省级重点实验室建设和运行管理的几点认识——以油气钻采工程湖北省重点实验室为例

本文结合我校在油气钻采工程湖北省重点实验室的建设和运行管理中出现的问题以及采取的对策,从管理运行机制、经费投资渠道、科研项目、开放基金管理、研究队伍建设方面提出了几点认识,以期能对省级重点实验室的建设和发展有所启发。

依据物质凝聚态分类油气井用转向压裂暂堵剂

暂堵剂阻止压裂液进入不希望进入的通道而成为油气井转向压裂的关键手段之一。目前零星报道的分类,不利于现场准确选择暂堵剂提高转向压裂成功率。200多篇文献调研的暂堵剂中,有的暂堵剂改变裂缝内压力分布,有的暂堵剂改变岩石力学参数,2种机制均能降低裂缝尖端的能量释放率,进而提高裂缝承压能力实现转向。这些暂堵机制皆因物质凝聚态不同所致。遂按凝聚态将暂堵剂分为固态、液-固态、液态等3大类23种,涵盖所有的暂堵剂,提高涵盖率17%,实现了全面覆盖;暂堵剂的密度、粒径、适用温度、解封时间、封堵压力和渗透率恢复值,关联压裂液的密度和排量、封堵孔径或缝宽、储层温度、焖井返排时间、储层应力状态及物性,提高了现场选择暂堵剂的针对性。依据物质凝聚态分类油气井用转向压裂暂堵剂,解决了目前分类方法无法涵盖全部产品、不利于现场准确选择的难题。

基于二维螺旋周向涡流的破碎性油气层固井新技术

固井质量直接影响油气产量,优良的顶替效率是保证固井质量的先决条件。针对破碎性窄密度窗口地层固井存在大排量顶替易漏、小排量顶替效率低的技术难题,提出了螺旋顶替提高破碎性窄密度窗口固井质量的理念,用水平集法构建了水泥浆顶替前置液的追踪顶替界面数学模型,以典型固井工况参数为例,通过数值模拟方法研究了周向速度对顶替界面、顶替效率和接触时间的影响,形成了裸眼段二维螺旋(螺旋刚性扶正器)顶替固井技术。研究结果表明:①二维螺旋顶替时,顶替界面受周向速度的影响,“凸进”现象减缓,顶替界面较稳定,水泥浆接触地层时间延长,顶替效率提高;②相对于一维轴向顶替,二维螺旋顶替在原轴向波及范围内,增加了水泥浆周向波及,有助于将不规则井段内的被顶替液“旋出”,缩小滞留区,提高水泥浆胶结环境,驱净效果明显。结论认为,该技术在伊拉克米桑油气田现场应用,固井质量优质率从40%提升到60%,二维螺旋顶替固井技术稳定顶替界面和提高井壁驱净效果,二维螺旋周向波及顶替机理为解决破碎性窄密度窗口地层固井顶替的技术难题及研发螺旋注水泥工具提供理论支撑。

甘氨酸与热力学抑制剂对甲烷水合物的协同抑制机理

天然气水合物在开采过程中,温度和压力的变化会导致分解后的水合物二次形成,进而会造成井筒和管线堵塞。甘氨酸因其强亲水性和生物可降解性,在水合物防治方面具有巨大应用潜力,但其与热力学抑制剂复配协同抑制水合物生成的作用机理尚不明确。为此,开展了甘氨酸与常见盐类和醇类热力学抑制剂复配使用时的甲烷水合物生成模拟实验,分析了甘氨酸与热力学抑制剂协同抑制甲烷水合物生成机理,并形成了适用于海洋水合物钻探开发用的甘氨酸类钻井液体系。研究结果表明:①甲烷气消耗量并不能真实反映抑制剂对水合物生成的抑制效果,还需结合水合物最终生成量、水合物生成3个阶段的时间变化情况综合判断;②甘氨酸浓度为1.0%时,抑制水合物生成的效果最佳,对应的反应体系具有最小的水合物生成区和最大的稳定区;③相比于单独使用1.0%甘氨酸,5.0%盐类抑制剂与1.0%甘氨酸混合使用时,具有协同抑制水合物生成的效果,可减少水合物生成量20%~30%,但5.0%醇类抑制剂与1.0%以及0.5%甘氨酸混合使用时反而促进了水合物生成;④甘氨酸与盐类混合形成的钻井液体系,可以有效降低水合物生成量。结论认为,该认识进一步厘清了甘氨酸与热力学抑制剂对水合物的协同抑制机理,为解决水合物开采过程中井筒堵塞造成的钻井安全问题提供了实验数据和理论支撑。

