2013年  41卷  第2期

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中国石化超深井钻井技术现状与发展建议
闫光庆, 张金成
2013, 41(2): 1-6. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.001
摘要:
为了促进中国石化超深井钻井技术进步,加快深部油气资源勘探开发步伐,在统计、分析钻井数据的基础上,介绍了近年逐步成熟和得以有效应用的气体钻井、"PDC钻头+螺杆钻具"复合钻井、"孕镶金刚石钻头+涡轮钻具"复合钻井、"PDC钻头+扭力冲击器"复合钻井、35 MPa高压喷射钻井、自动垂直钻井系统等超深井钻井提速技术。分析了普光气田、元坝气田及塔河油田等中国石化三大重点区域的超深井钻井技术现状:普光气田已钻井平均井深5 999.00 m,平均钻井周期232.06 d;元坝气田已钻井平均井深7 049.67 m,平均钻井周期439.47 d;塔河油田12区已钻井平均井深6 441.80 m,平均钻井周期102.85 d。分析认为,中国石化超深井钻井技术已达较高水平,但与欧美等石油工业发达国家相比尚有差距。最后,对中国石化超深井钻井技术的发展进行了思考,给出了发展建议。
页岩油气水平井压裂裂缝复杂性指数研究及应用展望
蒋廷学
2013, 41(2): 7-12. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.002
摘要:
为了评价页岩水平井压裂效果,将适用于直井的裂缝复杂性指数概念拓展到页岩水平井分段压裂中,考虑缝宽的非平面扩展、缝高的垂向延伸、主缝长的充分扩展和分段压裂的缝间应力干扰因子等因素,研究了不同裂缝类型对应的裂缝复杂性指数范围。对如何提高裂缝复杂性指数,进行了实施控制方法上的系统探索。结果表明,要增加裂缝的复杂性指数,一是要有一定的有利地质条件,二是需要优化压裂施工参数及现场实施控制技术。研究结果在四川盆地周缘4口水平井进行了应用和验证,每口井分段压裂10~22段,共实施65段140簇压裂,单段最大加砂量126 m3,最大用液量达4.6×104 m3。压裂后复杂裂缝出现的概率为40%左右,部分井增产效果明显。
丛式井平台井口布置方法
闫铁, 徐婷, 毕雪亮, 于洋
2013, 41(2): 13-16. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.003
摘要:
为了进一步优化丛式井的设计,研究了丛式井平台井口和靶点的优选和分配问题。当井口分布呈多排多列且不均匀分布时,首先对井口和靶点进行直线或同心圆划分,再基于井口与靶点的连线在水平面上的投影两两不相交且水平位移平方和最小的方法(即不相交水平位移最小距离法),建立了不相交水平位移最小距离法计算模型,并编制了相应的分析计算软件。以吉林油田某丛式井组为例,利用编制的软件进行了井口和靶点的优选及分配,快速求出了最优分配结果。这表明采用不相交水平位移最小距离法可以快速求出最优的分配结果,可提高设计人员的工作效率。
页岩水平井用高性能油基钻井液研究与应用
王显光, 李雄, 林永学
2013, 41(2): 17-22. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.004
摘要:
国内页岩油气水平井用油基钻井液(OBM)存在切力低、流变性能差等问题,难以完全满足页岩油气长水平井钻井施工井壁稳定与井眼清洁的技术要求。针对上述问题,在借鉴国外先进技术的基础上,开展了页岩油气水平井用OBM体系构建,在研发核心处理剂的基础上,形成了一套高性能油基钻井液体系,对其综合性能进行了系统研究,该钻井液体系整体性能指标达到国外同类钻井液体系水平。该油基钻井液在彭页2HF井水平段钻进中进行了成功应用,并创造了国内陆上页岩气水平井水平段和水平位移最长的新纪录。高性能油基钻井液技术的成功研究与应用,提高了我国高性能油基钻井液技术的自主化水平。
