页岩油定向井水平井摩阻分析探讨

随着全国石油资源勘探目标转变,非常规油气资源逐渐成为后续重点评价目标。伴随着定向技术的逐步发展,钻井机械钻速不断提高、建井周期不断缩短,本文重点研究钻探过程中定向水平摩阻危害分析,提出合理优化建议,以此保证定向钻井安全以及水平段轨迹的精准控制进而加快定向井钻井速度,为页岩油勘探开发奠定钻井基础。

页岩油定向井钻井速度影响因子探讨

随着国际能源环境变化,石油经济严重制约我国经济发展,为了改善我国能源环境,非常规油气藏开发渐渐得到我国重视。伴随着定向技术的逐步发展,钻井机械钻速不断提高、建井周期不断缩短,本文通过对定向井钻井速度影响因素探讨,进而加快定向井钻井速度,为页岩油勘探开发奠定钻井基础。

定向井施工过程中的安全分析

油气钻井施工的过程中具有一定的多类型和多工序与互通性以及连续性,因此操作的风险非常大。钻井的作业环境与工作性质是比较特殊的,任何石油的钻井作业都是极具危险的,很容易导致伤亡发生。引发经济损失非常严重的属于井喷失控的火灾爆炸,因此,针对施工过程中安全进行有效分析,并提出安全措施。

同心驱水力振荡器阀盘优化设计

大位移井和水平井的井斜角过大会使钻柱和井壁之间产生较大的摩阻,导致钻进速度降低,使用水力振荡器是解决上述问题的有效方法之一。为此,设计了一种同心驱水力振荡器,并对其阀盘系统的冲蚀情况进行仿真分析。仿真分析结果表明:动、静阀盘的交界处受到钻井液的冲蚀磨损,特别是动、静阀盘相对转角为25°时受到的冲蚀磨损最为严重。对动、静阀盘进行结构优化和模拟试验,从模拟结果可以看出,当动、静阀盘的倒角同为20°时,最大冲蚀率最小,优化效果最好。对优化后的同心驱水力振荡器进行现场试验,试验结果表明:同心驱水力振荡器能大幅提高钻井效率,相同条件下较常规水力振荡器的平均机械钻速提高33.62%,工具平均使用寿命延长27.46%。所得结论可为水力振荡器的设计与优化提供参考。

一种页岩气油基钻井液注水泥塞工艺研究

页岩气是保障国家能源安全和上产的一个重点领域,目前页岩气主要采取水平井钻井的方式进行开采,钻井液通常采用油基钻井液。页岩气水平井钻井过程中出现产层钻遇率低、无法打捞井下落鱼、评价井直改平等情况时需要进行注水泥塞侧钻。油基钻井液与水泥浆相容性差,影响施工安全,同时传统注水泥塞施工工艺不当往往需要进行多次注水泥塞施工,一次成功率低,既耽误时间又增加钻井成本。针对以上问题,文章开展了一种油基钻井液注水泥塞工艺研究。该研究包括:注塞浆柱结构精细化设计、高效驱油冲洗隔离液技术、油基钻井液注水泥塞施工及安全保障技术、关井憋压候凝预应力等工艺,可有效提高注水泥塞的成塞效果,有利于缩短钻井周期和节约钻井成本。截止目前,该工艺在川南页岩气重点区块油基钻井液注水泥塞中应用2井次,均一次性成功,为页岩气优快钻完井提供了强有力的技术支撑。

海上环保型抗高温防塌钻井液体系研究与应用

针对海上环保、抗高温井的钻探需求,通过研选抗高温环保处理剂,研制了一套抗温200℃的环保型防塌钻井液体系,EC_(50)值为30300 mg/L,BOD_(5)/COD_(Cr)值为0.713。室内实验表明其在200℃下仍具有良好流变性能,高温高压失水控制在15 mL以内,页岩滚动回收率大于85%。在井深6297 m、垂深6004.27 m的渤海湾埕海区块X井进行了现场应用,实钻过程中钻井液性能稳定,井径规则,全井10次电测均一次到底,无任何井下复杂情况发生,创造了多项海上钻井记录,为海上超深井作业奠定了基础。

