中国石油钻井科技攻关三十年回顾与展望(六)

我国改革开放刚跨过了三十五年,石油钻井行业历经六个五年计划的持续攻关,一步一个台阶,取得了辉煌的成就。钻井技术的科技进步为我国石油工业的快速发展提供了重要的工程技术支撑,其整体水平已位居发展中国家前列,有些科研领域达到国际先进水平。如何历史地看待三十年来钻井技术的发展,以及未来的发展之路,文章对"六五"以来我国钻井技术三十年技术攻关进行系统梳理,通过历史背景、基本概况、技术难点、攻关成果、技术关键和科技规划等诸多数据分析,力图在三十年这个节点上,表达作者的一己之见。

浅谈石油企业安全环保监督管理的实践路径

伴随着我国市场经济的不断深化改革,石油行业也在不断快速发展,尤其是现代化社会经济发展的促进下,石油行业的企业规模也越来越大,所以有关石油企业的安全环保监督管理工作理应引起我们的重视,安全环保监督管理工作的规范合理,是有效保证石油企业能否进一步安全发展的重要前提。尤其是石油企业作为高危行业,在企业安全环保监督管理方面的具体要求还是很高的。值得我们深思的是,我们应该探讨石油企业的安全环保监督管理工作未来应该如何发展,这同时也是本文接下来将要探讨的主要内容,我们将从几个角度来对企业安全环保监督管理存在问题和具体实践路径进行分析,希望能够给予相关从业人员一些有效性建议。

隔水管试压检测过程中自动对位控制系统研究

自动对位是隔水管检测的关键问题,针对具有大惯性、大尺寸的隔水管封堵端及试压端高精度自动对位技术进行研究。首先,建立了封堵装置的空间6自由度动力学模型,然后利用双目视觉获取封堵端与隔水管之间的相对位姿,最后根据试压封堵装置的机构特征提出了基于模糊PID的对位控制策略。利用模糊解耦算法,合理地选择模糊解耦算法的隶属度函数以及模糊化和解模糊化规则从而消除了各轴之间的耦合特性,简化了控制器的设计。通过多次实物试验验证了该方法的有效性。

非常规储层压裂砂比对支撑剂铺置质量影响的实验研究

低孔超低渗透率的非常规储层需通过大规模的水力压裂形成支撑剂填充的高导流裂缝,才能获得有经济效益的油气产量,缝内支撑剂铺置规律直接影响压裂效果,影响支撑剂铺置的因素包括施工排量、施工压力、砂比等。为了研究砂比对支撑剂在缝内铺置的影响,运用了大型可视平板垂直裂缝模拟系统,研究了不同砂比下陶粒支撑剂在裂缝中的沉降运移规律。实验结果表明,砂比对20~40目陶粒砂堤形状有影响,但砂堤形状变化较小;当陶粒砂比增加时,陶粒堆积形成的砂堤坡度减小;陶粒砂比增加,陶粒颗粒之间的碰撞作用增强,沉降量减小,砂堤高度减小;陶粒支撑剂水平运移速度受砂比影响较小,接近液体流速;陶粒砂比增加,陶粒支撑剂的沉降速度减小。研究结果可为支撑剂沉降运移动态研究及支撑剂优选提供参考。

膜分离技术在石油工业含油污水处理中的应用研究进展

膜分离技术是含油污水处理技术的重点发展方向。介绍膜分离技术及其优点,总结微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜在石油工业含油污水处理中的应用研究进展,总结膜分离技术处理含油污水过程中影响处理效果的各种因素、产生膜污染的原因及其控制措施,最后对膜分离技术的研究方向和发展前景进行了探讨。

