2013年  41卷  第5期

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中国石化页岩气工程技术进步及展望
路保平
2013, 41(5): 1-8. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.001
摘要:
中国石化通过持续的攻关研究,形成了具有自主知识产权的页岩气工程配套技术,具备了页岩气水平井水平段长2 000 m、分段压裂20段以上的钻完井与压裂设计、施工能力,并实现了涪陵等地区页岩气资源勘探突破,促进了中国石化页岩气勘探开发进程。全面介绍了中国石化页岩气工程地质环境描述技术、优快钻井及井工厂技术、LVHS油基钻井液体系、SPF弹塑性水泥浆固井技术、分段压裂关键配套工具、滑溜水压裂液体系、页岩气水平井分段压裂技术和页岩气技术装备研发等技术及应用现状,并指出了未来页岩气工程技术的五大发展趋势。
彭水区块页岩气水平井钻井关键技术
张锦宏
2013, 41(5): 9-15. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.002
摘要:
页岩气作为一种新兴的油气资源已越来越受到重视,国外页岩气勘探开发经验表明,水平井是页岩气藏成功开发的关键之一,但国内勘探开发工作及关键技术研究还处于起步阶段,存在钻速低、周期长、成本高及钻井中易发生井漏等问题。结合彭水区块4口页岩气水平井的钻井实践,从地层压力、地层岩性、岩石可钻性、页岩坍塌机理及页岩气固井特殊要求等方面入手,详细分析了气体钻井、旋转导向钻井、井眼轨迹控制、防漏堵漏、钻井液优选、水泥浆体系优选、井身结构优化、钻头优选、井眼净化等关键技术及现场应用效果,并围绕页岩气钻井提速、降低成本提出了一些建议。
彭水区块页岩气水平井防漏堵漏技术探讨
杨力
2013, 41(5): 16-20. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.003
摘要:
渝东南彭水区块上部三叠系、二叠系地层灰岩发育,易出现溶洞性漏失;下部目的层志留系龙马溪组裂隙发育,钻进中常发生渗透性漏失及间歇性严重漏失。结合彭页 HF-1 井、彭页2HF井、彭页3HF井和彭页4HF井的钻井实践,分析了该区块的井漏特点和漏失原因,介绍了防漏堵漏技术和具体的施工措施,探讨了防漏堵漏技术方案。分析认为,彭水区块上部地层利用气体(空气)钻井防漏堵漏效果较好;下部地层漏失层位分布广泛且无规律,宜采用随钻堵漏和分级堵漏措施。进一步分析认为,提高对地质条件的认知程度、优化井身结构、优选钻井方式、使用合理的钻井液密度,可以降低井漏发生率;优选合理的堵漏浆配方、开展堵漏剂评价、制订科学的堵漏措施、规范钻井施工操作是解决漏失的主要手段。
页岩气水平井分段压裂排采规律研究
蒋廷学, 卞晓冰, 王海涛, 刘致屿
2013, 41(5): 21-25. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.004
摘要:
目前页岩气水平井压裂后排采主要依靠现场经验,规律性不强。为此,通过挖掘气藏数值模型的功能,并结合井筒流动模型,初步研究了页岩气水平井分段压裂排采规律。基于正交设计原理,考虑了页岩基质参数、裂缝参数及生产参数等13个影响因素。结果表明,影响压后返排率的因素按影响程度排序依次为破胶液黏度、压力系数、井底流压、段数、单段注入量、裂缝半长、日排液量、返排时机、导流能力、束缚水饱和度、裂缝形态、裂缝支撑剖面和吸附气含量。为了取得最好的压裂后排采效果,上述不可控参数可作为选井、选段的重要依据,而可控参数可用来对压裂施工参数进行优化调整。该成果已在涪陵焦石坝区块的页岩气水平井压裂中成功应用,压裂后排采效果显著,多口应用井压裂后获得10×104 m3/d以上的产量,且稳产前景良好。
