁切破岩。研究成果对研制高效破碎硬地层的新型PDC钻头具有一定的指导意义。

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。

纳米技术在石油工程中的应用前景

结合油气勘探开发对石油工程技术的需求,阐述了纳米技术及其在石油工程中应用的优势,分析了纳米技术在钻完井、储层描述与改造、提高采收率3个方面的研究进展和应用情况,探讨了未来纳米技术的应用关键和应用前景。纳米技术在钻完井流体中应用已经在现场发挥了重要作用,在储层描述与改造和提高采收率等应用还处于研发阶段;在油田大剂量应用需要解决成本、稳定性、岩石中的运移性、制备或修饰工艺等关键问题;纳米技术未来在石油工程中的应用主要有提高钻完井流体性能技术、提高井下工具和材料性能技术、提高储层描述精度技术和提高油气产量工程技术4个方向。

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。

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。

活跃沥青层控压钻井技术研究与应用

伊朗Y油田K地层属于高温高压含硫化氢活跃沥青层,由于沥青分布与侵入规律不明、流体特征差异和地层压力差异较大,其中A井、B井、C井因沥青侵入被迫提前完井,未能实现设计钻探目的。由于国内外没有成功的经验可以借鉴,沥青侵入处理过程中尝试了常规的惰性材料堵漏技术、注水泥堵漏技术、水玻璃堵漏技术、化学固结堵漏技术、沥青固化技术,均未能有效解决沥青侵入问题。由于控制压力钻井技术可以精确地控制环空压力,当井口存在套压时,可以实现井口带压强钻。文章对活跃沥青层控压钻井技术进行了适应性评价,优选了控压方式、控压设备与参数,同时优化了相应的配套技术,如专打专封井身结构、欠饱和盐水泥浆、简化钻具组合等。控压钻井配套技术在D井成功钻穿沥青层,共计用时25 d,进尺371.5 m,实现了控压钻进、接立柱、起下钻、控压堵漏、下套管、注水泥等工艺,完善扩展了控压钻井使用范围,同时为沥青层安全钻进找到了一种有效的应对措施。

沙特B区块固井水泥浆提前稠化规律探讨

水泥浆提前稠化是沙特B区块固井施工中遇到的突出难题,在前期已钻的7口井固井作业中,水泥浆提前稠化7次,并造成严重固井事故多次。为了避免以后再发生由于水泥浆提前稠化造成的固井事故,在根据现场典型水泥浆提前稠化案例的分析、结合水泥浆硬化机理确定影响水泥浆稠化时间因素的基础上,通过室内试验分析了运输环节、混水时间、混浆方式、井内残留物对水泥浆稠化时间的影响规律。试验与分析结果表明,井内残留物和混浆方式是造成水泥浆提前稠化的重要因素,并据此提出了控制水泥浆提前稠化的方案和技术措施。

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。

哈萨克K油田油井堵塞物分析及解堵技术研究

K油田井下油管、套管出现了较为严重的作业后堵塞问题,严重影响了油井正常生产。针对这一问题,鉴定了堵塞物类型并研制了一种螯合型高效解堵剂。首先,对K油田的储层特征进行了全面的分析,了解其潜在的油井堵塞可能,得出结垢和CO2腐蚀剥落铁锈的可能堵塞原因。然后,根据XRF和XRD等大型仪器分析结果,确定了堵塞物的主体为氧化铁并含有少量石盐。最后,通过多种酸液体系的溶解实验,进一步确认了堵塞物类型,并优选出螯合剂与氢氟酸组合的解堵液配方体系和与之适应的缓蚀剂体系,同时使用现场井筒堵塞物样品对其进行了溶解验证实验。结果表明,该螯合型解堵液体系能够耐受120℃的高温,对油套管的N80钢片无溶蚀作用,而2h内对堵塞物锈块样品有着高达82%的溶蚀率,达到既能保护油套管而又能溶蚀堵塞物的目的,显示出良好的解堵效率。该解堵液体系,加入KMS-Z缓蚀剂后,腐蚀速率大幅降低,低至8.91g/(m^2×h),可超过行业一级标准。与之相比,土酸体系虽然具有良好的溶解能力,但腐蚀速率始终无法得到有效控制,这可能与铁锈溶解后三价铁的高氧化性有关。