冻结过程土体导热系数影响因素及预测模型研究

为探究土体导热系数的基本规律,采用瞬态平面热源法测试了冻结过程土体导热系数。研究了土体在不同温度、含水率和干密度物理指标下导热系数变化规律,分析了这三个物理指标动态变化对土体导热系数的影响机制。基于试验数据,建立了DT、RF、GBDT、AdaBoost、SVR、BPNN共六种机器学习模型以预测土体导热系数,通过四个性能指标评估了六种机器学习模型的预测能力,并与三种经验模型进行了对比。此外,基于RF和GBDT进行了特征重要性分析。结果表明:未冻结阶段土体导热系数无显著变化。剧烈相变阶段,因含水率和干密度的不同,土体导热系数随温度的降低分别呈现出减小和增大的趋势,其中增大的趋势随着含水率的增加而增加。冻结阶段,因测试过程中土样的水分蒸发和迁移,土体导热系数随着温度的降低而减小。土体导热系数均随干密度和含水率的增加而增加。根据评估结果,六种机器学习模型中RF的表现较好(RMSE=0.036,MAE=0.028,R^(2)=0.993,AD=0.004),明显优于三种经验模型,RF相较于经验模型也能更准确地预测出其他地区的土体导热系数,建议使用RF预测冻结过程土体导热系数。特征重要性分析表明含水率、温度和孔隙率是影响冻结过程土体导热系数的重要因素。

井筒质量巡查监督技术探析

为了全面提高井筒质量水平,通过对井筒质量(井筒完整性)的国内外调研,从取得的成果和存在的问题两方面分析集团公司井筒质量现状,提出了中国石油川庆钻探工程有限公司(以下简称“川庆公司”)井筒质量巡查监督技术。主要依托企业标准Q/SYCQZ 1317—2022《井筒质量巡查监督工作规范》,介绍了川庆公司井筒质量监督的工作方式、主要工作内容、监督流程和监督要点。通过井筒质量巡查监督实践,提出了4条优化建议,即进一步完善井筒质量监督相关制度,进一步压实井筒质量责任制,进一步充实巡查员人才队伍和进一步着力过程监管。

钻井作业现场安全锁具应用研究

为有效解决钻井现场检维修作业过程中能量意外释放导致事故的风险,从安全锁具配置、管理程序编制、安全培训等方面分析现场安全锁具运用现状和短板,提出开发上锁挂签图表工具的思路,并进行现场实践。结果表明:科学的安全锁具配置、严谨的上锁挂签程序、常态化的培训审核和图文并茂的清单表格,能指导员工进行能量隔离,是避免能量意外释放的有效途径。

页岩气聚磺钻井废液循环利用优化技术研究

非常规能源页岩气开发将有助于改善我国的能源结构,国家能源局将其纳入国家战略性新兴产业,是四川省五大高端新成长产业规划之一。钻井废液是钻井过程中最具有代表性的废弃物之一,其产生量大、成分复杂、处理成本较高,研究钻井废液的处理对钻井作业现场周边环境的可持续发展意义重大。研究结论表明:以钻井液表观粘度、塑性粘度、动切力和中压滤失量为主要指标,通过不同浓度影响因子对钻井液的性能影响研究,结合Design Expert中Box-Behnken模块数值模拟,确定聚磺钻井废液循环利用配制钻井液指标体系要求。

基于时序动态分析的油井产量预测研究

针对目前常用的油井产量预测方法效果并不理想的问题,开展时间序列分析来进行油井产量动态预测研究。采用时间序列分析结合残差修正方法,建立具有时序动态分析能力的产量差分自动回归移动平均模型(Autoregressive Integrated Moving Average,ARIMA),得出预测初始值与真实油井产量的残差;通过构建支持向量机(Support Vector Machine,SVM)时序预测模型进行残差修正,获得油井产量组合预测值;并将长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)模型与上述方法进行对比。实验表明,组合预测模型、LSTM模型的预测结果平均相对误差率分别为9.81%和32.44%。说明组合模型预测更精准,为油井产量的动态预测提供了一种有效方法,可作为油井在生产计划时的快速实时辅助依据,具有实用价值。

