Passability test and simulation of sand control string with natural gas hydrates completion in large curvature hole

To meet the requirements of marine natural gas hydrate exploitation,it is necessary to improve the penetration of completion sand control string in the large curvature borehole.In this study,large curvature test wells were selected to carry out the running test of sand control string with pre-packed screen.Meanwhile,the running simulation was performed by using the Landmark software.The results show that the sand control packer and screen can be run smoothly in the wellbore with a dogleg angle of more than 20°/30 m and keep the structure stable.Additionally,the comprehensive friction coefficient is 0.4,under which and the simulation shows that the sand control string for hydrate exploitation can be run smoothly.These findings have important guiding significance for running the completion sand control string in natural gas hydrate exploitation.

乍得基岩注气井膨胀管悬挂二次完井技术

乍得油田潜山基岩油藏面临油井低压低产的问题,需要开展注气补充地层能量以提高油井产量,但裸眼开发井转投注气井后,出现上部层系出砂填埋储层的问题。为此,下入膨胀管悬挂器结合裸眼封隔器等组成的下部完井管柱,在乍得BX20井进行二次完井技术先导试验。现场试验结果表明:设计的二次完井管柱一次入井到位,整个作业周期为10 d,较传统二次完井平均施工作业周期减少7 d,节省修井作业费用超20万美元;该井完井后能够有效地封固和保护套管免受注气高压的破坏,有效解决裸眼注气井井筒完整性问题,试注气压力达到20 MPa,注气量达到2000 m^(3)/h。该完井工艺的成功实施解决了乍得油田注气井完井问题,对同类油田的开发具有先导示范作用。

超深井工程理论与技术若干研究进展及发展建议

超深井工程受到高温高压、复杂地层、超长井眼和腐蚀介质等多重因素约束,其安全高效作业面临全方位的技术挑战。为此,针对超深井工程的安全高效设计控制问题,介绍了该工程的发展概况与技术特点;选取井眼轨迹预测与防斜打快、钻柱振动特性分析与减振控制、钻井延伸极限预测与设计控制,以及套管失效风险评估与安全控制等几个重要理论与技术问题,介绍了国内外的相关研究进展及笔者团队的最新研究成果;然后,针对超深井工程提出了若干创新发展建议。研究结果表明,超深井工程理论与技术的发展整体呈现出体系化、科学化、多学科交叉、地质与工程一体化等基本特点。建议在基础理论问题、关键核心技术、技术协同关系、技术迭代模式和多学科交叉融合等方面加强创新研究,以持续推进超深井工程基础理论与关键技术创新发展。

水平井尾管完井与钻井一体化设计控制技术

针对水平井尾管导向钻井技术存在的钻机旋转系统负载大、地面扭矩传动效率低、使用与维护成本高等问题,提出了水平井双管柱尾管差速旋转钻进新方法,揭示了相应的技术原理,设计了双管柱差速旋转传动、复合旋转导向及悬挂器等井下专用工具,优化了相关工艺流程;提出了导向钻具组合工具面控制方法,建立了水平井双管柱尾管差速旋转钻进延伸极限计算模型。结果表明:水平井双管柱尾管差速旋转钻进技术配备常规随钻测量仪器和螺杆钻具,通过调节钻柱转速可以控制导向钻具组合的工具面,实现了水平井双管柱尾管差速旋转导向钻进;基于鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气水平井工程案例计算水平井双管柱钻进延伸极限,与常规尾管钻井方式相比,采用双管柱尾管差速旋转钻进方式显著增大了水平井延伸极限,为水平井尾管完井与钻井一体化设计控制提供了参考。

水平井滑套完井管柱井筒压降预测方法与应用

为解决滑套完井管柱水平井流入动态预测难题,基于自主研制的生产井筒流动物理模拟装置,开展了不同井筒主流和孔眼入流条件下滑套完井管柱井筒内的油、水单液相流动测试,建立滑套完井管柱井筒水力摩阻系数计算式与压降方程,研究井筒压降分布与流入动态特征的关系,并在番禺油田进行应用。结果表明:对于滑套完井管柱,滑套开孔、孔眼入流产生的附加阻力远大于滑套开度,约占总压降的10%~70%;在层流条件下,滑套开孔和孔眼入流对井筒主流都起阻碍作用;在湍流条件下,滑套开孔起阻碍作用,而孔眼入流起减阻作用;建立的水力摩阻系数表达式与压降方程误差小于1.00%,能够有效表征滑套开孔、孔眼入流等因素产生的附加阻力。研究成果可用于预测油井流入动态,为滑套完井管柱滑套开度的调节提供指导。

