四川盆地威远地区筇竹寺组页岩超临界甲烷吸附特征

通过对四川盆地威远地区威207井(W207井)下寒武统筇竹寺组7个总有机碳(TOC)质量分数不同的页岩样品的孔隙结构和甲烷吸附测试,评价了四川盆地下寒武统筇竹寺组页岩的孔隙发育特征和甲烷吸附能力,探讨了该地区下寒武统筇竹寺组页岩甲烷吸附性能的影响因素。研究结果表明,四川盆地下寒武统筇竹寺组页岩孔隙比表面积主要由微孔贡献,介孔的孔体积占比最高,微孔比表面积、微孔体积与w_(TOC)关系较好;样品的甲烷最大绝对吸附量与w_(TOC)、孔隙总比表面积呈正相关关系,说明甲烷吸附量与总有机碳中微孔的发育密切相关;吸附热(Q_(st))和标准熵(ΔS^(0))的计算结果表明,研究区的有机质类型更接近I型干酪根,说明下寒武统筇竹寺组有机质的最主要母源为藻类;通过对比过剩吸附量与绝对吸附量的差别,在储量预测时有机质的绝对吸附量能够更好地预测地质条件下的真实储量。

2023年中国天然气发展述评及2024年展望

为了助力产业高质量发展、助推中国式现代化建设,收集、整理、分析了中国天然气行业2023年的各项指标、数据和动态,论述和研判了2023年中国天然气产业链各环节以及天然气市场的热点和亮点,进而展望了2024年中国天然气行业的发展前景。研究结果表明,2023年中国天然气发展稳中有进、不乏亮点,主要表现在:(1)天然气勘探全面开花,预计新增天然气探明地质储量或创历史新高;(2)天然气生产稳中有进,全年共生产天然气2 324×10^(8)m^(3),年增产量近123×10^(8)m^(3);(3)天然气进口量增价跌(共进口天然气1 655.6×10^(8)m^(3)),其中LNG进口量重返世界第一(进口量为984.2×10^(8)m^(3));(4)天然气需求量小幅度反弹,天然气表观消费量达3 915.5×10^(8)m^(3),天然气对外依存度为40.6%,市场供应平稳;(5)天然气基础设施建设方兴未艾,LNG接收站、天然气长输管道和地下储气库建设有新进展;(6)在推进实现碳达峰碳中和目标和建设新型能源体系的形势下,油气生产企业大力拓展新能源业务;(7) LNG重卡销量创历史新高(共销售15.19万辆),用气增量异军突起;(8)国家问政于民,新版《天然气利用政策》面向全社会征求意见。结论认为:(1)尽管中国天然气增量市场面临着煤炭“压舱石”和新能源的竞争,但天然气仍然是中国能源结构低碳化发展过程中的桥梁和支柱,不可或缺;(2)预计2024年天然气勘探力度不减,探明天然气地质储量增势依旧;(3)天然气生产稳中有进,增产量与2023年相当;(4)天然气进口量将大幅度增加,天然气进口均价将继续下降;(5)天然气需求量平稳增长,市场供应宽松。

致密砂岩气藏暂堵压裂裂缝起裂扩展实验模拟

针对鄂尔多斯盆地SD区块盒8段储层低孔低渗、非均质性强、常规压裂裂缝形态单一等问题,基于断裂力学理论,考虑缝内流体压降,结合盒8段储层岩石力学参数,开展暂堵压裂裂缝与初次压裂裂缝在整个接触过程中的相互作用力学研究。计算分析了不同裂缝走向、井斜角、方位角等参数对压裂裂缝参数的影响规律,起裂压力随井斜角和方位角的增加而减小;起裂角随井斜角增加而减小直至为0°,随方位角先增加而后减小。通过制备人工水泥试样,利用大尺寸真三轴物模实验系统模拟了暂堵压裂中新缝起裂及其转向行为,评价了不同井斜角、方位角下新缝起裂、转向及延伸行为和起裂压力及裂缝改造面积等参数。实验结果表明:井斜角增大,初次及二次起裂压力呈减小的趋势,裂缝更易转向且改造面积越大。井斜角相同时,裂缝起裂压力随井筒方位角增加而逐渐减小,裂缝改造面积随方位角增加而增大。方位角90°螺旋射孔相比方位角0°螺旋射孔形成的裂缝更为复杂,定面射孔可调控水平井破裂压力及初始破裂位置,初始破裂产生于射孔井筒界面、孔道中部等不同位置,控制射孔射角介于75°~90°。研究结果为低渗透致密砂岩气藏暂堵压裂设计提供了依据。