基于液膜临界速度的井筒积液预测新方法

现阶段用于预测气井积液问题的模型大多针对垂直井筒从Turner所建立的液滴受力模型上发展而来,认为井底积液是由井筒中液滴下落造成的,对井筒倾斜角和液膜逆流的影响没有深入探讨。本文对Unified多相流动模型进行编程,运用多相流动模型对垂直井筒、倾角75°井筒和60°井筒分别进行了数值模拟,分别从井筒内流动压降和液膜速度对井底积液进行判定。研究结果表明,液膜逆流是造成井底积液的重要因素之一,得出了液膜的临界速度为-0.3 m/s,当液膜速度低于该临界速度时井底发生积液。通过对比流动压降预测方法的预测结果,液膜逆流法的预测结果平均误差为11.56%,最大误差仅为19%,而最小压降法预测的平均误差则在38%左右,得出液膜速度可以更加准确的预测井底积液问题。本文研究结果可为深水气井积液预测提供新思路。

油套管泄漏地面检测技术研究现状及进展

国内外普遍采取测井方式进行井下油套管泄漏检测,但是,测井作业具有操作过程复杂、安全风险高、作业时间长及经济成本高等缺点,而油套管泄漏的地面检测技术可以有效克服上述痛点,具有较强的研究价值。为此,本文对国内外油套管泄漏的地面检测技术进行广泛的调研,分析对比了不同检测技术的原理和特点,为下一步的深入研究提供参考。

川渝地区龙马溪组页岩储层水化特征评价方法

为有效评价页岩地层水化特征变化规律,引入了新评价方法,并对川渝地区龙马溪组页岩的储层水化特征进行了评价。分析了川渝地区龙马溪组页岩的岩石组构和理化特征,证明滚动回收、线性膨胀等常规试验方法不能有效评价不同钻井液条件下龙马溪组页岩的井眼稳定性能;分别介绍了基于岩石强度刻划技术的页岩力学性能评价方法、基于CT层析成像技术的裂缝扩展评价方法和基于压力穿透技术的微裂缝封堵评价方法,并用取自川渝地区龙马溪组的页岩岩心进行了评价试验。试验发现,岩石连续刻划技术可定量评价页岩微观组构对水化后页岩强度的影响程度,CT层析成像技术可用于直观描述水化后页岩内部微观结构的变化,压力穿透试验可有效评价压力在页岩中的穿透效应,并可指导页岩封堵材料粒径的选择。研究表明,上述3种方法可有效评价川渝地区龙马溪组页岩水化后性能的变化,可作为该地层井眼稳定性评价的常用方法。

负温早强水泥浆体系的室内实验

负温环境下常规固井水泥浆液相水分会分凝结冰,水化反应减缓甚至完全不进行,导致固井工作难以开展。针对该问题,通过对负温下水泥浆水化性能优化、凝结时间调节、流变性能评价、抗压强度测试等实验研究,确定了以质量分数20%的防冻促凝剂SCLC-1溶液为配浆溶液,改性高铝水泥为基础水硬性材料,醇氨类促凝剂TEL加量0.5%,凝结时间调节剂SCEG加量1%~3%的冻土区负温水泥浆体系。实验结果表明:该体系具有优良的负温固化性能,在-18℃条件下0.5~3 h内固化,24 h抗压强度达3.5~9 MPa,流变性能良好,可有效解决负温条件下常规水泥浆不固化无强度难题,满足冻土区固井施工要求。

用于评价地层的新型成像系统

美国SWSI公司研发了一种新型地层图像系统OPTV。该系统应用光学成像原理在充满空气的井眼内获取高分辨率彩色地层图像，来展现极高分辨率的岩石结构和岩石节理裂隙，特别适合用来评价页岩气藏。OPTV可以用在3813m长的标准多芯电缆装置上，通过牵引将OPTV送到水平井井底。应用该系统时井眼内不需要充满钻井液或完井液，不但可以节约费用，还可避免钻井液或完井液对地层的伤害。由于应用该系统时井眼内不需要充满液体介质，因此该系统可以用于气体钻井。

定向井井壁稳定性随钻预测

随着勘探开发地质环境日益复杂,特殊工艺井数量直线上升,随之而来的井壁稳定性问题引起了广泛关注。本文基于地质统计分析基础,提出了随钻预测定向井井壁稳定性分析方法。通过分析已钻井的地震、测井资料,采用地质统计中配置协同克里金以及序贯高斯模拟相结合的方法,预测出整个区块的三维岩石力学参数数据体,根据待钻井的轨迹,提取井眼轨迹处的岩石力学参数值,通过定向井坍塌、破裂和孔隙压力模型,建立相应的分层岩石力学预测模型,减少发生井壁失稳的可能性,同时可以和随钻测井资料对比预测结果的准确性,提高预测精度。