超深特深油气井固井关键技术进展

深层超深层是油气增储上产重要接替领域,正向9000 m及以上特深层迈进。针对超深特深井上部大尺寸井眼固井面临的大尺寸套管安全下入及大排量施工等技术难题,下部深层井段固井面临的高温、高压、窄安全密度窗口、窄环空间隙等技术难题,经过持续技术攻关与实践,超深特深井固井技术取得显著进步,尤其在大尺寸大吨位套管安全下入技术、大排量固井施工技术、窄安全密度窗口精细控压固井工艺技术、抗高温固井水泥浆与前置液技术、高温高压固井配套工具、提高固井密封质量配套技术等方面均取得重要进展。该套固井技术在四川、塔里木、准噶尔、渤海湾、柴达木等盆地的超深、特深井固井中进行了应用,在亚洲最深直井PS6井、亚洲最深水平井GL3C井、国内首口“八开八完”HX1井、中国石油近年最高温度井JT1井等应用效果显著。随着油气勘探开发目标日趋复杂,超深特深井固井仍面临诸多新的挑战,需持续加强超深特深井固井基础理论、超高温固井关键材料及工作液体系、高温高压固井工具及配套固井工艺等研究,为超深特深层油气勘探开发提供更强有力的技术支撑。

水平井固井质量提升方法研究

针对水平井固井质量问题,对水平井固井技术进行了概述,并分析了水平井固井质量的影响因素,提出了水平井固井技术对策。结果表明,影响水平井固井质量的因素主要包括井眼和井身、套管下放过程、钻井岩屑床胶结质量、钻井液和前置液性能、水泥浆性能。针对影响因素,从井身和井眼的质量控制、套管串结构的改良、优化设计钻井液与前置液、合理设计水泥浆、提高固井的工艺和技术五个方面提出了相应的对策,为保障水平井固井作业的顺利开展奠定基础。

海上窄压力窗口控压固井浆柱结构设计方法

针对海上油气井窄压力窗口固井顶替效率低下的技术难题,通过轻钻井液的施加以优化浆柱结构以及施加环空回压的方法实现安全高效固井的目标。考虑停泵压胶塞环空回压值≯5 MPa、冲洗液环空紊流接触时间>10min以及注替结束井筒自压稳3个关键技术要求,合理优化固井浆柱结构,计算控压固井全过程井筒当量循环密度(ECD),使井筒ECD在安全密度窗口内,形成了海上窄压力窗口控压固井浆柱结构设计方法。以乐东10-1气田某高温高压井为例,优化设计了该井的浆柱结构,并模拟计算了控压固井全过程井筒ECD及紊流接触时间。结果表明:轻钻井液用量为14~50 m^(3)且密度在1.822~2.142 g/cm^(3)之间、冲洗液用量>13 m^(3)且密度在2.36~2.45 g/cm^(3)之间、水泥浆密度在2.4~2.51 g/cm^(3)之间,可实现冲洗液紊流接触时间>10 min且满足压稳不漏的固井要求。该设计方法可实现海上窄压力窗口井安全施工和提高固井顶替效率的要求。