新型液动射流冲击器实验

针对天然气深井、超深井钻井中难度大,时效低,钻头寿命短等问题,提出在深井、超深井钻井中采用新型液动冲击回转钻井技术。新型液动射流冲击器包括肺形阀式射流冲击器、盖板流阀式射流冲击器、连体阀式射流冲击器、麻雀型阀式射流冲击器,其工作原理与传统射流冲击器类似。实验包括凹劈、凸劈、尖劈、平劈实验。实验结果表明:通过改变劈形,增加阀等措施,除麻雀型阀式射流冲击器外,均可实现正常冲击。但连体式射流冲击器中的阀及尖劈极易损坏。为了实现深井钻井,建议采用加大喷嘴过流断面面积、改变劈形等措施来解决新型液动阀式射流冲击器易损坏的问题。

二氧化碳驱后微粒运移对低渗透储层的伤害及对渗流能力的影响

CO_(2)驱是高含水油藏三次采油有效的技术措施。利用现有井网转注CO_(2)是目前低油价下经济可行的开发方式。虽然在驱替过程中引起的微粒运移会对岩石孔喉造成堵塞,但注入CO_(2)能有效降低注入压力,且在注入过程中发生的溶蚀作用整体上提高了流体的渗流能力。通过开展CO_(2)驱后微粒运移堵塞规律实验及CO_(2)-水溶液对岩石溶蚀评价实验,并对驱替前后的相渗曲线变化特征进行评价,进一步说明CO_(2)驱对储层渗流能力的影响。结果表明,在注入CO_(2)的过程中,注入速度为0.1、1.0 mL/min时的注入压力均有所降低。有油条件下CO_(2)驱后的岩心渗透率损失为37.05%,而经甲苯和无水乙醇清洗岩心后,岩心渗透率恢复30.48%,说明微粒在运移过程中会被原油束缚,积聚成团,造成堵塞。虽然存在一定的堵塞,但CO_(2)-水溶液主要与绿泥石发生反应,并释放Ca^(2+)、Mg^(2+)、Fe^(2+)等离子,其中Ca^(2+)浓度增长137.05%、Mg^(2+)浓度下降52.20%、Fe^(2+)浓度下降49.45%,说明虽然产生的MgCO_(3)、Fe_(2)O_(3)等会对岩石孔喉造成堵塞,但CO_(2)对CaCO3的溶蚀作用更强,整体上提高了流体的渗流能力,从而在一定程度上改善了后续水驱的注水能力及效果。CO_(2)驱前后,相渗曲线中束缚水饱和度增加,残余油饱和度降低,两相共渗区增大,驱油效率增加,进一步说明CO_(2)驱产生的溶蚀作用整体上增大了孔隙空间和渗流通道,提高了注入水的注入能力。

吴旗油田表面活性剂降压增注物模实验和现场试验

针对吴旗油田长2油藏物性差,渗透率低,注水井堵塞严重的情况,研发了由不同类型商品表面活性剂及助剂醇组成的四组份复配体系H和三组份复配体系D,药剂浓度均为1.1%,给出了体系配方。在4~5 MPa压力下,在空气渗透率0.86×10-3~1.91×10-3μm2的储层岩心中依次注矿化度2.42 g/L的注入水,5 PV体系H或D及后续注水,注水压力降低率/驱油效率分别为21.6%/7.9%(体系H)和32.5%/7.2%(体系D),体系H或D注入量增至101、5 PV时两个参数略有增大,注入压力增至大于81、2 MPa时两个参数略有减小。两体系与原油间界面张力在10-2mN/m级。选择复配体系D用于吴72-71井的降压增注试验,酸化后再注表面活性剂,处理半径5 m,注入体系总量836 m3,含药剂9.2 t。注入后该井注水压力下降3 MPa,完成日配注水量60 m3,有效期已超过6个月。图3表3参5。