隔水管气举双梯度钻井注气量计算及其影响因素分析
苗典远
2013, 41(2): 23-27. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.005
摘要:
为了完善深水钻井的理论基础,研究了隔水管气举双梯度钻井过程中注气量的计算方法。基于双梯度钻井过程中气液固多相流动特性,建立了对应的多相流动方程;结合一定的定解条件,得到隔水管气举双梯度钻井过程中注气量的计算模型。利用该计算模型,可以设计隔水管气举双梯度钻井过程中的注气量,分析影响注气量的因素和影响规律。分析表明,钻井液密度、钻井液排量、水深以及隔水管顶部井口回压等参数变化时,注气量也大致呈线性变化,而且井口回压对注气量的影响最敏感。研究结果表明,利用多相流动理论研究隔水管气举双梯度钻井过程中注气量的设计方法是可行的,为今后开展双梯度钻井提供了理论依据。
井下泡沫水泥浆密度计算模型修正
吴事难, 张金龙, 丁士东, 刘建
2013, 41(2): 28-33. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.006
摘要:
为准确描述泡沫水泥浆密度与井深的关系,研究了泡沫水泥浆密度在不同温度和不同压力条件下的变化规律。以真实气体状态方程为基础,综合考虑温度、压力对泡沫水泥浆密度的影响,建立了泡沫水泥浆密度随压力和温度变化的计算模型。通过室内模拟试验对建立的计算模型进行了验证和修正,得到了可以定量计算井下任意井深处泡沫水泥浆真实密度的计算模型,对该修正模型进行隐函数积分,便可得到井下任意井深处的泡沫水泥浆真实密度和静液柱压力。修正后的模型综合考虑了温度和压力以及水泥浆泡沫体积分数对密度的影响,可为平衡压力固井设计奠定良好的基础。
准噶尔盆地南缘山前构造带钻井提速研究
朱忠喜, 刘颖彪, 路宗羽, 熊旭东
2013, 41(2): 34-38. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.007
摘要:
针对准噶尔盆地南缘山前构造带泥岩层段黏土含量高、地层易破碎,钻进中易发生粘卡、井漏、井壁失稳等而导致钻速慢、时效偏低的问题,进行了钻井提速研究。从该地区逆冲推覆体断层和褶皱的地应力特征入手,分析了泥岩的岩石力学特性,包括流变性地层的井壁稳定性特征、地层蠕变速率及其影响因素、井壁岩石崩落掉块机理、地层矿物成分及理化特性等,提出了山前构造带地层钻井提速技术对策,并在风险探井——西湖1井进行了现场应用。现场应用表明,采用具有较强抑制性和封堵能力的PRT有机盐钻井液,能有效减少因吸水膨胀造成的井壁失稳,并能解决井漏问题;用螺杆配合优选的PDC钻头进行钻进,钻速大幅提高,平均机械钻速达到3.00 m/h。与邻井西5井相比,西湖1井的井深增加20.5%,但井下故障大幅减少,钻井周期缩短11.9%,提速效果明显。由此证明,提出的钻井提速技术对策,能够有效解决山前构造带地层机械钻速和钻井时效偏低的问题。
多孔莫来石基低密度高强度支撑剂的制备及性能
郭宗艳, 姚晓, 马雪
2013, 41(2): 39-43. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.008
摘要:
目前常用的树脂复合型压裂支撑剂多存在圆球度差、抗破碎能力低、树脂用量大、成本高等不足,为解决该问题,研制了多孔莫来石基复合型低密度高强度陶粒支撑剂。通过测试支撑剂用FT酚醛环氧树脂改性前后的性能,确定了制备该支撑剂的最佳树脂质量分数和树脂含量;采用压汞分析和扫描电子显微镜对该支撑剂的显气孔率、气孔孔径分布和微观形貌进行了分析,讨论了该支撑剂的增强作用机制。结果表明:树脂的质量分数为35%时,陶粒浸渍体的体积密度最大(1.18 g/cm3),树脂的充填效果最佳,显气孔率与浸渍前的陶粒相比下降了约62%,树脂与陶粒基体相互穿插构成了网络结构,使其抗破碎能力提高;当陶粒浸渍体包覆树脂含量为5%时,颗粒表面包覆的树脂层可完全封闭陶粒浸渍体,显气孔率降低至1.06%,其视密度为1.90 g/cm3,在52和69 MPa闭合压力下的破碎率分别为2.17%和2.81%,达到行业和企业标准的技术要求。