涪陵焦石坝区块页岩气水平井钻井完井技术
周贤海
2013, 41(5): 26-30. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.005
摘要:
针对涪陵焦石坝区块地质条件复杂、各向异性大,易导致发生井下故障、钻速慢、钻井周期长及成本居高不下的问题,在分析该区块页岩气钻井完井技术难点的基础上,进行了页岩气水平井钻井工程技术适应性评价,通过对丛式井布井方案、井身结构、井眼轨道设计、优快钻井技术、钻井液技术及页岩气层长水平段固井技术等进行优选及进一步优化,提出了涪陵焦石坝区块页岩气水平井钻井完井技术方案。该技术方案在焦页 1-2HF 井等17口井进行了现场实践及应用,初步形成了涪陵焦石坝区块页岩气水平井钻井完井技术。应用表明,该技术可显著提高机械钻速、缩短钻井周期,可为涪陵焦石坝区块页岩气规模开发提供技术支持。
含气页岩组分构成与岩石力学特性
杨恒林, 申瑞臣, 付利
2013, 41(5): 31-35. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.006
摘要:
页岩气储层的岩石力学特性能够影响钻井速度,进行含气页岩组构与岩石力学特性研究,可以为钻井设计和施工提供技术支持。采用X射线衍射分析、氩离子束剖光后扫描电镜观测和三轴岩石力学试验等方法,从矿物组分、微观结构、岩石力学性质等方面对蜀南页岩气钻井所取岩心和龙马溪组页岩野外露头进行了岩石力学特性研究。结果表明,龙马溪组含气页岩中黏土矿物的质量分数为16.3%~64.3%,伊利石占黏土总量的74.0%,不含蒙脱石,属于低水敏性页岩;粒径小于5 μm的基质矿物含量占绝对优势,其中分布少量细粉砂级碎屑或颗粒;平行于层理面方向和垂直于层理面方向的单轴抗压强度分别为137.0和132.4 MPa,45°方向抗压强度为平行层理面方向的66%,表明页岩力学性质存在明显的各向异性。
页岩气井同心双管排采新工艺研究
张宏录, 程百利, 张龙胜, 汤文佳, 施佳林
2013, 41(5): 36-40. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.007
摘要:
为了克服单一排采举升工艺的不足,实现页岩气井在高液量和低液量时期均能连续排采,研究应用了同心双管组合排采工艺。基于速度管柱排水采气可以降低页岩气井临界携液流量、增大井筒中气体流速、提高气井携液能力的思路,优化了页岩气井速度管柱,速度管柱直径优化为φ48.3 mm;实现了排采前期液量充足时采用高排量电潜泵排液,液量较低时采用气举诱喷。该技术在彭页 HF-1 井开展了现场试验,措施后排采井日产液37 m3,日产气量20 250.65 m3,累计产气量151.32×104 m3。试验结果表明, 页岩气同心双管排采工艺技术可以降低页岩气井临界携液流速,为页岩气井的连续排采提供了新的技术支持。
滤饼固化剂在元页HF1井的应用
孙坤忠, 何吉标, 曾鹏珲, 沈彬亮, 顾军
2013, 41(5): 41-45. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.008
摘要:
为了提高页岩气井的固井质量,在元页HF1井φ244.5 mm套管固井时试验应用了滤饼固化剂。采用元页 HF-1 井实际使用的钻井液和水泥浆, 根据自主建立的固井第二界面胶结强度评价方法,评价了 GJ-Ⅰ 型滤饼固化剂和 GJ-Ⅱ 型滤饼固化剂对固井第二界面胶结强度的作用效果。评价结果表明,在分别养护3,7,15和30 d的条件下,采用滤饼固化剂的固井第二界面胶结强度比常规固井第二界面胶结强度分别提高了629.03%,222.37%,241.43%和273.33%。现场固井试验后的声幅-变密度测井结果表明,封固段相对声幅值≤15%的井段占全井段的93.49%,固井质量为优质。研究表明,滤饼固化剂可大幅度提高页岩气井固井第二界面胶结强度,可提高页岩气井的固井质量。