陇东地区深井钻井循环温度预测及应用分析

长庆油田陇东地区部分天然气井深度约为5000 m,相应的地层温度会超过130℃。然而随着该地区对深层油气、非常规油气以及页岩气等资源的不断开发,高温已成为钻井作业的重要制约因素。为了防范井下高温可能引发的工程事故,构建了一个二维钻井循环温度预测模型,对井筒温度特性进行了分析,并为钻井液和钻井工具的选择提供了理论支持。研究结果表明:1)在开始泵送循环的初期,井口温度迅速升高,井底温度迅速下降,之后的1.5 h内,井口和井底温度变化逐渐趋缓;2)在相同的井深下,随着循环时间的增加,井筒内的钻柱内钻井液温度和环空内钻井液温度逐渐下降,同时相应位置的环空内钻井液温度和钻柱内钻井液温度也下降;3)在预测的温度范围内,对该井的3种钻井液体系进行了表观黏度和塑性黏度实验,结果显示黏度的变化受温度影响较大;4)在预测的温度范围内,以三元乙橡胶为研究对象,随着老化时间的增加以及温度的升高,橡胶密封圈的厚度逐渐减小,硬度逐渐增加,压缩永久变化率也逐渐增加。该预测模型的预测结果与实际生产相符,为设计和选型提供了有价值的指导,具有重要的研究意义。

亲油水泥浆界面封隔性能评价研究

页岩气井油基钻井液条件下固井时,套管与井壁表面附着油膜或油基钻井液易导致水泥环界面封隔能力下降,形成窜流通道,影响后期增产改造作业。虽然前置液能有效提高界面润湿反转,但受用量、冲洗效率等因素限制,界面仍会出现油膜附着情况。为此,在水泥浆中加入亲油表面活性剂,制备形成亲油水泥浆,赋予水泥环亲油能力。采用接触角、剪切胶结强度、界面水力封隔测试等评价了亲油水泥石的亲油能力及界面封隔效果。研究发现,非极性溶剂在亲油水泥石表面接触角远低于常规水泥石表面,具备良好的亲油性能;亲油水泥石与含白油、油基钻井液的套管、页岩岩芯胶结后,一、二界面抗流体窜流压力分别提升500%和400%,胶结强度分别提高205%和122%;亲油表面活性剂的加入不会对水泥水化程度、水泥浆工程性能及水泥石力学性能产生负面影响。结果表明,亲油表面活性剂掺入后可有效提高水泥环与含油界面的封隔能力,具备提高油基钻井液条件下水泥环套管地层界面胶结与封隔性能的潜力。

超临界CO_(2)对致密碳酸盐岩力学特性影响

采用超临界CO_(2)破致密碳酸盐岩具有破裂压力低,易形成复杂缝特点,但其作用的力学机理尚未清晰。选用马家沟组致密白云岩样,采用高温高压超临界CO_(2)饱和流体法,研究了岩样在超临界CO_(2)+地层水的流体中浸泡不同时间后的物性、声波响应、岩石力学特性和破裂形态特征。结果表明,随着浸泡时间增加,化学溶蚀作用引起溶蚀孔径增大,岩样孔隙度、渗透率增加,而声波速度、动态和静态岩石力学参数均下降;当浸泡时间大于1.0 d后,岩样物性参数增大和力学强度降低明显;随着浸泡时间增加,岩样破裂形态由单一低角度剪切缝向高角度剪切缝、共轭缝和剪切、张型复合缝等复杂形态发展;压裂短时间内(小于1.0 d)超临界CO_(2)+地层水形成的弱酸对岩石力学强度劣化程度有限。

自控型粒子冲击钻井系统研制与现场试验

我国油气资源勘探开发中常规钻井技术在钻遇石英砂岩、燧石、高硅质砂岩、黄铁矿和火成岩等难钻地层时,面临“钻速慢、进尺短”的钻井瓶颈。为此,基于粒子高频冲击破岩原理,借鉴高层建筑混凝土配浆-注浆和常压混凝土储存方法,设计了双活塞换向机构、防粒子沉淀物料罐、动态回收储存装置、高效分离装置和2D/3D自动化监控系统,研制了1套自控型粒子冲击钻井系统,并在江沙X1井对其进行了现场试验。试验结果表明:该系统运行稳定可靠,粒子回收率达到98.7%,平均机械钻速15 m/h,与邻井同地层螺杆配PDC钻头钻进方式相比平均机械钻速提高1.52倍。所得结论可为深层及复杂坚硬地层钻井提速提供技术支撑。