新型钻井液成膜剂的研制及其在埕海油田的应用
张朔, 蒋官澄, 郭海涛, 汤新国, 金海锋
2013, 41(2): 44-48. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.009
摘要:
为了降低埕海油田钻井过程中外来流体对储层的损害,基于成膜钻井液技术的基本理论,以苯乙烯、丙烯酸丁酯单体为原料,采用乳液聚合的方法,以过硫酸铵为引发剂,合成了新型钻井液成膜剂LCM-8。室内试验表明:埕海油田上部钻井液中加入成膜剂LCM-8后,流变性能能够满足携岩要求;能在岩心污染端形成一个渗透率极低的封堵带,封堵率可达90%以上;返排渗透率恢复率大于90%。新型钻井液成膜剂LCM-8在埕海油田2口井的储层钻进过程中进行了应用,结果表明,上部钻井液加入该成膜剂后,其性能能满足钻井要求,2口井的表皮系数为-2.31和-3.11,而未用该成膜剂2口邻井的表皮系数为-0.27和0.23。这说明,成膜剂LCM-8能满足埕海油田钻井要求,实现钻井过程中的储层保护。
密切值法在煤层气井井型优选中的应用研究
杨刚, 汪志明, 孙波, 陈添
2013, 41(2): 49-53. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.010
摘要:
针对目前常用的多目标决策方法多存在缺点的现状,进行了密切值法在煤层气井井型优选中的应用研究。对国内外煤层气井常用的射孔压裂直井、U形水平井、V形水平井和羽状水平井4种井型,以数值模拟为手段,利用Eclipse软件进行了产能预测,并在此基础上进行了经济评价,然后综合考虑累计产气量、净现值、投资回收期、内部收益率和钻井风险系数等5项评价指标,应用密切值法优选了延川南区块煤层气井井型。产能预测和经济评价结果表明,该区块羽状水平井优势明显,15年累计产气量达5.058×108 m3,高于其他井型;净现值1.21亿元,是其他井型的5~11倍;投资回收期3.96年,约为其他井型的1/3;内部收益率0.28,约为其他井型的2倍。据此进行密切值法评价,结果显示该区块4种井型方案从优到劣的排序为羽状水平井、U形水平井、射孔压裂直井和V形水平井。
英买力地区古近系地层钻井液技术
张作清, 窦金涛, 付建国, 蒲杰, 吴迎彰
2013, 41(2): 54-58. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.011
摘要:
英买力地区古近系地层在钻井中频繁出现卡钻、掉块、坍塌、井漏等井下故障,严重影响了钻井速度。为了弄清英买力地区古近系地层的井壁失稳机理,为钻井液选型和性能优化提供理论依据,对该地区黏土矿物组成及理化性能进行了系统分析。结合该地区盐膏层钻井液技术研究,对 KCl-聚磺欠饱和盐水钻井液体系性能进行了优化,提出了该钻井液体系在维护井壁稳定方面的技术要求。YM2-6 井现场应用结果表明,KCl-聚磺欠饱和盐水钻井液体系能够满足古近系膏泥岩段井壁稳定的要求,减小了发生井下故障的风险;黏土矿物的膨胀并不是导致膏泥岩段井壁失稳的主要原因。通过研究该地区古近系地层的井壁失稳机理,减小了井壁失稳的风险,为古近系地层的顺利钻进提供了理论支持。
铝胺基钻井液在夏1031HF井的应用
张浩
2013, 41(2): 59-64. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.012
摘要:
