大庆古龙页岩油水平井钻井技术

大庆油田古龙页岩油区块水平井存在井壁易失稳、井眼轨迹控制难度大、井眼清洁困难和固井质量得不到保证等钻井技术难点。为克服上述技术难点,进行了井台井组和井身结构优化、钻井参数优选、井眼轨迹控制、钻井液优选和固井施工优化等技术研究,形成了适用于大庆古龙页岩油水平井的钻井技术。古龙页岩油区块的10口井应用了该技术,钻井过程中未出现井壁失稳的情况,固井质量得到提高,与该区块未应用该技术的水平井相比,平均机械钻速提高了79.91%,在平均水平段长度增加265.13 m的前提下,平均钻井周期缩短了40 d。现场应用结果表明,该技术可以解决古龙页岩油水平井存在的钻井技术难点,为古龙页岩油的高效勘探开发提供技术支持。

旋冲螺杆钻井工具在水平井中应用存在的问题及优化改进

为了解决常规螺杆钻具配合扭力冲击器,辅助PDC钻头钻进机械钻速慢、使用寿命低、定向造斜受限等问题,将螺杆动力机构和旋冲工具冲击机构一体化设计,使带有振动冲击总成的螺杆具有较优的造斜性能;对于旋冲螺杆钻具在使用环境中存在的问题进行了分析,优化了动力总成与冲击总成结构,改善了橡胶的硫化工艺和配方等。同时,根据工具和施工井特点进行钻头优选并进行了现场试验,试验证明在平均机械钻速、单趟钻最长进尺、最高使用寿命等方面体现了极大的优越性,提高机械钻速的同时也使定向造斜得到了高效施工,解决了工具在高钻压高冲击条件下部件损坏及抗盐水钻井液腐蚀的问题,使工具的适用性和寿命得到进一步提高,在现场应用中取得了较好的效果。

渝西大安区块超深层页岩气水平井钻井提速关键技术研究

针对大安区块超深层页岩气水平井钻井过程中存在难钻地层机械钻速低、旋转导向仪器高温下的故障率高和钻井周期长等技术难点,以大安页岩气高效快速开发为目的,分析了钻遇地层特征和钻井技术难点,通过井身结构优化、高效钻头优选、“铂金靶体”快速识别、水平段降密提速、油基钻井液地面降温、抗高温白油基钻井液体系及等壁厚螺杆技术等技术研究和使用,形成了大安区块超深层页岩气水平井优快钻井技术。该技术在渝西大安区块大安104H超深层页岩气水平井进行了现场试验,实际完钻井深6789 m,水平段长2406.13 m,平均机械钻速10.60m/h,较区块平均机械钻速8.12 m/h提高30.54%。结果表明,超深层页岩气水平井钻井提速技术可为大安页岩气高效开发提供技术支撑。

高强度丢手工具设计及应用

丢手工具是将完井管柱埋卡部分丢入井中的一种井下工具,其主要原理是采用悬挂连接,通过憋压的方式实现丢手。本文通过介绍原有丢手工具原理并结合超短半径水平井的技术特点,分析原有丢手工具在超短半径水平井应用时存在的问题,针对问题逐项进行设计改进。改进后的高强度丢手工具已在超短半径水平井完成大量的现场应用,应用效果表明,改进后的高强度丢手工具能够满足超短半径水平井的工艺需求。

大庆油田页岩油水平井钻井提速技术

针对大庆油田古龙区块页岩油水平井钻井过程中存在井壁易失稳、摩阻扭矩大和钻井周期长等技术难点,以大庆页岩油高效快速开发为目的,分析了该区块地层特点和钻井施工难点,优化了三开井身结构,确保页岩目的层施工安全;根据实钻经验及现有技术水平,对井眼轨道进行优化,降低施工难度;针对二开直井段缩径、三开造斜段和水平段钻井周期长等问题,进行了井壁修整工具、旋冲螺杆钻井工具、清砂接头和水力振荡器等工具研究,并进行了钻井参数优化,形成了大庆油田页岩油水平井钻井提速技术。该技术在大庆油田古龙区块3口页岩油水平井进行了现场试验,平均完钻井深4691 m,平均机械钻速19.03 m/h,机械钻速提高53.7%,平均钻井周期35.23 d。研究与现场试验表明,大庆油田页岩油水平井钻井提速技术可为大庆油田页岩油高效开发提供技术支撑。

