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2022 年 3 期封面
2022, 50(3)
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2022 年 3 期目录
2022, 50(3): 1-2.
摘要:
专家视点
国内外智能压裂技术现状及发展趋势
蒋廷学, 周珺, 廖璐璐
2022, 50(3): 1-9. doi: 10.11911/syztjs.2022065
摘要:
随着人工智能技术的快速发展及其在油气领域的广泛应用,智能压裂技术取得较大的进展,包括裂缝参数及压裂参数智能优化、智能压裂流体及材料、智能压裂设备及工具、压裂风险智能预警系统、压裂参数实时优化智能控制和压裂裂缝智能监测技术等方面,但其智能化程度不一,没有形成一个完整的智能压裂技术体系。在分析智能压裂技术现状的基础上,指出了智能压裂的发展趋势,包括开展小数据样本的深度挖掘、建立基于三维甜点分布的地质工程一体化压裂智能决策平台、研制智能响应性压裂流体及材料、研制裂缝扩展四维智能监控模型并实现可视化、研制无人值守压裂设备及智能工具等,这对于形成完整统一的智能压裂技术体系,实现新一轮水力压裂技术的革新具有重要意义。
钻井完井
数字孪生技术在钻井领域的应用探索
杨传书
2022, 50(3): 10-16. doi: 10.11911/syztjs.2022068
摘要:
在简述数字孪生技术的由来及分析石油行业钻井领域数字孪生技术研究现状的基础上,提出了钻井井筒数字孪生、地质环境数字孪生、钻机数字孪生、井下动态过程仿真、物理–数字孪生体实时交互等关键技术,设计了钻井数字孪生技术在钻前模拟预测与优化、疑难井施工团队协作预演、随钻预警与决策、钻井远程控制、钻井设备预测性维护、钻井实训等6大应用场景,提出了钻井数字孪生系统的研发重点,并分析了钻井数字孪生技术研发的难点与对策。研究结果为加快数字孪生技术在钻井工程领域的应用,促进钻井工程数字化、智能化转型提供了技术借鉴。
超临界CO2水平环空携砂试验研究
孙晓, 王海柱, 李英杰, 郑永, 陆群
2022, 50(3): 17-23. doi: 10.11911/syztjs.2021099
摘要:
为明确超临界CO2在水平段环空的携砂性能,分析关键施工参数对其携砂性能的影响,根据相似原理设计了超临界CO2水平环空携砂试验装置,试验研究了超临界CO2注入质量流量、砂比、出口压力和流体温度对砂粒在水平环空中运移的影响。试验结果表明:超临界CO2能够以悬浮输送的方式在水平环空内有效携砂,增大其质量流量,会增强环空内流体的紊流强度,进而提高悬浮携砂效果;在较高砂比下,水平环空底部更容易出现砂床,使过流面积减小,从而使砂粒运移速度增大;在相同注入条件下,环空内砂粒运移速度随出口压力升高而降低,但降低幅度逐渐减小;在合理温度范围内提高流体温度,有利于减少环空内砂粒的堆积。研究结果可为超临界CO2钻井和超临界CO2压裂优化设计关键施工参数提供参考。
旋转射流冲蚀天然气水合物试验及数值模拟研究
张逸群, 胡萧, 武晓亚, 李根生, 田守嶒, 赵帅
2022, 50(3): 24-33. doi: 10.11911/syztjs.2022046
摘要:
为探究适合南海天然气水合物特点的高效开发模式,对比分析了淹没围压条件下锥形射流和旋转射流冲蚀天然气水合物沉积物的成孔规律。首先,利用 LS-DYNA软件,建立了旋转/锥形射流冲蚀天然气水合物沉积物的拉格朗日–欧拉(ALE)流固耦合模型,分析了淹没、围压条件对旋转/锥形射流冲蚀天然气水合物沉积物效率的影响;然后,利用自主设计研制的天然气水合物生成及射流冲蚀可视试验装置,进行了天然气水合物沉积物生成及冲蚀试验,天然气水合物二次生成后,在冲蚀坑中注石膏,测量冲蚀孔孔深及孔径。对比分析数值模拟和室内试验结果发现:围压在增强天然气水合物沉积物强度的同时,抑制了射流扩散能力,降低了射流冲蚀天然气水合物沉积物的效率;在无围压和围压5 MPa条件下,旋转射流冲蚀天然气水合物沉积物体积分别是锥形射流的1.8和1.7倍。研究结果表明,对于泥质粉砂储层天然气水合物沉积物,旋转射流在保证冲蚀孔孔深的同时,具有比锥形射流更强的扩孔能力,这为固态流化法开采天然气水合物提供了依据。
基于日费制管理模式的彬4井钻井关键技术
李燕, 胡志强, 薛玉志, 梁文龙, 唐文泉, 牛成成
2022, 50(3): 34-38. doi: 10.11911/syztjs.2021133
摘要:
日费制管理模式突出甲方主导作用,实现管理程序的优化和生产运行的紧凑高效。彬4井是中国石化为钻井完井日费制管理市场化运行而在国内试点的第一口日费制探井,该井钻遇地层具有缝洞发育、漏失风险高、研磨性强和可钻性差等特点,钻井面临易漏失、易坍塌掉块、蹩跳钻严重和机械钻速低等技术难点。针对上述钻井技术难点,在严格执行中国石化钻井完井工程日费制管理体系的前提下,制定了各井段提速破岩方案,优选各井段的破岩钻具组合,研制封堵防塌钻井液,形成了综合高效钻井关键技术。实钻结果表明,该井在生产时效、钻井完井周期、复杂处理及平均机械钻速等方面均实现了突破,钻井期间零故障、零停待,实钻井深 4 056 m,钻井周期35.06 d,完井周期39.79 d,全井平均机械钻速16.04 m/h,钻井周期、完井周期和平均机械钻速等指标均创彬长工区探井施工纪录。研究结果表明,日费制管理模式在新技术集成应用和管理效率方面具有优势,彬4井钻井关键技术和管理模式具有可复制性、可借鉴性,为日费制管理市场化运行与推广提供了示范。
渝东地区常压页岩气水平井充氮泡沫水泥浆固井技术
匡立新, 陶谦
2022, 50(3): 39-45. doi: 10.11911/syztjs.2021103
摘要:
为了解决渝东地区常压页岩气水平井用生产套管固井时易漏及分段压裂后环空带压的技术难点,研究了机械充氮泡沫水泥浆固井技术。通过优选发泡剂、稳泡剂,设计了泡沫低密度水泥浆;基于高压气体状态方程,进行了泡沫水泥浆全过程平衡压力及浆柱结构设计,建立了井筒压力条件下的泡沫水泥浆密度计算模型,形成了机械充氮泡沫水泥浆固井技术。泡沫低密度水泥浆的密度调整范围为0.80~1.55 kg/L,水泥浆中泡沫的半衰周期为33.8 h,泡沫水泥石的弹性模量为4.6 GPa。泡沫水泥石在循环载荷测试条件下的残余应变为0.21%,具有良好的力学性能;采用全过程平衡压力固井技术和分段注气泡沫低密度水泥浆注结构设计方法,能满足固井防漏要求。渝东地区20口常压页岩气水平井应用了机械充氮泡沫水泥浆固井技术,固井过程中未发生漏失,固井质量优良率100%,且压裂后未出现环空带压现象。研究和现场应用表明,采用机械充氮泡沫水泥浆固井技术可以解决渝东地区常压页岩气水平井生产套管固井时的漏失问题,且泡沫水泥石具有良好的弹性变形性能,能够防止压裂后环空带压。
油气井固井多棱石英砂冲洗液的研制与现场应用
何立成
2022, 50(3): 46-50. doi: 10.11911/syztjs.2022064
摘要:
在油气井固井过程中,常规冲洗液存在难以有效清洗井壁上滤饼的问题,尤其是油基钻井液会在井壁形成含油滤饼、在套管壁会附着油膜,严重影响了固井质量。为此,基于加强冲洗液物理冲刷作用的理念,优选了具有尖锐棱角、形状不规则的多棱石英砂颗粒及悬浮剂,配制了多棱石英砂冲洗液。室内试验发现,该冲洗液具有稳定性好,与水泥浆、钻井液相容性好的特点,且冲洗效率比常规冲洗液高10~30百分点。多棱石英砂冲洗液在胜利油田4口井进行了成功应用,固井质量均有明显的提高。研究应用结果表明,多棱石英砂冲洗液能够有效清除井壁滤饼、油膜及岩屑,改善固井二界面胶结环境,从而提高固井质量,满足大型压裂对水泥环胶结质量的要求。
机械式垂直钻具稳定平台影响因素模拟研究
李然然, 张凯, 柴麟, 张龙, 刘宝林
2022, 50(3): 51-60. doi: 10.11911/syztjs.2021106
摘要:
配备机械式稳定平台的自动垂直钻具,由于无电子元件、耐高温性能好、成本相对低廉,是深井钻井中防斜打直的较好选择,但如何进一步提高该工具的纠斜精度是一个难点。为此,针对机械式稳定平台的动力学特性,基于典型的稳定平台结构及其工作原理,建立了机械式稳定平台理论分析模型及Adams动力学模拟模型,通过理论计算及模拟计算,研究了影响稳定平台性能的因素,确定了影响机械式稳定平台性能的主要因素及其影响规律。研究得出:偏重块长度和内外半径、井斜角和盘阀间动摩擦系数对稳定平台性能的影响较大。根据研究结果,总结出该机械式稳定平台结构参数的优化方向以及推荐取值,可为进一步优化设计机械式稳定平台的自动垂直钻具提供参考。
膨胀波纹管焊接工艺及焊缝膨胀性能分析
王建军, 陶兴华, 邹勇, 薛龙
2022, 50(3): 61-65. doi: 10.11911/syztjs.2022008
摘要:
膨胀波纹管通过焊接连接在一起,焊缝的膨胀性能直接决定膨胀波纹管整体的膨胀性能。为了解焊缝的膨胀性能,在介绍手工焊和自动焊2类膨胀波纹管焊接工艺的基础上,利用弹塑性力学及有限元法模拟了ϕ149.2 mm 8字形膨胀波纹管焊缝的膨胀过程、分析了焊缝的膨胀性能,并通过膨胀波纹管的试验井试验和现场试验进行了验证。由模拟分析及试验可知:膨胀波纹管膨胀过程中焊缝应力和应变最大点在波谷处的管壁外侧;焊缝和膨胀波纹管本体的应力和应变随内压变化的规律相同,焊缝的应力和应变始终大于膨胀波纹管本体,加压至30 MPa时ϕ149.2 mm 8字形膨胀波纹管及焊缝依然在安全范围内;ϕ149.2 mm 8字形膨胀波纹管采用液压膨胀方式加压至18 MPa即满足机械膨胀要求。研究结果表明,采用现有焊接工艺获得的焊缝满足现场膨胀需求,通过模拟获得的膨胀过程中膨胀波纹管焊缝应力和应变的变化规律与试验结果基本吻合,这对现场应用膨胀波纹管具有一定的指导作用。
基于有限元分析的方位角误差计算和修正
孟庆威, 姜天杰, 刘泳敬, 杨杰, 王越支
2022, 50(3): 66-73. doi: 10.11911/syztjs.2022031
摘要:
为了满足定向井磁方位的高精度需求,需要准确计算方位角测量误差和分析误差来源。采用有限元分析软件,模拟了钻具在地磁场中产生的干扰磁场的变化情况。通过钻杆内部三轴磁感应强度得出方位角误差的测量值,与钻杆真实方位对比得到了方位角误差。通过控制钻杆方位角、井斜角、底部钻具组合、无磁钻铤长度、外部磁场的大小和方向等因素,来观测、分析了方位角误差的变化规律。模拟试验得出,方位角误差在钻杆的南北方向上最小,在钻杆的东西方向上最大,并随着井斜角增大而增大,这种变化呈现出正弦的变化规律;经度、纬度也会对方位角的变化产生影响,方位角误差大体上随着维度增加而增大,主要取决于当地的总磁场和磁倾角大小。研究结果表明,方位角误差与测斜数据、底部钻具组合、经度、纬度和无磁钻铤长度有密切关系,可以通过有限元模拟准确估算出不同情况下方位角误差的大小,对方位角误差进行修正。模拟结果可为工程应用中无磁钻铤、底部钻具组合的选取和方位角误差修正提供参考数据和理论依据。