为了解决非常规水平井夏 103-1HF 井三开所面临的井壁稳定、井眼净化、润滑防卡、钻井液流变性控制和油气层保护等钻井液技术难点,通过室内试验对有机胺、铝基聚合物、物理封堵剂、降滤失剂、润滑剂和流型调节剂等进行了优选和复配,确定了铝胺基钻井液的配方。室内评价试验表明,铝胺基钻井液具有强抑制性、强封堵性、优良的润滑性和流变性及抗温性能,其所污染岩心的渗透率恢复率高达90%以上。现场应用表明,铝胺基钻井液流变性能稳定,动塑比保持在0.5左右,API滤失量控制在2.4 mL以内,高温高压滤失量控制在8.0 mL以内,泥饼粘附系数在0.1以内,较好地解决了该井所面临的钻井液技术难点,保证了该井安全顺利完成,且三开井径较规则,平均井径扩大率为2.0%。铝胺基钻井液在夏 103-1HF 井的成功应用表明,该钻井液可以推广应用到该工区其他非常规大斜度井和水平井中。
深井和大位移井套管磨损程度预测
梁尔国, 李子丰, 王长进, 韩东颖
2013, 41(2): 65-69. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.013
摘要:
为提高套管柱强度设计准确性,防止磨损失控情况发生,深入分析了套管磨损预测技术。结合定向井钻柱力学研究成果,考虑钻柱刚度和屈曲的影响,推导了深井和大位移井的钻柱拉力-扭矩方程,建立了基于能量原理的套管磨损程度预测模型,并编制了预测软件。该预测软件可以预测包括钻进、起下钻具等作业过程的,不同套管柱层次、钻具组合、井眼轨迹、钻井液类型和钻井参数等情况的全井段不同井深所对应的套管磨损量。实例计算结果表明,编制的预测软件减小了人为的估计误差,预测值更为准确可靠。研究成果为深井和大位移井安全高效钻进提供了新的技术支持。
页岩气储层水力压裂物理模拟试验研究
张旭, 蒋廷学, 贾长贵, 张保平, 周健
2013, 41(2): 70-74. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.014
摘要:
为了给彭水地区页岩气开发提供技术支持,进行了页岩储层水力压裂物理模拟试验研究,建立了一套页岩储层水力压裂大型物理模拟试验方法。利用声发射监测系统实时监测了页岩压裂裂缝的产生与扩展演化过程,观察了水力压裂裂缝形态,并探讨了压裂液黏度、地应力差异系数、压裂液泵注排量等因素对水力裂缝形态及其扩展的影响。试验结果表明,随着压裂液黏度降低、地应力差异系数减小,水力裂缝沿着天然裂缝方向延伸,将原有天然裂缝沟通并形成网络裂缝。根据泵压曲线变化结果,提出在实际压裂施工过程中采用变排量的方式提高压裂改造体积,这可为页岩气压裂优化设计提供依据。
水平井整体压裂矩形联合井网电模拟试验研究
温庆志, 于姣姣, 翟学宁, 罗明良, 胡蓝霄
2013, 41(2): 75-81. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.015
摘要:
水平井压裂以往只是作为单井增产的一项措施,没有考虑其对注采井网的影响。鉴于此,对水平井注采井网的整体压裂进行了研究。从压裂技术角度考虑,设计了水平井整体压裂矩形联合井网,应用水电相似原理,通过电模拟试验,研究了水平井整体压裂矩形联合井网的渗流场特征和水平井压裂产能,并对裂缝参数进行了优化设计。结果表明:水平井矩形联合井网注水压力波及范围扩大,产能增加1.5~2.0倍;裂缝数量增加有利于提高注水效率,在水平段长度相同的情况下,每增加1条裂缝,油井就增产0.3~0.5倍;注水水平井的水平段越长,水驱前缘波及范围及水驱控制程度越高。研究结果表明,水平井整体压裂矩形联合井网比普通井网有较大优势。
注水开发油藏润湿性变化及其对渗流的影响
马明学, 鞠斌山, 王书峰
2013, 41(2): 82-86. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.016
摘要:
为提高水驱开发油藏采收率预测精度,研究了油藏岩石润湿性与相对渗透率之间的变化规律及其对两相渗流的影响。采用室内润湿性实验测定方法,对水驱开发油藏润湿指数与含水饱和度的关系进行了定量表征,导出了适合润湿性变化型油藏的两相渗流方程,建立了变润湿性水驱开发油田的采收率预测方法。润湿实验结果表明:所测岩心的润湿指数的对数与取心油层的含水饱和度呈近似线性关系。相对渗透率实验所测的代表低含水期到高含水期岩心的油水两相等渗点对应的含水饱和度由41%增加到53%,亲水程度增强。一维模型计算结果表明,含水率达到98%时,油润湿和强水润湿性油藏的预测采收率分别为52.7%和73.3%。研究揭示的水驱油藏岩石润湿性变化规律和建立的数学模型,可为更加准确地预测水驱油采收率提供参考。
不同化学驱油体系微观驱油机理评价方法
陈霆, 孙志刚
2013, 41(2): 87-92. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.017
摘要:
为了分析胜利油田应用的3种化学驱油体系的微观驱油机理,并对其非均质油藏的适用性进行评价,利用微观刻蚀模型润湿性7级控制方法和波驱贡献比分析方法,结合现场情况,借助微观模拟驱油试验,开展了不同润湿性条件、非均质性条件和不同驱替阶段的化学驱油机理研究,建立了利用波驱贡献比评价化学驱油体系微观驱油机理的方法。试验表明:聚合物和二元复合体系在非均质级差1:9模型试验中水驱后采收率提高不足10%,平均波驱贡献比小于1.5,扩大波及的能力弱,主要驱油机理无法发挥;在各组非均质渗透率级差模型试验中,新型非均相复合体系的平均波驱贡献比大于3,说明其在非均质条件下扩大波及的能力强,主要是凝胶颗粒间歇式封堵和转向式扩大波及共同作用的结果。微观运移特征和驱替方式研究及现场试验表明,聚合物驱后的非均质油藏实施非均相复合驱,可以大幅度提高驱油效率和波及系数。
低渗透油藏储层非均质性评价与井网调整新方法
樊兆琪, 程林松, 耿昌浩, 汤云浦, 王晖
2013, 41(2): 93-98. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.018
摘要:
为了进一步改善低渗透油藏非均质储层的注水开发效果,应用油藏工程方法研究了渗透率非均质性与注水开发井网几何形式的耦合作用,引入了渗流因子及渗流因子变异系数,提出了低渗透油藏非均质储层注水井偏移的井网调整新方法,并应用黑油模型数值模拟技术对其进行了适应性评价。将注水井沿井排方向偏移一定距离,井组内渗流因子变异系数降低,且随着砂体渗透率级差的增大、井网内横切比的减小,注水井向低渗砂体方向的偏移距离逐渐增大。注水井偏移最佳距离后,井组产油能力提高了5.6%,含水率下降了3.7%,明显提高了水驱开发效果。提出的非均质性评价方法及注水井最佳偏移量计算式,为低渗透非均质储层注水开发时的井网调整提供了新思路。
复杂断块油藏高含水期剩余油精细挖潜方法
郑爱玲, 王新海, 刘德华
2013, 41(2): 99-103. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.019
摘要:
复杂断块油藏进入高含水期,剩余油分布复杂,挖潜难度大,为提高水驱采收率,提出了将研究单元细化到油砂体的剩余油精细挖潜方法。在精细地质研究的基础上,结合生产动态数据和测试资料,根据油砂体上井网控制情况、水驱特征和边水能量特征,将油砂体划分为弹性驱、注入水驱、注入水+边水驱、边水驱和未动用等类型,详细解剖不同类型油砂体的动用情况,分析不同类型油砂体的剩余油分布模式和潜力,提出了不同类型油砂体的剩余油挖潜方法。利用该方法对跃进2号油田的剩余油进行了挖潜,水驱效果大大提高。研究表明,以油砂体为对象的剩余油挖潜方法可以有效提高复杂断块油藏高含水期的开发效果,为剩余油的挖潜提供了新的思路。
高含CO2凝析气相态测试及分析
余华杰, 王星, 谭先红, 田波