磨料射流切割套管技术研究及在海上弃井中的应用
陈建兵, 王超, 刘贵远, 刘作鹏, 罗甲全
2013, 41(5): 46-51. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.009
摘要:
为安全有效地从泥线以下切割海上废弃井套管和管桩,研究开发了磨料射流切割技术。基于高能磨料射流从套管串内部一次冲蚀切割多层管材的技术思路,设计了液压马达驱动式和水力自旋式切割装置,经过室内试验优化喷嘴、泵压、转速和磨料类型等参数,形成了配套的磨料射流切割多层套管工艺。地面综合切割试验及在曹妃甸 1-6-1 井的现场应用表明,该切割装置约在6 h内即可割断4层(φ244.5~φ762.0 mm)被水泥固为一体的套管,满足现场应用的要求,而且可利用工程船作业,能节省海洋钻机作业费用。实践证明,磨料射流切割技术具有切割能力强、效率高、环保无污染等特点,为国内海上油气田弃井作业提供了新的技术手段。
防气窜固井分段设计方法
周仕明, 李根生, 初永涛
2013, 41(5): 52-55. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.010
摘要:
为指导防气窜固井压稳设计,避免过压稳或欠压稳,研究了防气窜固井分段设计方法。基于环空水泥浆液柱中不同深度的水泥浆因温度不同导致静胶凝强度增长速度不同,以及不同深度的压力损失也不同的实际情况,对环空水泥浆的液柱压力损失进行分段计算。设定水泥浆液柱静胶凝强度的增长自上而下是线性增长,通过调整水泥浆性能控制分段水泥浆静胶凝强度的发展,使尾浆静胶凝强度达到240 Pa时,领浆平均静胶凝强度小于48 Pa,建立了水泥浆液柱压力损失精确计算模型,提出了分段设计方法和压稳判定方法。在川东北地区100多口气井固井施工设计中应用该方法,固井防气窜成功率达到100%。该方法为防气窜固井环空设计提供了理论计算模型。
庆深气田致密砂砾岩气藏小井眼水平井钻井技术
韩福彬, 李瑞营, 李国华, 代晓东, 陈绍云
2013, 41(5): 56-61. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.011
摘要:
为提高大庆油田深层致密砂砾岩气藏的勘探开发效益,缩短钻井周期,降低钻井成本,开展了小井眼水平井钻井技术研究。首先,按照套管允许的弯曲半径必须小于井眼实际弯曲半径的原则,在分析φ215.9 mm弯曲井眼安全下入φ177.8 mm技术套管和φ152.4 mm钻具组合通过φ177.8 mm技术套管能力的基础上,对井身结构进行了优化;其次,考虑到目的层可能提前或滞后的情况,利用探气顶稳斜角公式计算了不同厚度储层的稳斜角,同时考虑造斜井眼尺寸以及实际地层造斜能力,对井眼轨道进行了优化;最后,根据钻遇地层的特点,对钻头进行了选型,设计了钻具组合,优选了钻井参数,最终形成了庆深气田致密砂砾岩气藏小井眼水平井钻井技术。该技术在徐深平3X井成功实施,钻井周期与常规水平井相比缩短了32.83%。这表明,该技术可为深层砂砾岩气藏的勘探开发提供新的技术手段。
塔河油田深层侧钻水平井膨胀套管钻井完井技术
何伟国, 唐明, 吴柳根
2013, 41(5): 62-66. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.012
摘要:
塔河油田奥陶系储层侧钻水平井受老井井身结构、地层及地质避水要求等的限制,需要提高造斜点至上部石炭系泥岩段地层,而该地层与奥陶系储层为2套不同的压力系统,因此如何有效封堵石炭系易塌地层,是高效开发该地区奥陶系剩余油的关键。采用膨胀套管充当技术套管封堵钻井复杂地层,通过优化井身结构及后续的钻井工艺,为解决塔河油田深层侧钻水平井钻井、完井难点提供了一套全新的方案。针对塔河油田φ177.8 mm套管深层开窗侧钻井的钻井、完井难点,通过深入分析研究膨胀套管管材和膨胀螺纹等关键问题,完善了深井膨胀套管的施工工艺和实施程序,探索出一套塔河油田深层侧钻水平井膨胀套管钻井完井技术。该技术在塔河油田现场试验3口井,开窗层位均位于石炭系地层,开窗点深于5 100 m,侧钻后在斜井段成功封堵裸眼复杂地层,实现了国产膨胀套管首次在裸眼定向井段的封堵应用,为钻井、完井中封堵复杂地层提供了新的技术手段。
气体钻井后气液转换新工艺
马庆涛
2013, 41(5): 67-70. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.013
摘要:
为了解决气体钻井后气液转换过程中容易出现的地层水化剥蚀、井壁坍塌、钻井液漏失等问题,对气体钻井后的气液转换工艺进行了研究。分析了3种常规气液转换工艺存在的风险,根据井壁润湿反转理论,在井壁上喷淋润湿反转剂使其形成亲油状态,保护井壁不坍塌;在注入钻井液前先将钻头提至上一层套管内,然后旋转钻头喷淋润湿反转剂,对井壁进行润湿反转处理;最后将钻头下到井底,边慢速起钻边小排量注入钻井液。在元坝区块元页 HF-1 井的应用表明,转换时间仅为常规气液转换工艺的47%,润湿反转剂消耗量仅为常规气液转换工艺的13%,整个过程无井下故障发生。这说明该气液转换新工艺是一种安全、简易、经济有效的气液转换工艺,可为气体钻井后气液转换提供新的技术支持。
塔河油田液动射流冲击器+PDC钻头提速技术
李广国, 索忠伟, 王金荣, 周玉仓, 高长斌
2013, 41(5): 71-75. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.014
摘要:
为了进一步提高塔河油田深部硬地层的机械钻速,基于旋冲钻井技术理论与实践经验,开展了液动射流冲击器+PDC钻头提速技术研究与实践,探索液动射流冲击器与PDC钻头配合使用提高深部地层机械钻速的技术可行性。首先根据塔河油田深部硬地层的特点及与冲击器配合的要求,优选了PDC钻头;接着利用液动冲击器性能测试系统,测试了液动冲击器各结构参数对其性能的影响;最后根据测试结果及所优选PDC钻头的抗冲击性能,确定了液动射流冲击器的结构及性能参数。液动射流冲击器与PDC钻头配合在 S116-3 井、TP324井和TP328X井的奥陶系地层进行了应用,机械钻速与同井上下井段及邻井相同井段相比,提高了32%~45%。这表明液动射流冲击器与PDC钻头配合使用,可以提高塔河油田深部地层的钻速。
四参数流变模式及其在固井水泥浆中的应用
陈绪跃, 樊洪海, 纪荣艺, 李朝玮, 王云龙
2013, 41(5): 76-81. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.015
摘要:
为了提高固井作业中水泥浆顶替效率的计算精度,提出用四参数流变模式描述固井水泥浆的流变性能。采用回归分析的数学方法得到了宾汉、幂律、卡森、赫-巴及四参数模式的流变参数,然后用残差平方和的均值Sr来表征各模式与实测值的拟合效果。充分考虑各种力系的平衡关系建立了四参数模式下水泥浆在倾斜偏心环空中顶替钻井液的数学模型。并选择应用于现场的6种适用于复杂井固井的新型水泥浆体系的流变性测量数据进行了验证。四参数流变模式在各水泥浆体系不同剪切速率下的计算值与实测值的残差平方和的均值都小于1.1,一般在0.2左右,最小达到了0.04,其残差平方和均值之和2.81,远小于宾汉、幂律、卡森和赫-巴模式。验证结果表明,四参数流变模式在各水泥浆体系不同剪切速率下的计算值与实测值的残差平方和的均值都最小,拟合最为精确,能在全剪切速率范围内精确描述水泥浆的流变性,适用于各种水泥浆体系,其顶替模型适用于各类井型。
涡动钻柱内赫巴流体的流动特性研究