油气开发
长庆油田特低渗透油藏中高含水井调堵压裂技术
达引朋, 李建辉, 王飞, 黄婷, 薛小佳, 余金柱
2022, 50(3): 74-79. doi: 10.11911/syztjs.2022012
摘要:
长庆油田特低渗透油藏进入中高含水期后受储层高渗带影响,常规重复压裂存在含水率上升、增产幅度低等问题。为解决该问题,根据典型油藏长期注采开发实际,采用油藏三维地质建模方法,结合加密井生产资料,研究了中高含水油井调堵压裂增产机理,分析了不同调堵压裂参数对油井重复改造效果的影响,提出了“前置调堵控含水、动态多级暂堵压裂提单产”的重复压裂技术思路。通过室内试验,研发了PEG-1凝胶,凝胶主剂质量分数为5%~10%时,可保持较高水平的凝胶强度;优化注入排量为1.5 m3/min,注入量为300~600 m3,可在裂缝深部40~80 m处封堵高渗条带;优化动态多级暂堵压裂技术,缝内净压力提高到5.0 MPa以上,实现了压裂裂缝由低应力区向高应力区扩展,以动用侧向剩余油。现场试验结果表明,实施调堵压裂后单井日产油量平均增加1.07 t,含水率降低9.0百分点,实现了中高含水井重复压裂“增油控水”的目的。该调堵压裂技术为长庆油田特低渗透油藏中高含水井重复改造提供了新的技术途径。
武隆区块常压页岩气藏低成本压裂技术
周博成, 熊炜, 赖建林, 房启龙
2022, 50(3): 80-85. doi: 10.11911/syztjs.2022011
摘要:
武隆区块常压页岩储层能量低,产量较低,实现效益开发难度大,为此,开展了低成本压裂开发技术研究。在分析武隆区块压裂改造技术难点的基础上,进行了诱导应力计算、压裂裂缝模拟和压裂费用对比,优化了压裂段长、簇数和压裂施工参数,优选了压裂材料和压裂设备,形成了“短段长+单簇滑套+低黏滑溜水+低成本石英砂+高砂比连续加砂”的压裂施工工艺,并在武隆区块A 井进行现场试验。通过应用无限级滑套完井工艺和实时调整现场压裂参数,A 井压后产量与同平台“中等段长+密切割+全陶粒支撑剂”压裂井产量相当,压裂成本降低52.8%,并实现了单井单日8 段压裂施工。低成本压裂技术为武隆区块常压页岩气的效益开发提供了新的技术途径。
涪陵页岩气井“套中固套”机械封隔重复压裂技术
刘尧文, 明月, 张旭东, 卞晓冰, 张驰, 王海涛
2022, 50(3): 86-91. doi: 10.11911/syztjs.2022010
摘要:
针对涪陵页岩气田采用暂堵转向重复压裂工艺时施工难度大、增产效果不理想的问题,在调研国外页岩气井重复压裂工艺的基础上,对比分析了暂堵转向重复压裂与机械封隔重复压裂技术的原理与特点,明确了机械封隔可完全封堵初次压裂射孔炮眼,精准控制重复压裂水力裂缝起裂,形成了“套中固套”机械封隔重复压裂技术。在涪陵页岩气田JYAHF井进行了“套中固套”机械封隔重复压裂技术试验,在内径为115.0 mm的井筒中下入ϕ88.9 mm套管固井,建立全新封闭井筒,并针对不同剩余储量分布采用不同的重复压裂工艺。原井筒改造程度较高的井段,以挖潜老缝间剩余资源为目标;初次改造效果差的井段,需要恢复老缝导流能力。JYAHF井试验该技术后,可采储量增加0.36×108 m3,采收率提高4.8%。研究结果表明,“套中固套”机械封隔重复压裂技术增产效果明显,可为国内页岩气田长期高效开发提供技术支撑。
韩城区块煤层气井二次改造工艺优化及现场试验