大庆致密油藏水平井高性能水基钻井液优化与应用

针对大庆油田致密油藏长水平段水平井钻井过程中常发生剥落掉块和卡钻等问题,对前期研制的高性能水基钻井液进行了性能优化,采用自主合成的高效聚胺抑制剂,结合聚合醇和无机盐的多元抑制作用提高其抑制性;利用聚合醇的"浊点"效应和纳米乳液封堵剂的双重封堵作用提高其封堵能力;采用合成的环保型液体润滑剂,结合固体乳化剂提高其润滑性。优化后高性能水基钻井液的泥页岩滚动回收率大于95%,能封堵宽度不大于100μm的微裂缝,极压润滑系数小于0.12。大庆油田50余口致密油水平井应用了优化后的高性能水基钻井液,平均井径扩大率小于10%,钻井周期平均缩短3.0d以上,最长水平段达到2 033.50m。研究结果表明,优化后的高性能水基钻井液能够满足大庆致密油藏的钻井需求,可为非常规致密油藏高效开发提供技术支撑。

水泥基材料高速纳米压痕聚类分析与矿相识别

通过高速纳米压痕技术测绘了3种水灰比(0.2、0.4和0.6)水泥净浆的弹性模量与硬度云图,引进K-medoids聚类分析方法划分水泥基材料的微观矿相,根据K-medoids聚类结果将力学性能图转化为矿相分布图,并对矿相的尺寸分布进行了统计分析.结果表明:水泥基材料主要包括多孔复合相(PP)、低密度/高密度C-S-H相(LD/HD C-S-H)、氢氧化钙相(CH)和超高性能相(UHP)等;随着水灰比的增加,PP、LD C-S-H的含量逐渐增加,HD C-S-H、UHP的含量逐渐减少;水泥石微观矿相的尺寸符合对数正态分布.

酰胺型润滑剂极性片段在铁表面的吸附作用

针对深井、超深井、大位移井和水平井等复杂境况带来的高温、高摩阻环境,利用DFT模拟了油酸酰胺亲水链段中伯胺基、仲胺基、酰胺基和羟基等极性片段在铁(001)表面的吸附作用力,进一步探究油酸酰胺类润滑剂在铁表面的吸附润滑机理。结果表明,酰胺基、伯胺基、羟基在Fe(001)面上的桥位产生稳定吸附,仲胺基在Fe(001)面上顶位产生最稳定吸附,吸附能从大到小依次为伯胺基、仲胺基、羟基、酰胺基。布居数分析结果表明,4种极性基团在吸附过程中轨道布居数均发生变化,从Fe(001)面得到电子,其中仲胺基得到0.16e电子,伯胺基和酰胺基得到0.09e电子,羟基得到电子数最少,为0.08e。态密度分析结果表明,仲胺基和伯胺基中N原子的2p轨道与铁原子的3p、4s轨道间有态密度重叠,存在化学成键作用。在极压润滑测试和四球摩擦实验中,油酸二乙烯三胺的润滑系数降低率为83.6%,高于油酸二乙醇酰胺的78.2%;摩斑半径为287.184μm,小于油酸二乙醇酰胺的摩斑半径,表明含有胺基与酰胺基的润滑材料润滑性能优于含有羟基的表面活性剂。

非直井气体钻井岩屑起动的临界流速

注气量作为气体钻井的关键参数,直接关系到现场钻井的成败。目前用于气体钻井的注气量计算方法均是基于垂直井眼得到的,对于水平井、大斜度井的情况并不适用,从而给气体钻井在水平井、大斜度井的应用造成很大困难。在分析岩屑颗粒运动方式的基础上,假设岩屑颗粒沉积在下井壁,注入气体后对岩屑颗粒进行受力分析,得到不同井斜角情况下岩屑颗粒起动所需的临界流速模型。以此速度作为气体的最小流速,从而得到最小注气量。分析认为,在井斜角为60～70°的情况下,岩屑颗粒起动所需气体速度最大;大粒径岩屑对注气量要求很高,实际钻井过程中应采用适当方法减少大粒径岩屑的数量。

钻井提速工具经济性预测评价方法

目前常用的提速工具经济性评价方法都是在钻后进行评价,不能为特定井段优选提速工具提供依据,为此,以单位进尺成本为准则,提出了一种钻井提速工具经济性评价新方法。该方法首先结合提速工具性能指标进行钻前预测,然后利用提速工具第一趟钻的实钻参数,对后面几趟钻的经济性进行随钻预测,并根据单位进尺成本预测最后一趟钻应用提速工具的经济性,完钻后计算应用提速工具井段的钻井总费用,并与邻井未应用提速工具相同井段的钻井总费用进行对比,以确定提速工具的经济性。实例验证及研究结果表明,钻井提速工具经济评价新方法可指导特定井段提速工具的优选和快速及时地预测提速工具的经济性。