近钻头自发电脉冲发生器涡轮动力仿真及优化设计

激进参数钻井施工中,近钻头仪器应用越来越广,为了延长近钻头仪器井下作业时间,提高其自发电脉冲发生器涡轮发电机的性能,在有限元分析的基础上提出了结构参数优化方案。通过对不同结构参数和定子叶形的流场分析,结合实际应用效果确定设计方案,并对设计方案进行二次参数结构优化。优化结果表明,涡轮发电机效率54.89%增加到68.77%,扭矩11.96增加到18.86 N·m。现场应用结果表明:在深井中涡轮发电机能够正常工作,并且转速下降到最优转速的范围内,涡轮发电机Δ排量/Δ转速平均上升27.6%,平均单趟MWD井下作业时间相比同区块延长80~100 h,效率提高28%。

页岩储层新型清洁滑溜水压裂液体系

滑溜水压裂液体系以其低摩阻、低伤害等特点,在页岩气储层压裂施工过程中得到了广泛的应用,而由于其自身黏度较低导致携砂能力较差,为达到施工设计的加砂量就需要大幅增加滑溜水压裂液的用量,从而增大了压裂施工的成本。为解决滑溜水压裂液携砂能力差的问题,开发出一套新型清洁滑溜水压裂液体系,该体系主要由高效低分子量减阻剂FJZ-2和新型聚合物乳液增黏剂FZN-1组成,体系综合性能评价结果表明,无论在室温还是80℃条件下,体系均具有良好的降阻效果;在80℃、170 s^(-1)条件下剪切90 min后,体系的黏度仍在20 m Pa·s以上,具有良好的耐温抗剪切能力;在一定的应力和频率扫描范围内,体系的储能模量G'一直高于耗能模量G",说明该压裂液体系具有良好的黏弹性能;支撑剂在该压裂液体系中的沉降速度明显低于常规滑溜水压裂液,而不同砂比条件下支撑剂的沉降时间均远远高于常规滑溜水压裂液,说明该压裂液体系具有良好的携砂能力;另外,该压裂液体系的其他性能指标均能满足滑溜水压裂液的技术指标要求。矿场应用效果表明,S-1井压裂施工过程顺利,最高砂比可达25%以上,最大降阻率达到70%以上,压裂施工效果明显。

表面活性剂对煤层气解吸能力的影响

在煤层气开采过程中使用的入井流体都添加了不同类型的表面活性剂,不仅对煤储层的表面性质产生影响,还影响煤层气的解吸能力。因此,室内使用两种不同的煤样以及不同的表面活性剂开展了表面张力和接触角以及煤层气常压、变压解吸实验评价,结果表明:表面活性剂的加入使溶液表面张力明显降低,其中复配表面活性剂FP-GA的效果最好,质量浓度为0.5%时能使表面张力降低至22.6 m N/m;阴离子表面活性剂AS-02降低煤样表面接触角的效果最好,能使硬煤和软煤表面的接触角分别降低至9°和12°;使用表面活性剂处理后硬煤和软煤的常压、变压解吸量均明显增大,其中复配表面活性剂FP-GA使两种煤样常压和变压解吸量的提升幅度最大,能显著提高煤层气的解吸能力。这主要是表面活性剂可以通过降低表面张力和改变煤岩表面润湿性的方式来降低煤层气解吸时的毛细管阻力,从而起到增大煤层气解吸量的效果,为煤层气开发过程合理使用表面活性剂提供一定的借鉴。

基于CFD的弯管冲刷磨损数值模拟研究

弯管在油气集输管道中应用广泛,但容易发生冲刷磨损而造成泄漏事故,因此有必要对其冲刷磨损因素进行深入研究。基于流体动力学原理,借助CFD软件,应用DPM模型对油气集输管网中弯曲管道进行流场分析。结果表明:弯曲管道的冲刷磨损受到流体流速、管径以及曲率半径等多种因素影响;流体对管道冲刷磨损影响最大区域集中在弯管外侧;受到的冲刷磨损速率与入口流速和管径成正比;增大曲率半径会减弱流体对弯管内壁冲刷磨损的影响。该研究结论可为管道冲刷磨损防护提供一定的理论依据。