产电微生物对SMFC产电及降解性能的影响

目的在以含油污泥为阳极底泥的沉积型微生物燃料电池(SMFC)体系中,通过改变产电微生物种类和分布方式,探究产电微生物对SMFC产电及降解性能的影响。方法通过采集输出电压、功率密度、表观内阻来检测石油去除率,比较了不同单菌-SMFC、不同混合菌-SMFC的产电性能和降解性能,考查了菌种分布对SMFC性能的影响。结果在单菌-SMFC中,弗氏柠檬酸杆菌-SMFC的产电及降解性能均优于其他5种单菌构筑的SMFC;混合菌-SMFC的产电及降解性能较单菌-SMFC有较大提升,且其中蜡样芽孢杆菌+中间苍白杆菌-SMFC的产电及降解性能最优,输出电压可达到515.30 mV;菌种分布在阳极材料中和阳极底泥中都可以降解含油污泥中的有机物,但是菌种分布在阳极材料中更有利于SMFC产电性能及降解性能的发挥。结论混合菌相对于单菌能够显著提升SMFC的产电及降解性能,而且菌种分布在阳极材料中更有益于SMFC产电性能及降解性能的发挥。

多热源影响下双深双高钻井井筒瞬态传热模型

为准确分析钻井液高温高压物性参数、钻柱偏心、旋转和钻头破岩多种热源因素对环空温度剖面的影响,基于井筒和周围环境传热机理和流动过程,建立了一种适用于双深双高钻井的井筒瞬态传热模型。利用有限体积法对该模型进行数值求解,并将现场实测数据分别与软件Drillbench和该模型进行对比验证。结果表明,该模型的预测与现场实测数据拟合效果更佳。研究发现:综合考虑多种热源因素会使环空温度更接近井筒真实值,井底环空温差达到8.43℃;当考虑钻井液高温高压物性参数变化时,下段环空温度随井深的增加而显著减小,井底处环空温差为3.48℃;相较钻柱偏心,旋转和钻头破岩作用对环空温度的影响更显著,井底环空温差分别为6.20和6.56℃。研究结果可为双深双高钻井井筒温度预测和控制提供理论指导。

油气井眼井斜角、方位角对盐岩蠕变的影响

盐岩在应力作用下发生蠕变导致井眼闭合,常引起钻具卡钻事故。现有分析盐岩蠕变模型大都基于二维平面模型,很难有效地分析定向井的蠕变卡钻问题。在空间坐标变换的基础上建立定向井三维蠕变模型,将应力在井斜角方位角的变化转换为井轴坐标系下的变化。利用所建立的数字模型,分析在一定应力条件下井斜角与方位角变化对蠕变的影响,同时提出定向井眼参数存在蠕变"敏感区"的理论,为顺利钻穿盐岩层提供优化设计的定向参数。经过现场实例验证,利用建立的三维数字模型计算得出的安全泥浆密度在盐岩层定向钻井时,能够安全顺利钻穿盐岩层,为盐岩层的定向钻井推荐安全泥浆密度提供参考方法。

减氧空气驱集输管道抗氧缓蚀剂优选与评价

目前抗氧缓蚀剂存在种类稀少、单一种类缓蚀剂的性能不够好以及经济成本较高等一系列问题。为此,结合国内某减氧空气驱集输管道实际工况特点,通过对氧腐蚀机理研究,选取了3种现已研发的油田常用抗氧缓蚀剂EQI、HTT和TCT,对其进行了动态腐蚀评价试验和表面形貌分析,通过分子动力学模拟其在Fe表面的吸附情况,得到缓蚀剂分子在水溶液环境下对Fe基体表面的吸附能大小,结合对比分析模拟和试验的结果,筛选出缓蚀性能最佳的缓蚀剂。试验和模拟结果均表明:水溶液中3种缓蚀剂分子在Fe基体表面的吸附能大小从高到低依次为TCT>EQI>HTT,缓蚀剂分子吸附能越大,缓蚀性能越佳。所得结论可为减氧空气驱集输系统的腐蚀防护工作提供理论指导。