哈萨克斯坦阿克纠宾长位移水平井段提速实践

阿克纠宾项目所属北特鲁瓦和让纳诺尔两油田位于滨里海盆地东缘,目前主要采用水平井开发低孔低渗透储层,为提高单井产量,水平段从400m左右延伸至1000m以上,由于地质构造复杂、目的层边界和厚度变化大,采用带探边功能的旋转导向工具,平均钻速仅2.36m/h,平均进尺仅335m。为了提高钻井效率,针对已钻井出井钻头的破损特征,结合井下振动特性分析,优化了钻具组合和转盘转速,形成了以高性能PDC钻头、带螺杆旋转导向、近钻头单扶正器或双扶正器钻具组合为主体技术的提速技术。现场应用5口井,4口井转盘转速为60r/min,井下黏滑指数控制在80%以内,出井钻头以磨损为主,仅出现少数崩齿;1口井转盘转速为70~80r/min,井下黏滑指数在80%以上,芯部崩齿较多;与H814井钻井指标相比,水平段钻进周期从原来的22.5天缩短至9.6天,缩短57.7%,平均机械钻速提高266.1%,平均进尺提高195.5%。

基于Matlab的控压钻井压力控制建模方法

为了提高控压钻井的控压精度,研究了基于Matlab的控压钻井压力控制建模方法。分析了节流阀的节流控压原理,根据伯努利方程建立了表征节流阀物理特性的方程;利用采集的节流阀节流控压试验数据,通过Matlab软件进行线性回归,得到了可计算节流阀控压的四参数公式;根据试验选用的节流阀开度与当量直径的特性曲线,采用Matlab软件进行拟合,得到了节流阀开度与节流面积的关系方程;根据节流阀开关试验得到的节流阀开度与开关时间数据,利用Matlab软件拟合出了开度与开关时间的关系方程,将上述各方程相结合得到了节流控压的理论模型。利用Matlab软件的半实物仿真插件将模型转化为通用实时代码,并采用模块化建模方法,编制了控压钻井自动控制软件,形成了控压模型。循环模拟系统验证显示,控制系统的响应时间小于10s,控制精度达到了±0.2MPa,满足控压钻井精细控压的需求,这证明基于Matlab的控压钻井压力控制建模方法是可行的。

直驱式旋转井壁取心仪器电路设计

传统的旋转式井壁取心仪器钻头的取心是液压驱动的,而ESCT旋转式井壁取心仪钻头的取心动力是由直流无刷电机直接提供的。ESCT旋转式井壁取心仪应用了直流无刷电机和旋转式变压器。通过对电子线路中的电机控制板和电机功率驱动板的设计,实现了对取心钻头的直接驱动和控制,达到了高效、稳定取心的目的。介绍了直流无刷电机的驱动和控制原理,描述了控制直流无刷电机的硬件实现方法。

一种煤气井产出剖面热式气体流量计的设计

为解决低产煤气井分层产气量测试难题,设计并实现了一种井下恒流式热式气体流量计。阐述了热式气体质量流量计的测量原理,进行了热式气体流量计的总体设计,研制了现场试验样机,通过开展模拟井试验表明了恒流式热式气体质量流量计用于井下气体流量测量的可行性,测量小流量下限可达50 m^3/d,测试精度高,可达到煤层气井测试需求。

EM-MWD信号在钻柱中传输的影响因素研究

在现有电磁随钻测量(EM-MWD)系统中,钻柱是重要的EM-MWD信号传输信道。为深入了解影响EMMWD信号在钻柱中传输效果的因素,基于等效传输线法对EM-MWD信号信道进行了建模,并使用Ansys软件进行了有限元计算,分析了地层分层情况下不同规格钻柱在交变电磁场中传输的能量损耗以及套管对EM-MWD信号传输的影响规律。研究发现:EM-MWD信号在钻柱中的能量损耗会随着功率和频率增大而增加,当信号频率超过100 Hz时损耗增加更加明显;不同规格的钻柱传输信号的效果不同,但当钻柱壁厚与外径的比为0.08~0.20时,EM-MWD信号传输效果较好;在钻柱上加套管会对EM-MWD信号的传输产生屏蔽作用,影响传输效果,不过当井下EM-MWD信号的发射频率在50 Hz以下时,套管的影响较小。研究结果更加明确了钻柱自身属性对EM-MWD信号传输的影响,可为EM-MWD系统的改进和设计提供参考。

TTI介质Low-rank有限差分法高效正演模拟及逆时偏移

计算效率是制约各向异性逆时偏移实用化的关键因素,此外,伪横波假象、数值频散以及不稳定问题也是TTI介质qP波正演模拟及逆时偏移的固有难题。Low-rank波场延拓算法虽能解决上述三方面问题,但其运算速度受模型参数限制,计算效率较低。为此,本文基于混合网格有限差分思想,给出一种新的紧致差分模板,并借助Low-rank分解求取与模型匹配的自适应差分系数,进而实现一种针对TTI介质的Low-rank有限差分法高效正演模拟及逆时偏移成像策略。数值模型测试结果表明:本文方法既继承了有限差分法高效灵活的特点,又拥有Low-rank波场延拓方法准确计算纯qP波波场的优势,即在提高计算效率的同时避免了伪横波假象和数值不稳定,是一种兼顾成像精度与计算效率的各向异性逆时偏移实用方法。

