典型工况下完井管柱井下安全阀力学性能分析

井下安全阀作为油气井完整性的重要屏障,其工作性能和力学行为对安全生产至关重要。以西部油田深井常用井下安全阀为例,建立安全阀三维有限元分析模型,根据模型各几何体的结构特点在前处理阶段对模型网格作细部处理,应用有限元分析软件的弹簧仿真功能对模型中的弹簧作等效替换,考虑坐封、压裂、开井、关井4种典型工况,分析安全阀体和关键部件的工作程序和力学性能。结果表明,压裂工况下安全阀应力值最高,为最不利工况,其最大应力与大部分部件应力差值超过250 MPa,虽整体应力强度安全系数在1.41以上,但关键零部件应力分布不均。其中,中心管大部分部位应力差值超过200 MPa,导致应力分布的折线图呈现出“山峰”式变化,其端部附近几毫米位置处应力差值超过70 MPa,导致应力分布呈现出从一点迅速上升的变化趋势;下部接头大部分部位应力差值超过300 MPa,边角附近的应力差值超过150 MPa;传力筒整体应力较为均匀,但端面局部应力有突变情况,突变值超过200 MPa。研究结果对安全阀及类似井下工具改进设计及使用具有借鉴意义。

丙烯酰胺类压裂液稠化剂的研究进展

人工合成聚丙烯酰胺和天然植物胶如瓜尔胶等常作为压裂液稠化剂,与瓜尔胶等天然植物胶相比,丙烯酰胺类人工合成稠化剂因其在性能、价格、清洁程度方面更具优势,而在油田压裂作业中广泛使用。对丙烯酰胺类压裂液稠化剂进行了调研,根据聚丙烯酰胺类压裂液稠化剂参与合成的反应单体数目进行了分类(1~5种),总结了丙烯酰胺类压裂液稠化剂的合成方法、合成条件,并对部分反应单体增效原因进行了解释,提出了在合成时缺少竞聚率测定、缺少对聚合物进行结构设计等问题,而这可能是影响其性能的关键。该研究可为合成丙烯酰胺类压裂液稠化剂时单体选择、合成方法提供参考。

可伸缩仿生聚晶金刚石复合片钻头

针对现有PDC钻头不易吃入硬岩、出现黏滞滑动等问题,基于仿生相似原理,以鼹鼠爪趾和鲨鱼牙齿为仿生原型,结合双级钻头和复合钻头的优势,设计出一种可伸缩仿生PDC钻头。使用数值模拟方法,对比了仿生PDC齿与普通齿的破岩切削力与机械比能、可伸缩仿生PDC钻头和普通PDC钻头的进尺和反扭距;为便于后续伸缩结构设计,采用Box-Behnken法对钻压、转速、伸缩长度及破岩量和扭矩参数进行了多因素有限元仿真试验;建立了参数之间的二次回归数学模型,并分析了上述参数之间的关系。结果表明,仿生PDC齿相较普通齿更容易达到岩石的破碎极限,在破岩过程中的机械比能和切削力分别减少约19%和12.7%,有效提升了破岩效率;可伸缩仿生PDC钻头相比普通PDC钻头,在破岩过程中的进尺增加1.25倍,钻速提升21%,受到岩石的反扭矩减少33%,能有效缓解钻头产生黏滞滑动的问题。通过数值模拟对所得到的二次回归模型预测结果进行验证,发现两者之间的平均误差不超过6%,研究结果为后续现场试验及伸缩结构的优化设计提供理论支撑。

基于知识驱动数据挖掘技术在复杂储层评价中的应用

录井引进、发展了数十项技术用于复杂储层的油气层评价,这些技术之间既有一致性,也有差异性、矛盾性,为解决这一难题,基于知识驱动的数据挖掘技术,以试油层录井、测井资料为数据源,结合研究区多种复杂储层的资料响应特征,挖掘敏感参数,再分别应用因子分析、多元判别、灰色关联分析方法,建立多参数储层流体性质评价模型。应用结果表明,建立的多参数评价模型客观、有效,在研究区实现了对生物降解油层、重稠油层、多油源油层的有效评价,为复杂储层的精准评价提供了借鉴经验,可进一步推广到相关领域,对提升油田勘探开发成效具有积极的作用。