国内外氢气长输管道发展现状及分析

氢能作为重要的二次清洁能源,受到世界各能源国的高度重视,随着氢能发展、利用技术的不断成熟和完善,对于大规模集中制氢和长距离输氢来说,管道运输是最经济的方式。国外氢气管道研究起步较早,北美和欧洲等地区先后建成多条氢气长输管线,总里程逾千公里。国内氢能源开发利用较晚,氢气长输管道规模较小,目前仅建成三条几十公里长的氢气长输管道和两条上百公里的煤制气、氢气混合输送管道。在标准体系方面,欧美等地区以ASME B31.12和CGA G-5.6为基础,形成了比较完善的氢气长输管道标准体系,而国内仅有GB 50177和GB 4962用于氢气站的建设和氢气储存等,氢气长输管道领域的标准体系尚属空白。鉴于氢能源的技术、发展优势和国家氢能产业发展规划的需要,建议尽快建立国内氢气长输管道配套标准体系。

埋地金属管道高压连续复合软管内衬修复技术研究与现场应用

针对服役时间长、长距离穿越季节性水域的埋地金属管道修复施工难题,开展了高压连续复合软管内衬修复技术研究与试验应用。高压连续复合软管由内衬层、增强层、保护层三部分组成,管道中间断管处接头连接方式为包裹连接,端部的连接方式为法兰碰头连接。结果表明:DN100/PN6.0管材平均爆破强度11.8 MPa,轴向拉伸强度192 kN,维卡软化温度77.3℃;建立的工艺计算方法可用于配套设备选型和施工长度设计,理论计算轴向拉伸强度192 kN,理论最大直线施工长度5.0 km,现场应用最大施工长度1.9 km;施工流程中管道清洗、焊瘤检测、扭矩释放是施工作业流程的关键控制点。该技术可提高施工时效50%,节省工程费用20%~30%。

井下段钻柱耦合振动及钻井液压力分析

针对深水钻井井下段钻柱在横向、纵向和扭转方向上的非线性耦合振动问题,根据动力学原理建立了井下段钻柱非线性耦合振动数学模型和井筒内钻井液压力波动模型,分析了波动钻压和波动转速对井下段钻柱横纵耦合振动、纵扭耦合振动的影响以及钻柱振动对井筒内钻井液压力波动的影响。研究结果表明:随着钻压的增大,钻柱的横向和纵向振动幅度都有一定程度的增加,钻柱稳定性变差,钻压增大对钻柱横向振动影响最大;在低转速时,钻柱容易产生较大的纵向振动,随着转速的继续上升,钻压波动和钻头黏滑振动幅度明显减小,钻柱稳定性提高;井筒内钻井液压力受钻柱振动影响较大,并随着钻柱系统的耦合振动幅度增大而上升,同时呈一定的周期性变化。研究结果可为深水钻井作业提供一定的指导。

大斜度井井眼清洁影响因素及对策研究

为了提高大斜度井井眼清洁效率,降低井下事故复杂率,利用软件模拟分析了井眼清洁影响因素,提出了井眼清洁判断方法和提高井眼清洁效率方法。模拟结果表明,岩屑床厚度和悬浮岩屑浓度与井斜角、机械钻速正相关,与钻井液排量、转盘转速成负相关。分析了井眼清洁程度与大钩载荷变化规律,提出了井眼清洁程度判断方法,当实测值与预测值偏离程度过大时,需要采取相应技术措施,破坏岩屑床,提高井眼清洁效率。在未形成岩屑床之前,可以通过提高钻井液排量和转盘转速等方式提高井眼清洁效率;当形成岩屑床之后,就需要采用机械方式破坏岩屑床,利用水力方式将岩屑携带出井眼,保证井眼清洁。

一维气液两相漂移模型全隐式AUSMV算法研究

气液两相漂移模型显式AUSMV(advection upstream splitting method combined with flux vector splitting method)算法的时间步长受限于CFL(Courant-Friedrichs-Lewy)条件,为了提高计算效率,建立了一种全隐式AUSMV算法求解气液两相漂移模型.采用AUSM格式结合FVS(flux vector splitting)格式构造连续方程和运动方程的对流项数值通量,AUSM格式构造压力项数值通量.离散控制方程是非线性方程组,采用六阶Newton(牛顿)法结合数值Jacobi矩阵求解.计算经典算例Zuber-Findlay激波管问题和复杂漂移关系变质量流动问题,结果分析表明:全隐式AUSMV算法,色散效应小,无数值震荡,计算精度高.在压力波波速高的条件下,可以显著提高计算效率,耗散效应小.