张晋凯, 李根生, 黄中伟, 田守嶒, 史怀忠
2013, 41(5): 82-88. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.016
摘要:
为了揭示钻井液在钻柱内的流动特性,采用数值模拟方法建立了涡动钻柱内赫巴流体的流动模型,结合流体力学相关理论,对比分析了速度剖面与表观黏度剖面,研究了钻柱自转速度、公转速度、轴向流速及流体密度等参数的变化对钻柱内流场的影响,得到了各参数对涡动钻柱内摩阻压耗的影响规律。研究表明,公转速度正向增大或反向减小时摩阻压耗都有减小的趋势,自转速度增大时摩阻压耗有增大的趋势。由此可见,考虑钻柱涡动的摩阻压耗变化规律,可使涡动钻柱内钻井液的描述更接近于实际钻井工况,有助于钻井液循环系统的优化。
超短半径水平井钻井技术在注入井解堵中的应用
王羽曦
2013, 41(5): 89-92. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.017
摘要:
为解决聚合物注入井的堵塞问题,研究应用了超短半径水平井钻井技术进行解堵。采用大角度锚定斜向器、复合式开修(窗)系统、高强度柔性钻杆与常规钻井设备相结合的技术方法,在设计层位实现曲率半径为3.2 m的高曲率造斜,完成造斜后运用柔性钻杆与多功能导向管进行水平段钻进,钻至设计长度,在堵塞层形成了一个长度为30 m、直径为117.5 mm的井眼,为堵塞区域重新打开注入通道。研究表明,利用超短半径水平井钻井技术来实现解堵增效是可行的,为堵塞区域重新打开注入通道、降低注入压力提供了新的技术支持。
青海油田亲水钝化膜防蜡技术研究
窦红梅, 王龙飞
2013, 41(5): 93-97. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.018
摘要:
青海油田油井结蜡现象严重,结蜡问题已经成为影响该油田正常生产的重要因素。为了有效解决该问题,实现稳产、增产并降低生产成本,对青海油田清蜡防蜡技术应用现状进行了综合分析,提出了亲水钝化膜防蜡技术。该技术通过加入油管表面处理剂,使其与油管表面反应生成亲水钝化膜,达到防蜡、防腐、防垢的目的。通过理论分析和室内红外光谱试验,从微观角度详细阐述了该技术的防蜡机理:亲水钝化膜中的基团与水发生强氢键作用形成稳定螯合物,从而抑制蜡沉积。室内试验表明,与传统化学防蜡法相比,该技术防蜡率更高,尤其适合于含水30%~50%的油井;现场试验也表明,该技术具有更好的防蜡、防垢、防腐效果,可以延长洗井周期、检泵周期,同时可大大降低油管腐蚀速率,提高油井产量,具有良好的经济效益和广阔的应用前景。
利用微破裂四维影像技术分析二次加砂压裂效果
安丰军, 赵安军, 周慧智, 段贵府
2013, 41(5): 98-101. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.019
摘要:
在水力加砂压裂中,目前常用获取压裂裂缝几何形态和几何参数信息的手段(如井温测井、阵列声波测井)存在不足,为此,试验应用了微破裂向量扫描四维影像监测技术。该技术通过在近地表按不同排列形式布置多道地震采集站形成的微地震仪器阵列,共同接收地下储层液体流动压力引起的岩石微破裂所产生的纵波和横波,检波器接收到信号后通过能量转换器将振动波转换成电信号,经前置放大后以电磁波的形式,发射送入记录、分析系统,利用多波三分量地震数据进行矢量叠加、振幅反演计算、四维相关可视化裂缝形态解释技术,在时间域上分析裂缝的演变过程。在二连盆地兰地1井的现场试验表明,该技术可以进行压裂施工全过程破裂能量分析、裂缝产生演变过程分析及裂缝空间形态参数求取,能真实反映二次加砂压裂效果并为下一步的压裂施工设计提供可靠依据。
油田生产制度改变时产液量变化规律预测
刘欢乐, 吴则鑫, 张博, 周明, 周雅杰