硬脆性泥页岩微米-纳米级裂缝封堵评价新方法

为解决应用常规封堵评价方法优选的封堵材料对大庆油田致密油裂缝性地层封堵效果差的难题,选用由不锈钢粉末经特殊工艺压制成的薄片作为封堵介质来模拟微米和纳米级裂缝,并自主设计加工了封堵评价装置,形成了微米-纳米级微裂缝封堵评价新方法。室内试验结果表明,封堵评价新方法可替代高温高压滤失试验对钻井液的封堵性能进行评价,且优选的钻井液配方对微米级和纳米级裂缝都具有较强的封堵能力。应用该方法对封堵材料配方及加量进行了优化,形成了强封堵型水基钻井液配方,并在大庆油田F38-P1井进行了现场试验,解决了青山口组地层在钻进过程中的井壁剥落、掉块等井壁失稳问题。研究结果表明,裂缝封堵评价新方法可以模拟井底温度条件下对钻井液的封堵性能进行评价,且具有操作简单、评价精度高等优点,为大庆油田致密油藏高效开发提供了技术支持。

伊拉克哈法亚油田Mishrif组碳酸盐岩储层防漏堵漏技术

为了解决哈法亚油田Mishrif组碳酸盐岩裂缝溶洞型储层钻进过程中钻井液漏失严重的问题,根据该油田的地质和地层特征,分析了裂缝类型、漏失因素和漏失程度,根据目标区域漏失速率统计结果,结合现场实际,进行了漏失类型区域划分;针对不同漏失类型区域优选堵漏材料和堵漏浆配方,形成了渗漏区、部分漏失区的防漏堵漏技术,恶性漏失区、完全漏失区的综合治理技术。2019年以来,Mishrif组碳酸盐岩储层防漏堵漏技术在21口定向井进行了应用,与前3年未用该技术时的平均水平相比,每口井平均漏失量由472 m3降至29 m3,复杂时率降低12.5%,钻井周期缩短8.5%,取得了良好的现场应用效果。Mishrif组碳酸盐岩储层防漏堵漏技术为解决其他区块碳酸盐岩裂缝溶洞型储层钻井漏失难题提供了技术途径。

伊拉克库尔德A油田原油注氮欠平衡钻井技术

伊拉克库尔德A油田主力产层Bekhme碳酸盐岩储层裂缝发育,经过多年开发,地层压力逐年降低,钻井过程中极易发生钻井液漏失,不但导致机械钻速低,而且造成储层污染而出现单井产量低、含水率高等问题。为此,研究应用了以原油为钻井液、环空注氮气的欠平衡钻井技术,该技术改变了传统的充气方式,氮气由套管头侧出口注入井眼,从尾管悬挂器上部筛管进入环空,随井眼内钻井液直接返至井口,即氮气只参与钻井液的部分循环,通过降低上部井眼内钻井液液柱压力来降低井底钻井液液柱压力,实现欠平衡钻进,且不影响井下MWD的测量和传输。该技术在A油田现场应用6口井,均顺利钻至设计井深,未发生井漏、井涌和井眼失稳等井下复杂情况,且实现了边钻进边生产的目的,与应用常规钻井技术的油井相比,机械钻速明显提高,单井产量提高了1~3倍,取得了良好的提速提产效果。研究与应用表明,原油注氮欠平衡钻井技术能满足老油田低地层压力、窄安全密度窗口地层安全钻井的需求,可提高油藏采收率及勘探开发效益。

响应面优化深层废弃水基钻井液无害化处理工艺

针对大庆油田深层致密气废弃水基钻井液固液分离难、泥饼含水率高(>80%)、存在二次污染的问题,开展了废弃水基钻井液无害化处理技术研究,在分析废弃水基钻井液特性与处理难点基础上,应用Box-Behnken中心组合实验和响应面分析法,通过考察破胶剂、助凝剂与絮凝剂的最佳配比对废弃钻井液固液分离效果的影响,创新建立了固液分离泥饼含水率与处理配方参数间的数学模型,研发出了以脱稳絮凝为核心的废弃水基钻井液无害化处理技术,形成了脱稳-絮凝-固液分离处理工艺。现场实验结果表明,废弃水基钻井液经该项技术处理后,泥饼含水率为47%,泥饼浸出液悬浮物含量为63 mg/L,泥饼浸出液中石油类、COD等9项主要污染指标符合GB 8978—1998《污水综合排放标准》、DB23/T 693—2000《黑龙江省废弃钻井液处理规范》相关要求,该技术成果解决了大庆油田深层水基钻井液破胶脱稳效果差等难题,具有较好的推广应用价值。