2013, 41(2): 104-108. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.020
摘要:
为了制定高含CO2凝析气藏的合理开发方式、提高凝析油采收率,需要了解高含CO2的凝析气流体在开发过程中存在的复杂相变行为。采用高温高压多功能地层流体分析仪,对不同摩尔分数CO2凝析气体系样品进行了单次闪蒸实验、露点压力测试、等组分膨胀实验和定容衰竭实验,对比分析了CO2摩尔分数对凝析气体系高压物性参数和相态特征的影响。研究结果表明,随着CO2摩尔分数的增加,凝析油的反凝析速度减缓,且最大反凝析液量减小约15%、凝析油的采出程度增加约20%、天然气采出程度为85%左右、相包络线向内收缩。富含CO2凝析气体系中的CO2既有利于抑制凝析油的反凝析,又有利于增强凝析油的反蒸发,对于提高凝析油采收率具有显著效果。
控压钻井液动节流压力控制系统仿真分析与试验研究
金业权, 孙泽秋, 刘刚
2013, 41(2): 109-113. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.021
摘要:
针对传统控制方式难以实现节流压力精确控制的问题,提出了一种基于"PLC+高速开关阀"的液动节流压力控制方法。在完成系统方案设计的基础上,建立了系统的数学模型及传递函数;根据劳斯判据,得出系统四阶系数大于0,利用Matlab仿真得出该系统的幅值裕度大于0,相位裕角大于45°。现场实测数据与理论计算数据对比分析可知,曲线形状相似,平均相对误差4.0%,说明该系统的稳定性良好,能满足现场对控压钻井的工程要求。该控制系统弥补了现有控制系统的不足,为精细控压钻井提供了新的技术支持。
宣页1井新型PDC钻头设计与应用
曾义根, 韦忠良, 吕苗荣, 崔伟, 贺庆
2013, 41(2): 114-118. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.022
摘要:
为了提高宣页1井二开井段印渚埠组地层的机械钻速、减小井斜角,以加强PDC钻头的稳定性、耐磨性、降斜性为设计目标,设计出了新型311.1 mm六刀翼PDC钻头。设计钻头时采用了小锥角、浅内锥冠部及短保径、短接头结构、高密度布齿、硬质合金限位减振齿等方法。设计的PDC钻头配合垂直钻井系统AVDS,在宣页1井805.61~1 017.18 m井段进行了现场应用,平均机械钻速达到3.28 m/h,与同地层常规PDC钻头相比提高8.61%;最小井斜角达到1.09°,与常规PDC钻头钻进井段相比减小明显,井斜问题得到了很好的控制。现场应用表明,设计的新型PDC钻头具有较好的井斜控制能力、稳定性及岩石切削效果,可达到防斜打快的目的。
JZ251S 油田水平井控制压力钻井技术
李军伟, 曹式敬, 宋林松, 付建民, 吴光
2013, 41(2): 119-122. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.023
摘要:
JZ25-1S 油田水平井在钻进过程中,随着水平段长度增长会发生井漏问题,为此应用了控制压力钻井技术,控制井底循环压力低于地层漏失压力来解决该问题。首先根据地层漏失压力、井底循环压力和单位井段环空压力损失,计算井斜角90°时的安全钻进水平段长度,如果该水平段长度不符合开发要求,则再根据油气层厚度、油水界面、产层以上井段循环压力以及单位井段环空压力损失,计算安全钻进的最大井段长度和最大井斜角。JZ25-1S 油田JZ25-1S-A17 井水平段井斜角为90°时,安全钻进水平段长度只有965.00 m,通过计算得知,如果产层井段井斜角不大于86.67°便可以增加产层段长度,从而提高单井产量。实钻表明,该井控制产层井段井斜角不大于86.67°,使产层井段长度达到1 068.00 m,且未出现井漏。表明该方法能有效解决 JZ25-1S 油田水平井段钻进过程中,随水平段增长发生漏失的问题。