泥浆泵液力端故障诊断技术研究

通过对现有的泥浆泵液力端故障诊断技术的分析研究,并结合泥浆泵的结构及工况特征,提出了振动信号统计指标与神经网络相结合的液力端故障诊断方法。该方法选取振动信号的有效值、方差、峰值指标、脉冲指标、峭度指标和裕度指标作为表征液力端振动信号的特征指标;采用动态数据采集仪、压电式加速度传感器采集振动测试信号,并计算得出振动信号平均特征量;然后通过对振动信号特征指标的归一化处理,构建BP网络和设置网络参数,将经归一化处理后的时域统计指标作为训练样本,输入到构建的BP网络中进行网络训练;经过训练,使BP网络满足预定的精度要求。现场应用诊断误差分别为:0.007 7,0.017 9,0.017 7,0.021 6,说明构建的BP网络的性能能够满足故障诊断要求。利用统计指标和BP神经网络结合的故障诊断方法,对泥浆泵故障诊断具有较准确的识别效果,可应用于泥浆泵液力端的故障诊断。

水平井裸眼封隔器密封结构优化研究

针对水平井压缩式裸眼封隔器存在的密封性差、坐封力低、胶筒与井壁间存在间隙等问题,对其密封结构进行改进与优化,设计出一种凸球形隔环和凹球形胶筒组相结合的新型密封结构。运用ABAQUS软件模拟密封结构封隔器胶筒的坐封情况,获得胶筒组轴向接触压力的分布规律,并分析胶筒硬度和摩擦因数对接触压力的影响。结果表明:新型密封结构凸球形隔环在轴向压缩胶筒的同时也起径向压缩作用,提高了胶筒与井壁和中心管间的接触压力,增强了封隔器的密封性能;胶筒与井壁间的接触压力随着胶筒硬度和摩擦因数的增大而增大,但过大的摩擦因数会导致下胶筒接触压力明显减小,应选择硬度和摩擦因数合适的胶筒,从而保证封隔器的密封可靠性。

集输管道CO_(2)腐蚀预测机理模型研究

CO_(2)驱油技术因能显著提高油藏采收率而在各大油田得到广泛应用,但采出液中CO_(2)含量的升高却使得地面集输管道腐蚀现象严重。针对地面集输管道CO_(2)腐蚀问题,开展了腐蚀产物膜影响下CO_(2)腐蚀速率预测研究。依据腐蚀热力学和腐蚀动力学理论,考虑流体流动、电化学反应、传质过程等多场耦合作用,在Nesic等研究的基础上引入腐蚀产物膜对离子传质扩散系数的影响因子,提出了新的腐蚀预测机理模型,并对化学、电化学及传质计算进行了改进。利用文献中实验数据对模型的预测结果进行了对比与验证,结果表明,腐蚀预测模型与实验数据吻合情况良好,在腐蚀产物膜存在的条件下能够实现腐蚀预测速率的有效修正,进一步提高了CO_(2)腐蚀预测机理模型的适用性和准确性,为油气生产和加工输送管道及相关设施设计提供一定参考。

水平井投球滑套密封结构研究

水平井分段压裂完井技术的核心工具之一是投球滑套。滑套在坐封面常出现球座表面被压溃而造成密封失效。为了有效解决投球和球座间的密封失效问题,基于Hertz接触理论,推导出适用于投球滑套的最大接触压力及接触长度的理论公式,并提出一种新型投球滑套密封结构。利用ABAQUS分析软件对比分析了常规和新型投球滑套密封结构在相同条件下的接触压力分布规律,研究了不同坐封力下投球与球座间的接触压力和Mises应力分布规律。研究结果表明,新型密封结构的表面接触压力由1 082 MPa减至976 MPa,降低了球座被冲蚀压溃的风险;球座接触面长度由1.37 mm增至1.76 mm,增大了接触面的接触面积,提高了投球滑套密封可靠性。

水基钻屑制备烧结砖技术研究及应用

针对某地区钻井过程中水基钻屑产生量大、处理难的问题,通过水基钻屑制烧结砖技术,进行钻井废物资源化利用。介绍了水基钻屑制作路基材料、免烧砖、烧结砖等"资源化"处置技术现状,对水基钻屑制备烧结砖技术进行实验研究,进行了破胶处理和钻屑成分分析,分析了水基钻屑预处理,对烧结砖性能进行评价,结果表明,水基钻屑、配伍材料B、补强剂A之比为1∶4∶5时,抗压强度等指标达到GB 5101—2003《烧结普通砖》要求,烧结砖浸出液达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级标准。