风险探井驿探1井钻井技术实践

驿探1井位于鄂尔多斯盆地西缘冲断带,由于该区块地层倾角大、刘家沟及石千峰组裂缝发育、地质构造复杂,因此防斜打直、防漏堵漏和井壁失稳是该井钻探施工过程中的主要技术难点。针对驿探1井上部地层狗腿度超标、断层地应力异常、井壁稳定性差、地层承压能力弱等问题,通过优化钻具组合,采用套管防磨工艺、高性能钻井液、韧性水泥护壁等技术措施,解决了钻井过程中存在的卡钻、频繁断钻具、井壁失稳等技术难题,保证了该井的安全顺利完钻,有力地促进了复杂地质构造条件下风险探井安全高效钻进技术的提高。

“垂直钻井工具+等壁厚螺杆”提速钻具组合先导性试验--以库车山前高陡构造克深A井为例

为有效解决库车山前井因高陡构造、高含砾石及地层各向异性导致的井斜控制难、钻头涡动及钻具黏滑问题,塔里木油田在克深A井盐上高含砾石地层康村组、吉迪克组应用了“垂直钻井工具+等壁厚螺杆”提速钻具组合。优选了适用于库车山前地区的输出功率高、性能稳定、处理复杂能力强的螺杆钻具,并通过钻柱力学及水力学优化设计解决了与垂直钻井工具的配套问题,实钻过程可用钻压高、扭矩平稳、机械钻速快,能够有效控制井斜并改善钻头涡动、钻具黏滑等非正常钻进状态,达到了解放钻压、保护钻头和提高破岩效率的目的,相比邻井同层位同井段机械钻速、单趟钻进尺分别有75%~262%、51%~134%的提高。验证了“垂直钻井工具+等壁厚螺杆”钻具组合在库车山前高陡含砾地层的提速应用可行性,可在库车山前井盐上地层规模推广使用。

基于温度震荡的天然气水合物增量合成实验

在多孔介质中生成较均一的高饱和度天然气水合物,是进行水合物开采模拟实验的基础。“爬壁效应”和“铠甲效应”是制约水合物生成质量低于理论值的重要影响因素,温度震荡方法是提高水合物生成饱和度的重要手段。目前基于温度震荡的方法虽然增加了天然气水合物的生成饱和度,但其温度震荡区间下限选择在冰点以下,没能很好地解决水合物生成的均一性问题。从增大诱导阶段气-水过渡区域角度出发,提出了在冰点以上进行温度震荡,在1~17℃震荡区间内,可有效克服水合物合成的不均一性。共进行了3轮次的温度震荡水合物增量合成实验,结果表明:冰点以上的多轮次温度震荡,能够实现天然气水合物的增量合成,但随着震荡次数的增加,水合物合成增量不断减小,具有明显的次效性,温度震荡次数不宜超过3次。

鄂尔多斯盆地油沟区长4+5~1低渗透油藏二氧化碳驱先导试验

鄂尔多斯盆地低渗透油藏储量丰富,但注水驱油效果不佳且陕北地区水资源匮乏,亟需新的驱油技术降本增效。为此,基于吴起油沟油区长4+51油藏特征,利用20m细管在60℃下进行了CO2驱替模拟实验,在此基础上,结合油藏特征设计了施工参数,并选取了5个井组进行CO2驱先导试验,通过注CO2前后地层压力对比、CO2驱油效果、实施区CO2泄露监测对现场施工情况进行了分析。研究表明:长4+5^1低渗透油藏满足CO2混相驱的要求,井口压力8MPa、流速0.6t/h的施工参数可保障其混相,CO2可在储层中均匀推进,地层压力稳步回升,注气2年同比注水驱油增产原油2935.6t,其换油比为3.03∶1,且在试验区土壤中未监测到CO2泄漏。该研究可为碳捕集、利用与封存(CCUS)技术在鄂尔多斯盆地的安全推广提供技术支持,为保障延长油田稳产及陕北地方经济可持续发展提供技术参考。