纳米氧化铝改性地面井固井水泥水化机制研究

随着地面井固井技术发展加快,工程现场对于地面井固井水泥浆的早期流动性及凝结性能有了更高的要求。为了提高固井工程注水泥作业的顶替效率,改善固井工程现场作业应用情况,提出了纳米氧化铝颗粒改性固井水泥的方法,利用核磁共振技术对质量分数为0、0.05%、0.10%、0.15%及0.20%的纳米氧化铝改性水泥浆(水灰比为0.44)在不同水化龄期的水化反应变化特征进行了研究,探究了纳米氧化铝改性水泥的水相分布、物理结合水总信号量变化、峰形指数及迁移速率。结果表明:纳米氧化铝改性水泥浆在水化阶段的T2图谱会出现3个弛豫峰,分别对应絮凝结构填充水(0.1~10 ms)、毛细水(10 ms)、自由水(800~1000 ms);其物理结合水总信号随纳米氧化铝质量分数增加而逐步减少,其中质量分数为0.20%的纳米氧化铝改性水泥浆信号量减少速率最快;峰形指数呈现先上升后下降的趋势,当水化反应进行至600 min时,质量分数为0.20%的改性水泥浆变化速率最快,弛豫峰向短弛豫方向移动速率加快;结合迁移速率将纳米氧化铝改性固井水泥水化反应阶段划分,其水化机制分别作用在4个水化时期:①初始水化期(5~60 min),水化速率未发生明显改变;②加速水化期(60~600 min),纳米氧化铝使水泥浆中物理结合水转化为化学结合水所经历时间变短,水化进程加快,达到促进水泥水化的效果;③稳定水化期(600~1200 min),水泥体系趋于稳定;④延缓水化期(1200~1800 min),物理结合水转化为化学结合水速率变慢,水泥水化进程减慢。研究结论得到,纳米氧化铝改性水泥浆水化时期可以划分为4个阶段,分别起到物理填充、加速、稳定、延缓的作用。在加速期,纳米氧化铝促进水泥的早期流动,有利于水泥浆的泵送及流动,在延缓期,纳米氧化铝延缓水泥的进一步水化进程,利于发展早期强度。其中,质量分数为0.20%的纳米氧化铝改性水泥浆对于水泥水化进程影响最大,促进填充水向结合水的转化,在加速水化期间对于水泥浆水化反应加速程度最大,以此作为依据对现场固井水泥的制备及应用提供指导。

稠油多轮次注采固井水泥浆体系评价与优选

在稠油多轮次注采开发过程中,井筒水泥环需承受350℃高温及多轮次温度交变,需要水泥浆体系具有良好的耐高温和抗疲劳能力。开发了4种耐高温水泥浆体系,在350℃高温循环加热的条件下,对4种水泥浆体系进行10轮次的加热,分别测定其抗压强度和弹性模量,并取样进行X射线衍射分析、扫描电镜形貌分析、纳米CT扫描测试。评价了4种水泥浆体系的抗高温循环能力,探讨了其性能变化的机理。试验结果表明,复合加砂水泥和耐高温韧性水泥可满足稠油多轮次注采开发需求,硅酸盐水泥中添加细硅粉和弹塑剂可有效改善其抗高温能力和耐疲劳能力。

固井水泥浆用两性离子型聚羧酸分散剂的合成及性能评价

现有缩聚物类分散剂因技术和环保问题,其生产和使用受到限制。聚羧酸(PCE)高性能减水剂,绿色环保,分散性能优异,在混凝土工业中广泛使用,但常规PCE应用于固井水泥浆存在强缓凝问题。以甲基烯丙基聚乙二醇醚、丙烯酸和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为原料,分别合成了常规阴离子型聚羧酸(CPC)和两性离子型聚羧酸(DPC)分散剂,并对其结构进行了表征,同时研究了CPC和DPC对水泥浆流动度、流变性能、稠化时间和抗压强度的影响和作用机理。结果表明:CPC和DPC均有良好的分散性能,但在稠化时间和抗压强度性能上DPC远超CPC。CPC存在很强的缓凝作用,导致稠化时间大幅延长,水泥石早期强度下降。引入季铵阳离子合成的DPC,缓凝作用微弱,对稠化时间影响不大,有利于水泥石早期强度提高。