钛合金/钢钻杆复合钻柱动力学特性分析与优化设计

钻井深度的持续增加使钻柱面临的载荷工况越来越严苛。钛合金具有密度小、屈服强度高和弹性模量低等特点,基于井口钻杆抗拉余量设计要求,设计3种钛合金/钢钻杆复合钻柱,即复合钻柱1(Φ101.6 mm钻杆段全段使用钛合金钻杆)、复合钻柱2(Φ101.6 mm钻杆上半段使用钛合金钻杆)和复合钻柱3(Φ101.6 mm钻杆下半段使用钛合金钻杆)。为了探究钛合金/钢钻杆复合钻柱(简称为复合钻柱)的动力学特性,基于Hamiton原理建立复合钻柱的动力学模型,并采用节点迭代法和Newmark-β法对模型进行求解,分析3种复合钻柱的涡动特征、动态应力和振动特性,并与常规钢钻柱进行比较。结果表明:钛合金钻杆的使用可有效减缓钻柱涡动速度、动态应力,其中复合钻柱3的涡动速度、动态应力最小;基于振动特征强度对钻井作业参数进行优化,形成复合钻柱3的钻井作业参数推荐图版并给出合理的施工参数范围。

基于坐封受力模型的暂堵球封堵效果影响因素与参数优化

暂堵球在射孔孔眼及压裂裂缝中的坐封状态影响其封堵稳定性,暂堵球封堵效果决定暂堵转向压裂技术的成败。通过建立暂堵球坐封受力计算模型,研究了压裂液排量、密度、暂堵球及孔眼参数对暂堵球坐封受力状态及其封堵效率的影响,实验模拟了不同射孔参数、压裂排量及暂堵球/压裂液性能对封堵效果的影响。结果表明:暂堵球受拖拽力、脱离力及持球力随压裂液排量的增加而增大,暂堵球更易坐封;压裂液及暂堵球密度对暂堵球坐封封堵效率影响不大;暂堵球粒径大于孔眼直径时,暂堵球坐封封堵效率随粒径增加而增大,当暂堵球直径小于孔眼直径时,暂堵球不容易坐封;射孔孔眼数增加影响暂堵球坐封封堵效率。实验评价暂堵球最佳直径为9.0 mm,最佳泵送排量大于4.0 m^(3)/min时,有助于提高暂堵球坐封成功率,增强暂堵压裂设计的可靠性。

超深地层井壁失稳理论与控制技术研究进展

超深地层是我国油气勘探开发的重要领域,但因超深地层复杂地质环境导致的井壁失稳已经成为制约超深地层油气资源动用的重大技术难题之一。为此,从地质和工程2个方面系统总结分析了超深地层井壁失稳机理,进而分析了超深地层岩石物理力学实验及本构方程、地应力测量与地层压力预测等地质力学参数评价技术,并探讨了超深地层井壁稳定性评价理论与控制技术的研究进展,最后提出了促进超深地层钻井理论技术发展的建议。研究结果表明:①加强还原超深地层环境的岩石物性、力学和物理模拟实验研究,耐高温高压地应力和井筒压力测量仪器研发,是认识超深地层极端环境下岩石与地质力学特性的关键;②高温高压条件下的多场耦合岩石力学理论是构建超深地层井壁稳定性评价技术体系的基础;③攻关融合超深地层钻井的大尺寸多开井身结构设计、抗高温高压钻井液体系、防漏堵漏工艺与材料、精细控压钻井理论与工具等井壁稳定控制技术是实现超深井钻井提质增效的前提。结论认为,超深地层井壁失稳理论与控制技术的发展不仅推动了我国油气钻探朝着超深地层进军,还有力推动了深地工程科学考察、超深层油气勘探开发理论与装备的迭代与升级。