海洋天然气水合物层钻水平井不同扩径方式携岩能力图版

我国海洋天然气水合物具有埋深浅、层薄、欠压实、弱胶结的成藏特点,长水平井可能是未来商业化开发的有效模式。然而在海洋天然气水合物层钻水平井过程中,由于水合物层欠压实、弱胶结岩石力学强度极低且含水合物的岩屑颗粒会在其重力作用下沉积,造成携岩不畅,从而增大钻具摩阻、扭矩并制约水平井眼的延伸能力。为此,建立了直角扩径、45°斜角扩径、圆弧扩径3种不同扩径方式模型,并用EDEM和FLUENT进行耦合仿真得到了携岩所需临界流速理论图版。仿真研究结果表明:在3种不同扩径方式下,水合物丰度一定时,随着含水合物的岩屑颗粒增大,携岩所需临界流速增大,随着钻井液密度增大,携岩所需临界流速减小;钻井液密度一定时,随着水合物丰度增大,携岩所需临界流速减小;水合物丰度和钻井液密度一定时,直角扩径方式的携岩能力最差,45°斜角扩径方式携岩能力中等,圆弧扩径方式的携岩能力最强。研究结果为海洋天然气水合物藏水平井开采模式的施工参数优化提供了前期技术支撑。

垂直钻井技术在直井侧钻中的应用

HSH2井在山前构造带直井段钻进时由于井下掉块发生了卡钻事故,通过多次打捞未解除,形成了井下落鱼,必须侧钻。在分析不同侧钻方案适应性的基础上,综合考虑侧钻难度和侧钻后的井眼轨迹,最终选择并优化了利用垂直钻井系统的纠斜能力进行侧钻的方案。通过控制施工过程中钻压等钻井参数,成功完成了直井段落鱼卡钻井的侧钻,后续井段通过垂直钻井系统的降斜,一开完钻井斜控制在0.1°以内。现场应用表明,该技术为解决火成岩直井侧钻提供了一种新方案,对今后的钻井事故处理有重要的借鉴意义。

核磁共振测井对电成像测井的影响

为了研究核磁共振测井对电成像测井的影响程度,寻找一套可行的校正方法,并提出最佳的测井设计,结合核磁共振和电成像测井原理对岩心数据进行分析。分析结果表明,核磁共振测井对铁质矿物进行磁化后,短时间内可形成人工磁场,如果此时进行电成像测井,人工磁场会影响电成像极板定位,导致电成像测井图像异常。结合现场实例,通过最小二乘法拟合对测斜资料进行校正后,电成像资料基本能够满足解释评价要求,同时还可以根据地层中是否含有铁质矿物进行测井序列优化。

基于传质扩散理论的高渗油藏窜流通道量化方法

海上高渗砂岩油藏胶结疏松,注入水冲刷作用对储层改造作用明显,其窜流通道在平面上呈"纺锤形",垂向上有明显"贼层"特征。目前窜流通道的时间域、空间域连续量化方法存在数学模型和求解过程过于复杂的缺陷。考虑窜流通道平面、垂向特征,建立降维方法,将高渗油藏注采井间窜流通道三维物理模型变为平面和剖面两个二维物理模型的叠加;根据注入水在平面上纺锤形分布和注入化学剂浓度分布的相似性,及注水倍数、含水饱和度和渗透率变化倍数的单调相关性,提出了基于"饱和度差异"的"等效扩散系数"概念,建立了包含产出端含水率的平面数学模型;针对"贼层"是无效水循环主要通道的特征,定义了稀释倍数,实现了产出端含水率的解析求解,建立了窜流通道厚度、渗透率级差和等效扩散系数的快速量化方法。矿场算例应用结果显示,暴性水淹井和快速水淹井窜流通道厚度分别为0.04 m、0.38 m,渗透率级差分别为22、8,和示踪剂解释结果吻合;解释得到的等效扩散系数同时表征了储层微观非均质性和油水黏度比导致的指进程度及窜流通道波及面积的大小。