稠油非线性渗流启动压力梯度实验研究

稠油中胶质、沥青质等高分子混合物决定其特殊的结构特性,表现出非线性渗流的特点。启动压力梯度是研究非线性渗流的重要环节。以实际某油田为例,对比分析目前国内外常用的几种测量启动压力梯度的方法,选择出最佳实验方法,通过实验研究不同渗透率条件下启动压力梯度存在的临界黏度并绘制版图,最后研究目标油田全流度范围内启动压力梯度与流度的关系。实验结果表明:微流量驱替法是较为实用的测量启动压力梯度的方法;目标油田启动压力梯度存在的临界黏度随渗透率的增加而增大,且增大的幅度逐渐趋于平缓;流度较小时,随流度的增加启动压力梯度下降较快,随着流度的不断增加,启动压力梯度下降幅度减缓。

破胶—絮凝—深度氧化法处理残余压裂液实验研究

胜利油田压裂作业后产生的残余压裂液具有COD、黏度、浊度高的特点,采用破胶—絮凝—深度氧化法来处理残余压裂液。筛选出性能优良的破胶剂、无机混凝剂、有机絮凝剂和深度氧化体系并确定最佳实验条件,最终得到胜利油田残余压裂液室内处理配方:每100 mL残余压裂液需加破胶剂JPC 0.5 g、聚铝0.25 g、聚丙烯酰胺溶液3 mL、5 mL Fenton试剂〔n(FeSO4.7H2O)∶n(H2O2)=8∶1〕。室内实验结果表明:处理后残余压裂液的各项污染物大幅下降,除COD外,其余污染物含量已经远低于GB 8978—1996的Ⅱ级排放标准。

寒带海域永冻层的力学特性对油气钻井的挑战

全球海洋油气勘探开发活动目前主要集中在热带和温带地区,但随着世界能源发展格局的变化以及油气需求量的不断增长,寒带海域的油气资源越来越受到关注和重视。永冻层所具有的力学性质特殊性,给寒带海域油气开采带来了极大的困难与挑战,目前国内对于寒带海域油气钻井技术鲜见报道。为此,通过调研国内外的文献资料,分析了永冻层在不同状态下的力学特性及其在井筒安全、钻井平台、钻井液体系、固井和天然气水合物等方面所存在的风险,综合阐述了套管隔热、优快钻井、低温钻井液、低温固井及钻井平台设计等永冻层油气钻井关键工艺及配套技术的现状。研究结果表明:①永冻层所在的环境温度对其力学性质较为敏感,温度是稳定永冻层力学性质以及实现安全快速钻井的关键因素;②合理而高效的保温隔热技术、低温流体工艺技术和抗冰钻井平台技术是确保海域永冻层钻井顺利实施的核心技术。结论认为,寒带海域油气资源丰富,在弄清永冻层分布特征和力学特性的基础上,研发并掌握寒带海域相关钻井技术对于提高我国海洋钻井技术的国际竞争力具有重要的意义。

CO_(2)驱不同注入方式对低渗透储层渗流能力的影响

CO_(2)驱是提高低渗透储层采收率有效的技术手段。CO_(2)与原油接触后使体系中的沥青质以固体形式沉积下来,对储层造成一定堵塞,但同时发生的溶蚀作用整体上提高了储层渗流能力,且不同注入方式下CO_(2)驱对低渗透储层渗流能力的影响具有一定差异。开展了CO_(2)连续注入及CO_(2)-水交替注入后有机垢堵塞机理实验、储层润湿性实验及CO_(2)-水溶液对岩石的溶蚀评价实验,并对相对渗透率曲线参数变化特征进行评价,定量表征了CO_(2)驱不同注入方式对低渗透储层渗流能力的影响程度。结果表明:CO_(2)驱产生的有机垢会对岩石孔喉造成堵塞,但整体上CO_(2)与绿泥石反应导致的溶蚀作用更强,使得低渗透储层采收率有效提高;且CO_(2)-水交替注入比CO_(2)连续注入引起的有机垢堵塞要弱,溶蚀作用效果更好,渗透率损失率更低,能够在中、大孔隙中取得更好的驱油效果,整体上更能增大岩石孔隙空间和渗流通道,使得低渗透储层采收率有效提高。