深层富有机质页岩孔隙结构分形特征及其地质意义——以四川盆地威远地区下志留统龙马溪组为例

与中、浅层页岩不同,四川盆地南部地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组深层富有机质页岩经历了复杂的成岩作用,发育不同的孔隙结构,影响页岩气的赋存状态。为了探讨深层富有机质页岩的孔隙结构、分形特征及其对页岩气富集的影响,以该盆地南部威远地区龙马溪组页岩为研究对象,综合运用有机碳分析、X射线衍射、高分辨率扫描电镜和低温氮气吸附等测试手段,定量表征研究区深层富有机质页岩储层的基础参数及其孔隙结构特征;并运用FHH分形理论,结合低温氮气吸附实验,计算页岩孔隙分形维数,讨论孔隙结构的影响因素及其地质意义。研究结果表明:(1)研究区龙马溪组深层页岩有机质含量(TOC)高,平均值为2.04%,石英等脆性矿物含量占38.00%~73.00%;(2)龙马溪组深层页岩储层普遍发育墨水瓶状有机孔、狭缝型或平板状无机孔等,BET比表面积介于1.252~28.676 m^(2)/g,BJH孔体积介于0.013 192~0.063 874 cm^(3)/g;(3)深层页岩孔隙分形具有明显的分段性,分形维数D_(2)>D_(1),孔隙结构受页岩组成控制,分形维数受控于比表面积和孔径,且与TOC密切相关;(4) LM1—LM3笔石带沉积的富有机质硅质页岩TOC高、分形维数D_(1)和D_(2)值大,介孔BET比表面积和BJH孔体积最大,既有较多的气体吸附位点赋存吸附气,又有良好的孔隙空间贮存游离气,是深层页岩气富集的“甜点段”。结论认为,综合页岩品质参数和分形维数特征可有效评价页岩气富集的“甜点段”,并对实现深层页岩气的增储上产具有现实的指导意义。

油气储层用化学封堵材料性能室内评价方法发展方向

目前油气井储层封堵材料室内评价多以承压能力和储层保护能力为主,并以其作为入井依据。但随着技术进步和社会发展,只满足作业需求的某一项或几项指标,无法投入现场试用或应用,导致需要重复检测、评价,造成投入应用时间长,成功率低。从1000余篇国内外油气井安全性、储层保护和环境保护等相关主题词的文献中,发现封得住、稳得起、流得出、过得关和用得起等5项投入应用的性能指标需要检测,并以此为依据将检测方法分为5类。引入大数据思想分析应用成功率与测试指标数量的关系、投入应用时间与测试指标数量的关系发现,评价5类指标比评价单一指标的材料应用成功率最多高62%。5类评价方法项全部完成增加室内工作时间但投入应用的时间最多可节约77%。结果表明,封堵材料应用前评价5类指标,解决了封堵材料投入应用的时间长、效率低难题,不仅为储层封堵材料投入现场应用提供评价指标和检测方法,还为其他井筒作业材料提供了可借鉴的评价手段。

水基完井液静态沉降稳定性影响因素研究

通过研究不同密度的水基完井液在不同温度下沉降1~15 d的流变性能、滤失性能和沉降稳定性,计算不同因素间的皮尔森系数绘制热力图,考察了不同因素对静态稳定分层指数(SSSI)的影响。实验结果表明:沉降15 d内,不同密度完井液的清液量与SSSI值的相关性系数均达到0.91;完井液密度、老化时间以及沉降温度与SSSI值的相关性系数分别为0.64、0.58和0.23,即沉降稳定性的影响因素由大到小排列的顺序为完井液密度—老化时间—沉降温度,但沉降温度、老化时间分别与密度呈现竞争关系。

一种抗高温梳型两性离子聚合物降黏剂

针对深井超深井钻井中高密度水基钻井液黏度高、易高温增稠等流变性调控难题,以对苯乙烯磺酸钠盐、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-烯丙基-2-甲基氯化铵、烯丙基聚氧乙烯醚为单体,合成了一种抗高温梳型两性离子聚合物降黏剂ZT-1。采用红外光谱表征了降黏剂的分子结构,验证梳型两性离子聚合物合成的成功,采用热重分析表征了降黏剂的热稳定性,其分解温度达250℃。ZT-1具有良好的抗高温耐盐钙降黏分散性能,抗温240℃,可抗饱和盐,抗2%氯化钙;ZT-1加量为0.3%时,老化温度为200℃,在评价浆中的降黏率可达77.7%,在高密度(2.4 g/cm^(3))水基钻井液体系中表观黏度的降低率达33%,塑性黏度的降低率达14%,动切力降低率达67%。ZT-1性能优于阴离子降黏剂磺化丹宁以及常规线性两性离子聚合物降黏剂XY-27和ADS共聚物,这种梳型两性离子聚合物降黏剂在超高温超高密度钻井液中具有良好的应用前景。

水泥环孕育机理及其压裂工况下密封力学分析

在油气井压裂过程中,压裂液的高压和降温作用存在破坏水泥环密封性的风险,对于多级压裂或者重复压裂,井筒压力和温度的交替作用加剧了水泥环的破坏,影响多级压裂的效果。研究了水泥环的孕育机理,利用有限元软件对套管—水泥环—地层系统进行了全尺寸等效建模和力学仿真,对多级压裂水泥环的变形和破坏规律进行了定量分析。结果表明,井下水泥环的先天环境压力不同于养护压力,应当归属于水泥环的材料属性;压裂时水泥环表现为环向拉应力破坏,且内侧比外侧更容易破坏;压裂停泵时,水泥环残余变形导致一界面产生剥离应力,如果剥离应力大于一界面的粘结强度,一界面将出现剥离破坏;提高水泥石的抗拉强度和降低弹性模量可提升水泥环的密封性能。该分析为油气井水泥材料的研究提出改进方向,为多级压裂的参数优化提供参考。