深井固井水泥浆凝固阶段的传压效率时变规律

随着油气井向深层超深层发展,地质条件愈加复杂,开采难度越来越大,尤其是高温高压、窄压力窗口地层是固井工程面临的突出难题。深层超深层压力敏感地层固井过程中,精确控制水泥浆柱压力是保障固井安全与水泥环层间封隔质量的关键。为探究凝固阶段水泥浆的失重规律和传压能力,建立了固井水泥浆静液柱压力评价装置和水泥浆传压效率评价方法,结合微量热仪和超声波静胶凝强度仪,测试了水泥浆水化过程不同厚度水泥浆的水化速率和静胶凝强度,最后分析了水泥浆失重和传压效率的时变规律。研究结果表明:①沉降稳定性良好的水泥浆体系,凝固阶段可根据其水化进程将失重分为水化诱导期的平稳阶段和水化加速期的快速降低阶段;②在水化诱导期内,悬浮分散结构的水泥浆静胶凝强度缓慢发展,其失重速率随厚度降低而加快,遵循胶凝悬挂理论,且该阶段液态水泥浆可高效、快速传递顶部压力,传压效率超过95%;③在水化加速期内,水泥浆变为凝胶网架结构,水化产物增强凝胶网架的强度及其与外界面胶结强度,转移固相重力和上部加压值至外界面,降低水泥浆静液柱压力和传压效率,最终使水泥浆丧失传压能力。结论认为,该规律认识可为压力敏感地层固井憋压候凝工艺的高效实施提供实验和理论支撑,为深层超深层油气的高效开发奠定坚实基础。

延长东部浅层煤层气水平井井下固井工具附件可靠性实验探索

延长气田东部区域煤层埋深浅、存在低压、易漏失层,该区域内的煤层气井在固井过程中易发生地层破裂、水泥浆漏失现象,井下固井工具附件可靠性直接影响固井质量。本文从固井技术难点分析出发,对于可靠性较高的弹簧球式浮箍浮鞋、固井碰压关井阀等设备完成仿真模拟分析及性能试验;研发的碰压关闭式浮箍,提高了工具可靠性。设计工具附件组成固井管串结构,现场应用2口水平井,结果表明优选的固井工具附件能够满足浅层大位移水平井固井施工的技术要求。

平湖油田高温大位移井尾管固井技术实践

平湖油气田已经进入开发阶段的中后期,深部高温高压及边际油气资源开发是后续能源交替的重要手段,进行深部地层大位移及水平井的开发是保产稳产的必由之路。前期平湖区块大位移井尾管固井因井漏试压不合格及高温高压井下尾管固井失败而造成了损失。为了确保井眼安全,降低作业成本,有必要对高温高压井及大位移井固井工艺进行优化研究,以满足后续能源开发、产量接替的要求。本文从PH-X高温大位移井固井难题入手,系统阐述区块内高温高压大位移水平井固井的难点及对策,旨在探寻一种满足平湖区块高温高压大位移井固井技术,同时也为同类型的大位移井固井提供借鉴与参考。

基于热点工程难题的创新性固井实验教学探索

针对传统实验教学在创新人才培养方面的不足,以固井实验教学为例,提出了创新性固井实验教学思路,设计了创新性固井实验内容,开展了创新性固井实验教学探索。基于固井方向的热点工程难题,提炼和筛选出水泥浆漏失实验、水泥环密封性实验和水泥石力学性能实验等创新性实验内容,采用调研分析-方案设计-方案探讨确定-方案实践-规律探索等层层推进的教学方法开展实验教学,激发了学生的兴趣,锻炼了学生的文献调研分析能力、方案设计能力、动手实践能力、创新能力和团队沟通合作能力,提高了学生的综合素质。创新性实验教学受到了学生的欢迎,取得了较好的教学效果。

浅谈固井水泥浆配方数据库的目的与意义

随着海油勘探开发工作量的不断攀升,油服固井作业量随之增加,固井化验室工作量相应迅猛增加。鉴于此现状,以前靠经验,看个人能力就会使化验室人员应接不暇,陷于疲惫状态。为了跟上现场作业步伐,改善现有状况,固井化验室建立了自己的数据库。一是按照水泥浆体系分门别类进行命名,二是在各水泥浆体系下面再细化命名方式,进而依据水泥浆配方关键影响因素确定固井水泥浆配方数据库的命名原则。水泥浆配方数据库的建立有利于后续作业配方的快速查找、翻阅以及设计,提高了化验室配方构建能力,有效指导了今后水泥浆配方的设计与施工。