梁智飞, 刘长松, 甄怀宾, 赵海峰, 王成旺
2022, 50(3): 92-98. doi: 10.11911/syztjs.2022067
摘要:
韩城区块煤层气井产能尚未完全释放,无法支撑长期稳产和高产。为进一步优化煤储层二次改造工艺,改造低产能煤层气井,提高煤层气单井产量,在剖析该区块地质特征的基础上,分析了常规二次压裂工艺试验井的低产原因。针对二次改造施工过程中的工艺缺陷及技术难题,以解决“煤粉堵塞裂缝+新裂缝延伸距离有限”为主要目标,形成了“酸化+暂堵”复合二次改造工艺,并在3口井进行了现场试验。采用复合二次改造新工艺后,试验井J4井平均产气量为3 765.6 m3/d,产量提升明显,裂缝改造体积较为理想;J5井、J6井恢复生产能力,且上产潜力较大。研究结果表明,复合二次改造新工艺在低产能煤层气井应用效果较好,可为相同地质背景条件下的煤层气老井改造提供技术借鉴。
裂缝性非均质致密储层自适应应力敏感性研究
李虹, 于海洋, 杨海烽, 邓彤, 李旭, 吴阳
2022, 50(3): 99-105. doi: 10.11911/syztjs.2022054
摘要:
裂缝性致密储层具有非均质性强、应力敏感性强等特点,需明确储层非均质性及裂缝应力敏感性对生产的影响。为此,利用基于投影的嵌入式离散裂缝模型来表征复杂裂缝,结合应力敏感定量表征模型,建立了同时考虑基质和多尺度裂缝非均质性的应力敏感数值模型,自适应获得应力敏感特征曲线。模拟分析结果表明,强非均质致密储层不能忽略基质的应力敏感性,应力敏感性对生产早期的影响较大,以压裂裂缝的影响为主,随着生产逐渐过渡到基质,储层应力敏感性逐渐降低;早期生产压差过大,会造成储层应力伤害,不利于长期生产;不同充填程度的多尺度裂缝在储层中的分布模式对产能有直接影响,充填程度越低,裂缝尺度越大,产能越高。研究结果为致密裂缝性储层合理配产和开发方案优化提供了理论依据。
渤海S油田高含水期强水淹层避射原则研究
葛丽珍, 王公昌, 张瑞, 张烈, 张俊廷
2022, 50(3): 106-111. doi: 10.11911/syztjs.2022013
摘要:
S油田经长期水驱开发,强水淹层段显著增加,传统水淹层划分方法及相应的射孔原则已无法满足当前阶段开发需求。为此,以室内物理模拟试验和测井解释结果为基础,利用渗流阻力系数和低效注入水定量评价方法,分析了因驱油效率差异引起的动态干扰界限:驱油效率大于30%时,含水差异引起的层间干扰较小;驱油效率为40%~45%时,低效、无效水循环加剧。根据驱油效率差异引起的动态干扰界限,提出了适用于S油田高含水期的水淹级别划分类型,在此基础上,制定了以驱油效率干扰界限为核心的射孔原则:高含水期油田水淹级别为Ⅰ级至Ⅴ级时,除工程因素外无需避射;当水淹级别为Ⅵ级时,需采取避射措施。S油田调整井应用根据该原则制定的射孔方案后,油井含水率平均下降8百分点,取得了较好的开发效果。研究结果表明,上述避射原则可以避开注入水无效循环的强水淹层,可以指导强水淹级别下储层射孔方案的制定。
滑溜水–胶液一体化压裂液研究与应用
魏娟明
2022, 50(3): 112-118. doi: 10.11911/syztjs.2022063
摘要:
滑溜水黏度较低,不能满足造缝、携带大粒径支撑剂和高砂比施工要求,限制了非常规储层大型压裂效率的提高。为此,以丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和单体A为原料,采用反相乳液聚合法合成了一种耐高温、速溶型聚合物降阻剂SFFRE-1。通过研发与降阻剂SFFRE-1配伍性好的高效助排剂和优选黏土稳定剂,形成了滑溜水–胶液一体化压裂液。该压裂液耐温160 ℃,通过调整降阻剂SFFRE-1的加量,其黏度在1~120 mPa·s可调,在压裂施工过程中能够实现滑溜水和胶液在线混配及即时切换的要求。该压裂液在四川盆地的页岩气井和胜利油田的致密油井进行了应用,压裂过程中压裂液表现出良好的降阻和携砂性能,降阻率最高达到86%,砂比最高达到43%。研究和现场应用表明,滑溜水–胶液一体化压裂液能够满足非常规储层大型压裂施工需求。
二元复合型泡排剂COG的研制及现场试验
王维恒, 陆俊华, 韩倩
2022, 50(3): 119-124. doi: 10.11911/syztjs.2022053
摘要:
针对平桥南区块高温、高矿化度井所用泡排剂效果不佳的问题,研制了适用于该区块的泡排剂。优选椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB)、十二烷基二甲基氧化铵(OB)和羟丙基胍胶(Guar)作为原料,复配制得了二元复合型泡排剂COG;采用正交试验方法,分析了CAB、OB和Guar质量比对COG起泡性能的影响,并确定了最佳加量。室内试验评价了泡排剂COG的发泡性能、稳泡性能及抗温抗盐性能,在温度95 ℃、矿化度10×104 mg/L条件下,其综合性能明显优于现场常用的2种泡排剂。在平桥南区块3口井进行了现场试验,试验结果表明,泡排剂COG具有较好的排水增产效果,用后单井产气量比应用原有泡排剂提高了10%以上。研究结果表明,二元复合型泡排剂COG适用于平桥南区块页岩气井的泡沫排水,具有较好的推广应用价值。
测井录井
随钻四极子声波测井仪的设计及试验
刘西恩, 孙志峰, 仇傲, 李杰, 罗博, 彭凯旋, 罗瑜林
2022, 50(3): 125-131. doi: 10.11911/syztjs.2022058
摘要:
针对随钻单极子声波测井仪器无法随钻测量软地层横波速度的问题,设计了一种随钻四极子声波测井仪。该测井仪由Drilog®随钻测井系统、接收电路、扶正器、接收声系、隔声体、发射声系及发射电路组成。详细介绍了随钻四极子声波测井仪关键部件发射换能器、隔声体和接收声系的设计实现方法,并通过试验和模拟方法验证了这些关键部件的功能。该测井仪在新疆轮台KS3-B1Sa井进行了试验,测得了高质量单极子全波及四极子横波信号,且硬地层单极子全波中的横波时差与四极子横波时差吻合。现场试验表明,随钻四极子声波测井仪的功能达到了设计要求,可以随钻测量地层的横波速度,为准确评价地层提供测井数据。
气体钻井声波超前测距方法与数值模拟
简旭, 李皋, 王军, 韩旭, 黄兵, 王松涛
2022, 50(3): 132-138. doi: 10.11911/syztjs.2022016
摘要:
气体钻井的安全性受储层地质条件影响明显,在钻井过程中,受气体所产生噪声影响,地层反射信号识别难度大。为提高探测准确度,降低气体钻井过程中钻头前方岩性界面的不确定性,设计了近钻头随钻冲击震源短节,基于地震波自激自收原理,提出了一种适用于气体钻井的声波超前测距方法。通过冲击试验分析聚四氟乙烯对振动尾波的衰减效果,通过数值模拟验证气体钻井声波超前测距方法的可行性,分析探测距离对反射波振幅的影响。冲击试验表明,使用聚四氟乙烯后空心圆柱上振动尾波衰减显著。数值模拟结果表明,PML边界条件可有效消除模型边界反射的干扰,利用反射纵波信号到达时间所计算测距的误差为1 m。随着探测距离增大,反射纵波相对强度逐渐增大,反射波振幅显著降低。研究结果验证了近钻头冲击震源探测钻头前方岩性界面的可行性,为气体钻井随钻声波超前探测技术的发展提供了新思路。