超深井射孔爆轰波非线性传播及影响因素

随着油气井逐渐走向深井、超深井,射孔中完井管柱安全问题越来受到关注。基于计算流体力学原理,建立了射孔段-封隔器爆轰波传播模型,揭示了井筒完井液中爆轰波传播、反射规律,明确了完井液对爆轰波传播的影响特征。研究表明,爆轰波传播过程中表现出极强的非周期性、不规则性,传播至封隔器位置时爆轰波压力幅值降低高达75.65%,而爆轰反射波具有较好的周期性,传播至射孔段时的爆轰压力波幅值降低23.4%。完井液密度不仅对传播过程中爆轰波的幅值造成较大影响,对爆轰波波形特征也产生较大的干扰。完井液黏度对传播过程中爆轰波波形特征几乎没有影响,对爆轰波幅值有较小的影响。仅考虑爆轰波对完井管柱的影响时,应优先选择密度小、黏度大的完井液体系以降低爆轰波对井下完井管柱的冲击影响。研究结果为油气井现场完井液参数设计提供参考依据。

关于超深油气井完井工程与油气藏采收率的思考

超深油气藏的不断开发采收率与油气井的完井设计紧密相关。然而,由于钻井装备的限制、高压盐水层的存在、地层易垮塌和易漏失等开发特性以及经济评价因素的考量,超深油气井的完井方式多样(如裸眼完井、不超过ϕ127 mm小尺寸油层套管完井等);生产管柱穿越射孔顶界乃至射孔底界的设计;多选用永久型封隔器等,这些都可能增加生产作业的难度、延长作业时间和提高作业成本,并影响开井率和最终采收率。选取两个已投入开发的超深油气藏区块作为案例,分析发现砂或泥砂埋积是导致开井率低下的重要原因,进而对采收率产生不利影响。研究提出超深井完井的研究与设计应预设出砂或泥砂埋积的情景,旨在延长砂或泥砂埋积的时间,以便为后续作业创造有利条件,最终目标是提高采收率。为此,研究从完井方式、油层套管尺寸、完井管柱配置、封隔器类型选择以及沉砂口袋设计等5个关键方面进行了深入的科学研究与优化设计。在此基础上,进一步对钻完井投资、钻完井周期及经济评价指标进行了综合测算。若经济评价指标未达预期,则通过提升单井产量来解决建井质量提升与经济评价之间的潜在矛盾。

某高温高压气井完井管柱开裂失效原因分析

某高温高压气井中的油管发生了纵裂失效事故,为了确定其纵裂失效原因,对该井完井管柱不同井深位置的油管抽样进行了探伤检查和理化试验。探伤结果表明,多根油管的接箍和管体外表面产生了裂纹。理化试验结果表明,油管接箍和管体外表面上的裂纹为应力腐蚀和腐蚀疲劳裂纹,裂纹形成的原因与油管材料、环境介质和完井管柱受力条件有关。通过对完井管柱受力条件进行分析计算,确定油管裂纹位置和严重程度与管柱结构设计有关,油管裂纹方向与管柱所受交变内压载荷有关。建议进行油气井管柱设计时油管柱采用伸缩管,并使用与S13Cr110油管匹配的完井液,可预防高压气井完井管柱中油管接箍和管体产生裂纹。

典型工况下完井管柱井下安全阀力学性能分析

井下安全阀作为油气井完整性的重要屏障,其工作性能和力学行为对安全生产至关重要。以西部油田深井常用井下安全阀为例,建立安全阀三维有限元分析模型,根据模型各几何体的结构特点在前处理阶段对模型网格作细部处理,应用有限元分析软件的弹簧仿真功能对模型中的弹簧作等效替换,考虑坐封、压裂、开井、关井4种典型工况,分析安全阀体和关键部件的工作程序和力学性能。结果表明,压裂工况下安全阀应力值最高,为最不利工况,其最大应力与大部分部件应力差值超过250 MPa,虽整体应力强度安全系数在1.41以上,但关键零部件应力分布不均。其中,中心管大部分部位应力差值超过200 MPa,导致应力分布的折线图呈现出“山峰”式变化,其端部附近几毫米位置处应力差值超过70 MPa,导致应力分布呈现出从一点迅速上升的变化趋势;下部接头大部分部位应力差值超过300 MPa,边角附近的应力差值超过150 MPa;传力筒整体应力较为均匀,但端面局部应力有突变情况,突变值超过200 MPa。研究结果对安全阀及类似井下工具改进设计及使用具有借鉴意义。

涡轮旋转引鞋的研制与应用

针对目前国内完井管柱下入工具驱使套管下入水平段长度有限,难以到达预定深度,功率消耗过大,容易损坏套管引发事故等问题,研制了水力驱动涡轮旋转引鞋。通过建立涡轮定、转子的三维模型,并导入Workbench软件建立涡轮定、转子中液流流过的流道模型,在Fluent中对涡轮旋转引鞋定、转子的水力性能进行分析,完成结构设计、性能试验及现场试验。试验结果表明:该工具可通过液流循环实现引鞋头旋转,从而进行井壁的修整和井筒的冲洗,并帮助完井管柱顺利下入到预定位置;设计的涡轮旋转引鞋工具完成了50 h寿命试验,满足现场应用需求。所得结论可为水平井与大斜度井完井管柱下入工具的研制提供技术借鉴。