固井工艺仿真实训系统构建与应用

为了培养理论联系实际的应用型人才,我校构建了室内固井工艺仿真实训平台。该系统集学生实训、教师教学和操作考核于一体。教学系统分为基础知识教学、固井设备操作讲解和固井工艺演示三部分。实训系统可以对在教学系统中演示讲解的5种固井方式的每一种固井工艺进行分工艺步骤的操作实训。考核系统进行实训结果记录和分项目考核、评判。固井工艺仿真实训系统满足了应用型本科教学需要,提高了学生实践能力和创新能力,有助于开展钻井教学改革,利于提高教师教学水平和创新能力。同时,该系统进行实现固井工艺仿真资源共享,开展石油高校及固井培训服务。

丁苯胶粉固井水泥浆的研究

本文对市售丁苯胶粉(SB)理化性能分析,并对其用于固井水泥浆进行探讨。红外光谱分析表明其是以高岭土为隔离剂的羧基丁苯胶粉,其水溶液粒度分布呈现纳米级颗粒并表明其具有良好可再分析特性;在水泥浆中单独使用丁苯胶粉存在破乳现象,若添加以十二烷基二甲胺羟丙基磺基甜菜碱LHSB与壬基酚聚醚TX-15组合物(质量比4∶1)为稳定剂时,可消除破乳现象,90℃和140℃稠化曲线均正常;水泥浆中引入丁苯胶粉,水泥浆略有增稠,失水和SPN值均变小,说明胶粉起到辅助降失水和提高水泥浆抗窜性能;胶粉影响水泥石24 h早期强度,但对于6 d后水泥石起到降模量和增加泊松比的作用,水泥石弹韧性得到了改善。

基于CNN-SVM和集成学习的固井质量评价方法

为解决固井质量评价问题,提出一种基于CNN-SVM和集成学习的固井质量评价方法.首先,针对DenseNet模型采取缩减网络层数、增加多尺度卷积层、嵌入卷积注意力模块等改进措施,以提高模型的训练速度和评价准确率;其次,利用InceptionV1模块和扩张卷积构建一个模型复杂度相对较小且评价准确率相对较高的Inception-DCNN模型;再次,优选3个经典的卷积神经网络模型(ResNet50,MobileNetV3-Small, GhostNet),利用卷积神经网络强大的特征提取能力及支持向量机的结构风险最小化能力,将上述模型分别与支持向量机组合成新的CNN-SVM模型,以提升模型的泛化能力;最后,采用Bagging方式将5个新的CNN-SVM模型集成为一个强学习器,从而提升评价结果的准确度,增强模型的抗干扰能力.实验结果表明,该方法对测试集中的3类评价样本的准确率为97.69%,与单个模型和其他方法相比提升了1~9个百分点,验证了采用基于CNN-SVM和集成学习的方法进行固井质量评价是切实可行的.

基于改进DenseNet的固井质量评价新方法

为解决固井质量评价效率低、准确率不高的问题,提出一种基于改进的DenseNet卷积神经网络的评价方法。该方法通过增加多尺度卷积层可以同时获取固井质量特征图的大尺度和小尺度特征,从而提高感受野的覆盖范围,增强模型对不同尺度的适应能力;通过嵌入CBAM机制使模型在空间和通道两个维度上充分提取对评价任务有用的信息,增强模型对特征的关注能力和感知能力,提升评价结果的准确度以及模型的鲁棒性;同时,通过缩减网络层数减少模型参数的数量,提升模型的计算效率以及泛化能力。实验结果表明,测试集中的3类评价样本的准确率为95.86%,相比DenseNet-121提升了4.9百分点左右,且参数量显著减少;相比BP神经网络和支持向量机均提升了9百分点左右。从而揭示出,采用改进DenseNet模型实施固井质量评价的研究方案不仅是可行的,而且优于同类机器学习方法。

大庆油田调整井固井技术研究

大庆油田经过多年的调整开发,受地层非均质性、井网加密、动态注采开发等影响,已改变了原始井下环境。针对大庆油田异常高压层油水侵、高渗低压层界面胶结质量差两方面难题,以“地质先行,一井一策”为指导思想,开展了钻井地质、水泥浆体系、固井工具等技术攻关,形成注水开采油田调整井固井配套技术。现场应用取得了良好效果,为大庆油田原油产能建设提供井筒保障。