轮古7井区低渗透油藏水锁损害实验评价及预测

针对低渗透油藏易受水锁损害的特点,介绍水锁损害机理,提出水锁损害实验室评价方法。同时,针对水锁损害实验评价既需要代表性的储层岩心,又耗费大量人力物力的缺点,介绍了BP神经网络原理和灰色系统理论,把两者引入水锁损害研究中来,将灰色GM(0,N)预测法和BP神经网络法有机结合,建立一种新的预测模型——灰色-神经网络预测模型,并分析其可行性,用计算机C语言程序实现了上述过程。以塔里木油田轮古7井区15块有代表性的岩心室内水锁损害评价结果为学习样本,另外5块岩心为预测样本,建立了灰色-神经网络水锁损害预测模型。预测结果表明,模型预测结果与实验室实测结果吻合程度较好。并通过与回归分析法、灰色GM(0,N)预测法和神经网络法这三种预测方法进行比较,发现灰色-神经网络水锁损害预测模型效果明显优于其他几种方法。

致密油气藏水平井分段压裂技术现状和进展

致密油气的高效开发离不开水平井分段压裂技术。水平井压裂增产技术逐步向多级分段压裂、大规模分段多簇的"体积压裂"的趋势发展,工厂化作业技术成为致密油气低成本开发的模式。由于技术进步和压裂设备的不断更新,水平井钻井技术、大规模压裂技术和压裂微地震实时监测诊断技术是致密油气开采的三大关键技术。水平井分段压裂技术已经成为油田提高采收率和开发综合效益的重要手段。通过对国内外水平井分段压裂技术的调研和分析,对机械封隔器分段压裂技术、水力喷射分段压裂技术、裸眼封隔器分段改造技术、可钻桥塞分段压裂技术、液体胶塞分段压裂技术等工艺技术的应用现状和技术局限性给予论述,展望水平井分段压裂改造技术的发展趋势,为国内各油田水平井分段压裂工艺技术的选择提供参考。

辽河油田超稠油脱水温度优化实验

以辽河油田杜229＋84超稠油区块的油样为实验对象,研究了超稠油的原油密度、粘度、混合原油乳状液密度、粘度、乳状液膜压及混合原油脱水水滴沉降速度等与温度的变化关系;分析了温度对超稠油脱水速度的影响。实验结果表明,温度升高,混合原油及其乳状液的密度、粘度均减小,原油与脱出水密度差先增加后减小,水滴在介质（原油）中沉降速度增加,稠油乳状液膜压降低,升高温度有利于加快超稠油的脱水速度;油水密度差在70~95℃增加幅度最大,原油及其乳状液粘度的减小幅度最大。综合考虑经济因素,超稠油最佳破乳脱水温度为80~95℃。

热油吞吐室内实验研究与评价

通过室内二维平面模拟实验,用五点法布井方式的填砂平板模型,在模拟生产井完全水淹的基础上,模拟热油吞吐的生产过程。实验中设计的模型能较好地模拟均质油藏,采用可视化模型直观地再现了注油前后生产井周围多孔介质中油水的微观分布状态。根据各周期注油量和采油量,以及模拟生产井周围油水的分布情况,从油藏渗流规律和驱油理论2方面综合分析,提出了劈水疏油的概念,并利用这一概念对热油吞吐提高油井产量的原因进行了分析,指出劈水疏油是热油吞吐提高油井产量的主要机理,热效应和解除井底有机垢堵塞对增产也有辅助效果。

低渗透岩石渗流规律的实验研究方法

现有渗流规律研究实验主要都是针对中高渗油藏的,而对低渗油藏岩心样品却缺乏统一和规范。为改变这一现状,更科学地研究低渗透岩石渗流规律,有必要了解该领域目前的实验研究现状。在参考大量相关文献的基础上,对近年来国内外学者开展的实验研究进行了总结,内容包括低渗透岩石渗流规律的特征,低渗透岩石渗流规律的实验研究现状和实验研究存在的问题。对这些问题提出了初步解决思路,研究成果可为从事相关工作人员提供参考。