川西须家河高应力致密储层完井技术

川西须家河高应力致密储层破裂压力高、改造排量低、完井管柱安全风险高,通过对前期储层改造井系统梳理分析,从井口限压、降破工艺、完井管柱及工具结构等方面出发,配套完善了一套适用于致密储层压裂改造的技术。D201井采用140 MPa井口装置提高施工压力到120 MPa,相比105 MPa井口提高施工压力25 MPa,解决了井口限压低、加砂难度大的问题;M2井采用后效射孔技术改善高破裂压力井近井地带的渗流形态,有效提高储层的可压性;X5井采用Ф114.3 mm+Ф88.9 mm大尺寸油管配套高强度工具的完井技术,提高施工排量及管柱安全性,满足高应力致密储层大排量、大液量、高施工压力的改造需求。该技术的成功应用为高应力致密储层完井提供了新思路,为储层产能释放提供了技术保障。

基于完整性感知网络的绝缘子串缺陷检测方法

当前输电线路显著性目标检测已取得重大突破,但在预测显著区域的“完整性”上仍存在局限性,难以完全识别及定位输电线路上绝缘子串缺陷。本文利用完整性感知网络来检测输电线路上绝缘子串,首先通过特征聚合模块来提取不同层次的特征,其次通过完整性增强模块突出显著目标通道并抑制其他干扰通道,最后通过部分-整体检验模块来确定目标特征的部分和整体是否有强烈的一致性,可提高有缺陷绝缘子串的识别准确率。本文算法与目前公开的3种流行算法进行主客观对比,发现本文算法在绝缘子串与背景融合程度较高时的显著性检测上更有优势。

水平井簇式滑套复合完井管柱技术研究

近年来,新疆油田水平井完钻井深和水平段长度不断增加。为解决常规压裂问题多,深井/超深井连续管压裂时下入易自锁、钻塞效率低、卡钻风险大等问题,结合簇式滑套和桥塞射孔联作不同完井工艺优点,设计了水平井簇式滑套复合完井压裂管柱。在深井段,将簇式滑套与油层套管一起下入固井,一球开启多簇滑套进行分段压裂;浅井段泵送桥塞射孔联作进行分段压裂,实现复合完井压裂。2022年在新疆油田应用1口水平井,首段采用固井趾端阀压裂,第2~8段采用20簇滑套完井,投球开启滑套压裂,9~13段采用桥射联作压裂,施工成功率100%。现场试验结果表明:深井段投1球完成3簇(1段3簇)滑套成功开启,转层时间在0.5 h以内,开启压差12~14 MPa,单簇过砂量≥40 m^(3),压力平稳,达到预期压裂效果;浅井段泵送可溶桥塞至设计位置,碰压信号明显、锚定密封可靠、溶解效果良好。该管柱技术的成功应用可为长水平段水平井体积压裂改造提供新的技术手段。

地面氮气抽吸作业气体流动规律研究

储层氮气钻完井是致密砂岩等低渗气藏储量有效动用和产能释放的革命性技术之一。储层氮气钻完井作业期间,起下钻及下完井管串过程中,井口处于敞开状态,此时采用地面氮气抽吸技术,有控制地“引导”地层产出的天然气流向排砂管线出口进行处理。为此,文章基于数值仿真方法,系统研究了敞井条件下地面氮气抽吸作业时的气体流动规律,考虑天然气的扩散现象,建立了气体流动模型,并定量分析了影响氮气抽吸效果的主要因素。研究表明,氮气抽吸效果主要受注入方式、氮气抽吸气量、抽吸装置安装位置、排砂管线长度和天然气产量的影响。同心注气方式相较于斜插注气方式具有更好的抽吸效果;低抽吸气量下,氮气注入量越大,抽吸率越高,随着抽吸气量持续增加,抽吸率达到峰值后有所下降;抽吸装置距离排砂管线出口越近、排砂管线越短、地层产气量越低,抽吸效果越好,实现完全抽吸所需的临界抽吸气量越低。文章研究成果为优化氮气抽吸工艺设计、保障储层氮气钻完井敞井条件下的安全作业提供了理论支撑,并在四川大塔场气田进行了现场应用,实现了储层氮气钻完井作业敞井条件下地层产出天然气100%的抽吸,确保了作业安全。