固井清洗剂DQQX-2及其冲洗液体系的研制与应用

为解决油基钻井液在套管壁及井壁形成不易冲洗的胶凝结构影响固井质量的问题,该研究重点进行了固井冲洗液用清洗剂的研制,通过对助剂体系各项物性指标的考察,筛选出具有高效清洗及助悬浮能力的清洗剂体系,同时根据固井前置液所要求的技术指标优选固井冲洗液用悬浮剂及其他助剂的种类及加入量,得到了一套具备高效清洗能力的固井冲洗液体系。室内实验发现,在清洗剂加入量达到3%~6%,悬浮剂加入量达到3%时,冲洗液可抗温180℃,加重密度可在1.2~2.0 g/cm^(3)范围内调节,23℃静止24 h冲洗液上下密度差小于0.03 g/cm^(3),冲净油基钻井液的时间不大于7 min,与钻井液和水泥浆相容性优异。现场试验表明,应用该冲洗液体系,现场施工顺利,固井质量优质,水平段优质井段比例大于93%。说明该冲洗液体系可提升冲洗顶替效率,从而提升固井质量,具有较高推广价值。

水泥浆性能对固井效果的影响

固井效果的优劣,将直接影响到目标井固井完成后的生产情况,以及后续的其他各项施工作业,而水泥浆的性能,将会对固井的质量造成最直接的影响。为了提高固井施工的成功率,本文从水泥浆密度、稳定性、稠化时间、失水量、抗压强度等方面分析了水泥浆的各项性能对于固井效果的影响。

基于偏心式振荡器的井下可移动振动固井系统研制

综合分析了国内外振动固井工艺技术,在下完钻井套管的固井候凝过程中,利用振动固井工具或设备产生振动波,并对套管和固井泥浆产生振动压实效应,可以提高固井完井的质量。现有振动固井工具大多数安放在井口位置,或固定安放在井筒某一处位置,或固定安放在套管底部,且不可回收,不能提高全井段振动固井效果。以偏心式振荡器力学理论为基础,研制了一种可重复利用、可回收的新型井下可移动式振荡器,形成一套完整的振动固井系统,使得在整个固井候凝过程中全井段任意位置都能发挥作用,同时对于正常固井及其他设备不造成影响。室内和现场试验表明:可移动井下振动固井系统对于已候凝2 h以内的抗压强度可提升4%,胶结强度提升7%,同时可显著提高第二界面固井质量,使用方便,操作简单,具有较强的经济性和广泛的推广应用前景。

海域天然气水合物地层微生物自修复固井水泥浆的水化控热作用机理

随着深海天然气水合物资源开发的深入,固井技术成为保障开采安全的关键环节。固井水泥浆的水化热控制对于防止水合物分解、确保井筒稳定性具有重要意义。目前,微生物技术在固井水泥浆中的应用已取得初步进展,尤其是在提高水泥浆力学性能方面,但是在调控水化热方面的研究仍相对较少。本研究旨在探索微生物固井水泥浆在深水水合物地层中的应用前景。通过开展水泥浆水化热测试、热重分析(TGA)和傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)与能谱仪(EDS)测试,探究了微生物矿化作用对水泥浆水化热及水化过程的影响机理。本文研究表明,微生物自修复固井水泥浆在降低水化热方面具有显著优势,尤其是在水化中后期,其累积水化放热量较对照组降低了13.19%。微生物矿化反应生成的碳酸钙有效抑制了水泥水化反应,导致水化放热峰值滞后,且在水化过程中持续降低水泥浆的水化速率。此外,微生物自修复固井水泥浆中游离水和水化硅酸钙凝胶的含量均高于对照组,而氢氧化钙含量较低。碳酸钙含量与水泥浆水化放热量之间存在最优值,超过3.0%后,水化热开始降低。本研究为解决深水水合物地层固井水泥浆水化放热导致水合物分解的问题提供了新的技术途径,对于开发适应极端海洋环境的固井水泥浆体系具有重要的参考价值。