2013, 41(5): 102-106. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.020
摘要:
为了进一步提高油田产液量变化规律的预测精度,推导了油田在不同生产制度下年产液量的计算公式。定产油量或产油量以一定速度递减时的数学模型与甲型和丙型水驱特征曲线表达式进行联立求解,得到了不同生产制度下年产液量的计算公式。以大庆油田的某一水驱开发区块为例,对推导出的年产液量计算公式进行验证,并对该区块不同生产制度下的年产液量进行了计算。结果表明:所推导出的年产液量计算公式的计算精度能满足工程要求;该区块的最佳生产制度是年产油量以3%的速度递减。根据年产液量计算公式预测的不同生产制度下的年产液量,并结合油田(区块)的产液能力和生产历史情况,可以制定油田(区块)的最佳生产制度。
实体膨胀管的膨胀力有限元数值模拟及其应用
于洋, 周伟, 刘晓民, 付建红, 郑江莉
2013, 41(5): 107-110. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.021
摘要:
针对塔河油田深井侧钻井巴楚组和桑塔木组地层泥岩垮塌难题,优选φ139.7 mm实体膨胀管对复杂泥岩段进行机械封隔。根据弹塑性有限元理论,利用有限元数值模拟研究了φ139.7 mm实体膨胀管的膨胀特性,探讨了膨胀率、屈服强度、摩擦系数和膨胀锥锥角对膨胀力的影响规律。在塔河油田 TK6-463CH 井进行了实体膨胀管的现场施工应用,将该井膨胀锥锥角设计为10°,预测膨胀力为603~607 kN,与实际计算结果相比误差小于8%,表明该方法具有合理可行性,为深井侧钻井膨胀管设计及膨胀管施工提供了技术支持。
井筒微芯片示踪器研制
朱祖扬, 李光泉, 张卫, 李三国, 倪卫宁
2013, 41(5): 111-114. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.022
摘要:
为了快速检测钻井过程中的井筒压力和温度分布,从而对井涌、井漏和钻具磨损等各类井下故障进行判断和预测,进行了微芯片示踪器研究攻关。采用微型化采集技术、高效电源管理技术和高温高压封装技术,设计研制了小尺寸、低功耗井下数据采集系统——微芯片示踪器样机。该示踪器连续投放到循环的钻井液中,可以快速采集井筒中的压力和温度数据,获得井筒温度、压力分布剖面。微芯片示踪器原理样机直径只有20 mm,地面测试表明,该样机可连续采集到养护釜中100 ℃以下的温度变化,以及20 MPa以下的压力变化。这表明,利用微芯片示踪器可以采集到井筒中的压力和温度数据,建立井筒压力和温度分布剖面。
苏25-2-2H井钻井工程设计优化与应用
吴杰, 肖松平, 徐敏, 黄琳, 彭超
2013, 41(5): 115-118. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.023
摘要:
为进一步提高苏里格地区水平井钻井速度、加大后期储层改造力度,对苏 25-2-2H 井进行了钻井工程设计优化。首先根据该井钻遇地层的特点及开发要求,将井身结构优化为二开井身结构,并利用Compass软件的Plan Editor模块将剖面优化为"直—增—调整(稳—增)"剖面类型;其次优化了适合直井段、斜井段和水平段的钻具组合;再次利用Wellplan软件校核了钻具和套管的强度,其强度符合现场施工需求;最后根据岩层性质、地层压力剖面等优选出了适合该井钻遇地层特点的PDC钻头及具有良好抑制性能及流变性能的KCl钻井液。苏 25-2-2H 井现场实钻结果表明,将井身结构优化为二开井身结构,并对其工程设计进行优化后,机械钻速较邻井提高了24.61%,钻井周期较邻井缩短了30.79%。苏 25-2-2H 井的成功实施为今后该地区的完井方式、后期的增产改造提供了更多的选择。