水平井完井管柱力学—数学模型建立

根据水平井井眼轨迹数据以及管柱上封隔器位置,建立了水平井完井管柱受力的力学模型,同时推导出了水平井完井管柱的有效轴向力的数学模型、管柱与井壁摩擦引起的附加力数学模型、流体摩阻引起的附加力的数学模型以及水平井造斜段曲率半径产生的轴向力的数学模型等。根据这些模型,文章开发了相应的水平井完井管柱强度设计的通用设计软件,建立了API油管和玻璃钢油管强度数据库。此力学—数学模型、油管强度数据库和所开发的软件在四川水平井气井中得到了应用,用开发的软件验证了4口井完井管柱强度设计。同时设计了两口水平井完井管柱的强度设计,证明了此力学—数学模型以及所开发的软件的实用性和可靠性。

气井油管柱应力与轴向变形分析

气井投产前后温度和压力变化会引起油管应力及轴向变形的改变。若改变量超过某一限度则将导致封隔器解封或管柱损坏等。目前对气井油管柱研究较少,且很多研究在计算时将状态改变前后的温度压力均考虑为定值,或者将温度分布简单考虑为关于井深的线性函数,这样将导致计算结果产生较大的误差。利用考虑传热、相变、生产时间等因素的气井井筒温度、压力分布模型以及弹性力学理论分析并计算温度、气体压力、油管自重、封隔液、产气量等对油管柱应力和轴向变形的影响。将其应用于现场实际气井表明:管柱轴向变形随产量增加而增加,但增加的幅度逐渐减小;与现场实测数据对比表明,计算结果较为准确。

普光气田大湾区块高含硫水平井完井管柱优化设计

为实现高含硫气藏"少井高产、安全高效"的开发目的,对四川盆地普光气田大湾区块碳酸盐岩储层采用了以水平井为主的开发模式。根据大湾区块气藏及流体特点,综合考虑国内外高含硫水平井完井工艺技术现状,选择一次管柱多级卡封,逐级投球打开各层滑套改造储层作为本区块水平井完井工艺,进而开展了管柱参数和结构设计,优化设计出高含硫水平井完井管柱:套管完井分段酸压管柱、裸眼完井分段酸压管柱、套管监测水平井分段完井管柱。该管柱通过8口井现场应用,首次实现了国内高含硫水平井分段储层改造,增产效果明显,为气田的安全高效开发提供了有力的技术支撑,也为类似气田的开发提供了借鉴。

高温高压高酸性气井完井管柱优化设计

近年来,随着天然气勘探开发工作的快速推进,高温高压油气井、深井超深井、含腐蚀性介质气井越来越多,完井管柱优化设计及作业难度越来越大,安全环保的要求也越来越高。已完井投产的气井中有相当比例都存在由各方面原因引起的生产套管压力异常升高现象,具有一定的安全生产隐患,因此对该类气井开展完井管柱优化设计研究具有重要的现实意义。通过总结高温高压高酸性气井完井现场实践经验,深入探讨了封隔器管柱力学分析要点及结构设计方法;提出了高温高压高酸性气井完井管柱设计的原则——安全第一、有利于发挥气井产能、延长气井寿命、经济可行,明确了优化设计阶段需重点考虑的7项因素;形成了一套基于第四强度理论的不同工况条件下完井管柱三轴应力强度校核方法,以及高温高压高酸性气井封隔器完井管柱设计方法。该套设计方法应用于四川盆地龙岗气田某井,取得了较好的效果。

固井开关滑套多级分段压裂完井工艺技术分析

为实现胜利油田薄互层低渗透砂岩油藏、页岩油藏的开发,研制了套管固井滑套多级分段压裂完井工艺管柱。形成了以套管固井,可开关滑套及液压开关工具等为主体的分段压裂完井工艺。该工艺具有固井完井分段压裂一体化管柱、压裂级数不受尺寸限制、大通径等优点,满足大排量、大规模的压裂需要,后期可选择性开启或关闭滑套实现生产控制。该工艺技术通过现场试验取得了一定的认识和研究成果,但仍存在地层难被压裂出有效裂缝等问题,针对压裂存在的问题开展分析,提出下一步解决对策及研究方向。

高压气井完井管柱的流固耦合振动模型及其应用

瞬态压力冲击诱发充液管道结构耦合振动,剧烈的振动将导致管道结构失效。笔者将进一步阐明天然气的瞬变流动诱发高压气井完井管柱的耦合振动过程。根据充液管道流固耦合振动模型,推导了适用于气井完井管柱的流固耦合振动四方程模型,采用特征线法及线性插值方法进行数值求解。以现场一口高压气井井口阀门开启过程中的瞬态响应为例,结合完井管柱系统的初边值条件,利用MATLAB语言编制了相应的计算机程序,计算分析了流体与管柱的耦合振动响应过程。计算结果表明:天然气的瞬变流动通过泊松耦合效应诱发完井管柱轴向往复运动,轴向往复运动将加剧完井管柱结构的疲劳破坏与磨损破坏。该结果对预防完井管柱先期失效有实际工程意义。