水力振荡器与井眼清洁工具集成缓解托压技术研究

井斜角大、裸眼段长,容易形成岩屑床,使得钻柱与井壁间的摩阻增加,导致定向时托压现象。因此,为了有效解决定向托压问题,文章提出了水力振荡器与井眼清洁工具集成应用缓解托压的技术,并优化了关键参数。G1603井现场试验结果表明,该集成技术能有效解决大斜度井定向托压问题,大幅提高了定向效率。文章的研究为大斜度井缓解定向托压提供了一种新的方法。

基于自适应RBF神经网络的连续压力波信号滤波方法

由于钻井液连续压力波信号与正脉冲压力信号检测原理不同,致使固定参数滤波方法存在检测特征点时间不准确、误码率高等问题。针对该问题提出一种小波包变换结合自适应变步长RBF神经网络非线性滤波器的滤波方法。该方法首先对输入的连续压力波信号进行小波包变换,运用分层阈值滤波算法和奇异值分解算法,分离出含噪声的有用连续压力波信号;对输入的不发码信号进行带通滤波,分离出噪声相关信号。然后将上述两路信号输入RBF神经网络中,通过自适应变步长滤波算法进行滤波处理,输出有用连续压力波信号。仿真结果表明:该滤波方法与固定参数滤波方法相比,滤波后信号与原信号的相关系数、均方误差、信噪比都得到了提升。现场应用中,相比固定参数滤波算法误码率降低10%,连续压力波信号的噪声得到有效抑制。

水力振荡器安放位置选择及试验

水力振荡器主要用于解决弯螺杆滑动定向钻进中出现的托压问题,该工具通过节流钻井液产生的压力脉冲发生激振力,引起振动发生器伸缩进而将力传递到钻柱,克服摩阻从而缓解托压。为有效发挥该工具的作用对其安放位置进行了理论和试验研究。托压的主要原因是井眼轨迹不规则和下部钻柱摩阻增大,在现有工况缓解托压要首先克服近钻头段的摩阻;水力振荡器安放位置要满足起振条件,最优安放位置应能在起振范围内最大限度的克服近钻头摩阻。分析结果表明理论分析中三段式、双增式轨道对应的水力振荡器最佳安放位置随着井斜、井深的增大而增大,随着造斜率的增大而减小。五段式对应的最佳安放位置随造斜率和井深的变化不明显。试验结果表明根据计算方法安放水力振荡器后,显著减少钻具滑脱释放和活动钻柱次数,有效地缓解了托压。

连续波泥浆脉冲模拟信号发生器的设计与实现

信号频移、相移键控调制技术广泛地应用于连续波泥浆脉冲传输系统中,成为高速有效实现井下数据上传的重要技术手段。介绍了二进制频移键控和连续相位相移键控波形与代表码元的对应关系,给出了连续相位相移键控波形中不同相位波的产生方式以及调整波的频率特征,设计并实现了一种控制软件与基于微处理器和DDS波形发生芯片为核心单元的硬件电路相结合的频移、相移键控信号发生器,为后续的连续波泥浆脉冲数据传输系统的信号解调方法研究提供可靠的输入信号。该发生器设置灵活、扩展性强、频率精度高、电路结构简便,能方便快捷地产生任意所需的键控正弦波形。

长宁页岩气超长水平段水平井钻井完井关键技术

为了解决长宁区块页岩气超长水平段水平井机械钻速低、钻井周期长和井下安全风险高等技术难点,通过理论分析和软件模拟计算,优化了井眼轨道,优选了钻井设备和套管下入方式,并制定了减振提速、防漏堵漏等降低和消减井下安全风险的技术措施,形成了长宁页岩气超长水平段水平井安全高效钻井完井关键技术。该技术在长宁区块3口超长水平段水平井进行了试验,3口井钻井和完井过程中均未发生井下故障,与未应用该技术的邻井相比,机械钻速提高了2.5%,钻井周期缩短了16.9%。这表明,该技术可以解决长宁区块页岩气超长水平段水平井钻井完井存在的技术难点,满足长宁区块安全高效钻井完井需求,可以在该区块进行推广。