射孔管柱动力学特性研究

射孔管柱受射孔弹爆炸冲击载荷易发生变形甚至断裂,保障管柱承载安全性是射孔作业的关键,现有射孔管柱力学分析模型简化条件过多,计算精度有待提高。以射孔爆轰载荷计算方法为基础,根据欧拉-伯努利空间梁理论和间隙元理论,利用有限元方法建立了射孔管柱三维冲击动力学模型,并利用Generalized-α法对模型进行了求解,以实测数据对模型精度进行了验证。以现场实际作业数据为基础,对射孔管柱的动力学特性和安全性进行了分析评估。结果表明,射孔爆轰载荷会使射孔管柱发生剧烈的纵向、横向振动;射孔弹装药量越高对射孔管柱的冲击作用越强烈,油管的振动幅度越大;增加射孔管柱长度可以减小管柱应力;油管壁厚对管柱的动力学行为和安全性能有较大影响。

油气井井下腐蚀检监测技术及国内应用现状

为在油气开采中尽早识别井下管柱的腐蚀和其他缺陷,从而保障油气安全、高效生产,本文对国内外现存的油气井井下腐蚀检测技术和监测技术进行了综述,进而分析了上述技术在国内油气田的应用,同时对相关技术的发展提出了展望。认为提高技术、设备的可靠性和适应性,实现在线监测和实时监测,是非常重要的攻关方向。

国内外PDC钻头新进展与发展趋势展望

PDC钻头近年来发展迅速。为了能够及时掌握PDC钻头的最新进展,系统梳理了国内外油气井用PDC钻头新进展,介绍了中国石油在新型钻头研发与应用方面的工作,进一步阐述了国内PDC钻头研发面临的形势与挑战,展望了油气井用PDC钻头发展新趋势。研究结果表明:在油气资源勘探向着万米深层进军的大背景下,仍然面临地层可钻性差导致钻头破岩效率低、砾石层引起钻头振动先期损坏、大尺寸井眼钻井周期长等严峻挑战,技术与材料革新型高效钻头、混合式钻头、自适应钻头等能够明显提高钻进效率延长钻头寿命;智慧钻头所能提供的丰富井下数据能够提高对于深部破岩机理、岩石物性的认知,对于进一步优化钻头结构、识别可能存在的油气储层等具有重要的意义。应积极借鉴和移植这些成果,尽早研发出适用于深部油气勘探或深地科学钻探等领域的高端耐用钻头。研究结果可为高端PDC钻头国产化、系列化工作和相关从业人员提供借鉴。

高含水油井双向调堵剂性能评价及工艺参数优化

针对油田进入中高含水开发期,提高采收率效果差的难题,提出采用一种复合离子型调堵剂进行双向调堵实验的方法并对其进行可行性分析。以调堵剂溶液的黏度变化为指标评价了该调堵剂的性能,通过室内岩心驱替实验对其进行了工艺参数优化。结果表明,该体系耐温可达70℃,耐盐100 g/L,封堵性能良好,一定条件下,当裂缝宽度为0.5 mm可承压19.49 MPa,当渗透率为100 mD的岩心承压达15.16 MPa。该调堵剂体系可满足双向封堵技术要求,为进一步提高采收率提供有力的技术支撑。

基于泵送频率的往复泵活塞故障诊断方法

为了确保往复式钻井泵的高质量运行,实施在线故障监测至关重要。从BW-250型钻井泵液力端的易损件入手,设计了试验探究钻井泵的振动信号的成分;通过对频率成分的分析,揭示了泵送频率幅值与活塞刺漏故障之间的关系,并依据机理提出了以泵送频率幅值作为诊断指标的钻井泵活塞故障检测方法,进一步结合最大相关峭度解卷积滤波及包络谱分析等方法从泵送频率处能量变化的角度,对活塞刺漏这一故障进行了诊断;结合实验室以及钻井现场采集的数据对该方法进行了验证,并将诊断结果同其他振动指标做了对比。结果表明,该方法对于往复泵活塞故障诊断的准确率为91.1%,相较于均方根诊断准确率提升了3.6%、相较于脉冲因子、裕度因子和峭度3种统计指标诊断准确率提升了9%以上。该方法取得了良好的结果,为往复泵活塞组件的故障诊断提出了一种较好的解决思路。