渤海油田聚驱受效井液气交注复合深部解堵工艺

渤海油田注聚受效井堵塞物复杂,常规解堵工艺效果差。堵塞物组分分析表明,堵塞物以有机、无机及聚合物相互包覆的复杂形式存在,为此提出先采用有机溶剂清洗有机质,再对含聚胶团堵塞物进行分散,采用逐级剥离逐级解除的解堵思路。从溶解有机物、胶团降解及氧化破胶等3方面开展不同类型解堵液溶解效果对比实验,结合堵塞机理优选解堵液体系为8%~10%甲酸+4%~6%有机溶剂解堵剂D+1%强氧化剂。渤海油田注聚受效井堵塞半径可达3 m以上,为提高解堵效果及扩大解堵半径,通过对比分析堵塞物多轮次溶解效果,配套形成了多轮次处理及液气交替注入或伴注的解堵工艺。新工艺现场试验单井日增油达60 m3/d,应用效果显著,为解决聚驱受效井产能释放难题提供了新的思路,具有较好的现场推广价值。

滑溜水压裂主裂缝内支撑剂输送规律实验及数值模拟

滑溜水压裂时通过泵送大排量压裂液在储层中形成主裂缝为主干的裂缝网络,主裂缝内支撑剂的铺置状况直接影响油气井的产能。采用自主设计的大型可视化平板裂缝装置来研究大排量泵送时主裂缝内支撑剂的输送规律,建立了相应的数值模型模拟了砂堤在不同时刻的铺置形态,并分析了湍流对支撑剂铺置的影响规律,为滑溜水压裂时主裂缝内支撑剂的有效铺置提供一定的理论指导。研究表明,滑溜水压裂时支撑剂在主裂缝内的铺置规律与小排量压裂时不同:支撑剂首先在主裂缝入口处形成一个较低的砂堤,而在距入口较远处形成一个较高的砂堤,之后才一层一层周期性的覆盖在两处砂堤之上,直到达到最终的平衡高度;大排量压裂时易引起湍流,将主裂缝进口端暂时沉降的支撑剂重新卷入裂缝深处,形成类似"卷云状"的沉降结构;数值模拟与物理实验模拟得到的支撑剂铺置结果相似,证明了研究的数值模型具有一定的实用性。

雅达油田F13井沥青层喷漏同存复杂情况的处理

伊朗雅达油田F13井在Kazhdumi地层钻井施工中遭遇严重沥青侵引起的溢流和喷漏同存,处理时国内外可参考的文献和应对措施有限,在历经多次探索施工失败后,被迫采用先打塞进行封堵,再转换地质目的层侧钻成水平井的策略。详细介绍F13井喷漏同存发生和处理的过程,分析了各处理手段失败的原因,以及最终选用硅酸钠溶液作为促凝剂的原因。在室内实验的基础上,应用硅酸钠溶液加隔离液配合水泥浆进行了沥青污染环境下的打水泥塞封堵作业。现场应用结果表明,硅酸钠溶液促水泥浆闪凝是一种应对沥青污染情况下的可行的打水泥塞封堵作业方法。该井沥青层喷漏同存处理的经验和教训、形成的硅酸钠溶液促水泥浆闪凝打水泥塞封堵作业方法,对油田后续在Kazhdumi地层钻井作业的顺利进行具有重要的借鉴价值。