川渝地区页岩气钻井固废分类资源化处置利用

在简要分析川渝地区主要页岩气区域长宁、威远和涪陵页岩气钻井作业主要特点基础上,重点论述了页岩气钻井不同井段及不同钻井液体系钻井固废性质特点,针对页岩气钻井水基钻井固废和油基钻屑两大类固废的资源化处置利用情况及目前存在的主要问题进行了论述,提出了川渝地区页岩气钻井固废应分井段或分不同钻井液体系进行收集并分类采用不同技术进行资源化处置利用,以达到更经济安全环保的效果。水基钻井固废就地生物处理资源化土壤利用是最优选择,第二选择是就地作为井场公路及井场场地路基建设利用,其次是制成水泥块或免烧砖,最后是转运制砖利用;脱油后的油基钻屑较好的资源利用方式是协同水泥窑焚烧处置,其次制成水泥块或作井场路基材料利用。同时针对性地提出了页岩气钻井固废分类处理利用等方面的建议措施,对油气勘探钻井环保决策管理具有一定参考价值。

川渝地区某气井钻铤断裂原因

川渝地区某气井钻铤发生断裂事故,通过宏观分析、扫描电镜分析、金相检验、化学成分分析和力学性能试验等方法,结合现场服役情况,对钻铤的断裂原因进行了分析。结果表明:钻铤断裂类型为腐蚀疲劳断裂,主要原因为钻铤主台肩面密封不良,导致钻井液冲蚀台肩面和外螺纹根部,形成腐蚀坑,在钻铤旋转钻进时,受到循环应力与腐蚀共同作用,疲劳裂纹萌生并快速扩展,最后导致钻铤断裂。

油气处理厂埋地管道PCM检测的电流控制方法

针对使用PCM(多频管中电流法)对油气处理厂的埋地管道进行检测时,输入电流在三通处会受管道支管的影响而产生分流的问题,将检测的管道分支看成是并联电路,在输入电压不变的情况下,通过降低检测目标管段回路电阻的方法,控制埋地管道各支路PCM检测的输出电流信号强度,使检测电流信号更多地向待检测的管段分配,完成对油气处理厂埋地管道的定位。

苏里格桃X区块气藏储层的解水锁剂研究

目的随着苏里格气田规模化开发,开采过程中因水锁效应导致的低产低效气井逐年增多,针对苏里格桃X区块生产需求和气藏水锁问题,进行气井储层水锁伤害解除技术对策研究。方法通过开展室内药剂研究,采用氟碳类和两性离子型表面活性剂、润湿反转剂等体系复配研制出适合该区块的解水锁剂。结果苏里格桃X区块渗透率极低,平均含水饱和度45%左右,水锁指数小于0.3,水锁强度中等偏强。解水锁剂能够使岩心的润湿性由亲水逐渐变得疏水,接触角增大10°,有效改变了岩石润湿性且能够降低储层流体界面张力,储层渗透率最终能够恢复至原来的93.86%,现场试验后单井日均增产0.4097×10^(4)m^(3)。结论该体系解水锁剂适用于研究区块,能有效解决气井水锁问题。

页岩气增产采出水处理方法研究

针对页岩气增产采出水易起泡,难以平稳蒸发脱盐的问题,利用"预处理+多效蒸发"处理方法,对井站两种不同性质的采出水进行中试,连续监测各工艺单元处理后水质及蒸发出水水质。结果表明:通过破乳混凝、催化氧化、电荷中和及除硬等步骤,能够完全消除泡排水起泡性;中试稳定运行7d,两种泡排水蒸发出水水质稳定,COD浓度<55mg/L,NH4^+-N浓度<18mg/L,满足GB 8978-1996《污水综合排放标准》一级标准;Cl^-浓度<21mg/L,满足DB 51/190-1993《四川省水污染物排放标准》要求。