煤层气井产出液煤粉含量监测

针对目前煤层气井排采过程中出煤粉状况严重且无法实现连续煤粉含量计量的问题,通过开展流体温度、流量对煤粉含量的补偿室内评价实验,并基于质量守恒原理建立了煤层气井产出液煤粉含量的计算方法。同时开发出一套适用于煤层气井产出液煤粉含量的实时监测装置,该装置通过压差式密度传感器监测产出液密度值,并实时传输至数据终端,通过数据转换得到实时产出液煤粉含量值。现场应用表明,煤粉含量监测装置可实现实时远程数据监测,且监测精度满足现场技术需求,为现场防煤粉控制、排采工作制度的制定提供依据。

南海西部高温高压井测试技术现状及展望

南海西部高温高压井测试作业面临地层流体流动相态复杂、测试管柱在多种载荷作用下井筒安全难以保障、高压低温状态管线极易生成水合物、地层严重出砂、测试液高温稳定性要求高、海上平台空间受限、人员和设备安全风险高等问题。经过多年的科研攻关和现场实践,形成了一整套海上高温高压测试技术,主要包括:建立海上高温高压测试安全控制系统模型、测试管柱安全性分析技术、井筒安全评估技术、水合物预测与防治技术、出砂预测与防治技术、测试地面流程优化设计技术、高温稳定性测试液技术等,现场应用取得良好的效果。基于当前石油行业形势及后续勘探需求,海上油气井测试信息决策平台的建设、测试设备智能化及深海高温高压测试技术是高温高压井测试的研究方向。

SAGD重油、油砂开采技术的创新进展及思考

蒸汽辅助重力驱油技术(SAGD)是目前重油、油砂开采中最常用的热采技术之一,相比传统注蒸汽、原位燃烧等技术具有置换稳定、地层接触面积大、驱油效果好、采收率高等优势,同时也存在成本高、蒸汽短循环等问题,为了更好地指导重油、油砂技术创新,开展了基于SAGD技术的新进展研究。详细阐述了基于SAGD的技术创新,即单井SAGD、膨胀溶剂SAGD、泡沫溶剂SAGD、燃烧辅助重力驱及氧添加蒸汽辅助重力驱等5项新技术的原理、创新及优缺点。总结得出,创新一方面是体现在通过井型变化、蒸汽溶剂相结合扩大了蒸汽腔,提高了能量利用率和采收率,另一方面是通过注蒸汽与燃烧法相结合最大限度开采有效能源。基于SAGD技术的创新发展为重油、油砂开发后续技术储备及创新提供了技术借鉴。

地层压力随钻预测技术在高温高压井的应用

莺-琼盆地高温高压井压力台阶多、压力体系复杂,仅靠钻前地震资料预测难以满足现场作业要求。地层压力随钻预测技术是利用综合录井的压力随钻监测结果,实时修正钻前地层压力预测模型和结果,从而提高地层压力预测精度。本文结合高温高压Y1井的实例,应用国际先进的Equi Poise系统进行现场地层压力随钻监测,根据地层压力监测的实际结果来修正地层压力预测模型,进而对下部未钻地层的地层压力进行再预测。钻后实测压力验证表明,该方法的地层孔隙压力预测精度达到94%,说明利用地层压力随钻监测结果实时修正地层压力预测模型,可以实现提高地层压力预测精度目的,为高温高压井钻井参数设计、钻井方案调整和安全控制提供技术保证。

基于Android的钻井风险实时诊断与评估系统

钻井风险的准确诊断与及时决策直接影响到钻井工程作业的成本,甚至关系到钻井作业的成败。基于Android平台构建钻井风险实时诊断与评估系统,对钻进过程中出现的井上问题进行了实时诊断和风险预估。该系统利用Android+Java Web+SQL Server框架设计,以移动办公设备为媒介,最终实现系统的构建,以新疆油田某区块T1井为例,分析了该井套管在非均匀构造应力作用下的套损问题。测试结果表明,该系统判断准确性高,PC机便携性好,具有操作简单、高效准确等特点。钻井风险诊断及风险评估系统以智能手机及平板电脑为载体,保留了PC机版的准确性,同时可以随时随地办公、节约了时间、提升了效率。