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2021-03期封面
2021, 43(3): 0-0.
摘要:
2021-03期目录
2021, (3): 1-4.
摘要:
钻井完井
“井工厂”钻井成本模型构建与平台部署方案优化
闫伟, 丁小平, 李文博
2021, 43(3): 265-271. doi:
摘要:
“井工厂”作业模式使非常规油气实现了效益开发。通过分析非常规油气井工厂钻井的特点,明确了井工厂钻井成本构成要素,并对各要素进行了量化研究;根据井工厂钻井流程整合,构建了井工厂钻井成本分析模型;明确了井工厂钻井成本的影响因素,并对其进行了优化研究,构建了井工厂钻井成本优化算法,着重考虑了平台位置和平台数、钻井顺序、钻井学习效率、井型、井眼轨迹、批量化钻井工序、钻井液重复利用率等因素,结合渤海湾盆地济阳坳陷致密油藏钻井工程实践优化了模型参数,以成本最小为目标函数,得到了最优方案,并给出了最优方案中钻井成本各要素项的占比,其中钻机费用(40.55%)、套管费用(15.11%)、钻井液费用(14.80%)和固井费用(9.89%)为排序前4的成本要素项,4项费用之和占井工厂钻井总费用的80%以上。利用“余弦相似度”算法评估了成本计算模型的可信性,误差小于2%。该研究为非常规油气井工厂钻井方案优化设计和成本概算提供了理论依据。
黄河口凹陷缓坡带东营组溢流相分布特征研究及钻井工程应用意义
邓津辉, 谭忠健, 张向前, 曹军
2021, 43(3): 272-280. doi:
摘要:
黄河口凹陷缓坡带东营组广泛发育以溢流相玄武岩和凝灰岩为主的火成岩,此类岩石较为坚硬,钻进时易出现钻速低、井漏、井塌等问题,对钻井工程影响较大。综合利用录井、测井资料对东营组一段和二段火山喷发旋回和期次进行识别和划分,并结合地震资料对BZ34-9火山溢流相进行精细刻画。研究表明:研究区火成岩主要分布于BZ34-9和KL4-2构造区的共轭走滑断裂带,以裂隙式火山喷发为主;东营组一段和二段可识别和划分6个喷发旋回16个喷发期次;东二下段早期和东一段早、晚期喷发旋回规模较小,东二下段晚期和东二上段早、晚期喷发旋回规模较大,反映了火山活动由弱增强再逐步减弱的发育过程。进一步,在复杂断层、地层模型构建的基础上,结合构造应力场模拟,预测地层力学薄弱带或裂缝发育特征,为开发井轨迹优化以及钻具、钻井参数、钻井液优选提供可靠依据。
双稳定器预弯曲钻具组合防斜特性动力学评价方法
刘科柔, 张辉, 王新锐, 付豪, 刘俞万, 路宗羽, 石建刚
2021, 43(3): 281-288. doi:
摘要:
直井的防斜打快一直以来都是钻井领域的难题。预弯曲底部钻具组合防斜打直技术利用预弯曲结构引导钻具组合变形产生较大的动态降斜力,可实现动力学防斜打快目的。然而预弯曲钻具组合防斜特性的动力学定量评价仍是难题。针对双稳定器预弯曲底部钻具组合,笔者在Jansen建立的动力学模型的基础上建立钻头处动态侧向力模型,将仿真得出的A截面处的涡动轨迹数据应用到动态侧向力计算中,最终通过涡动轨迹图、动态侧向力分布时程图和平均动态侧向力对此类钻具的防斜特性进行快速且直观的评价。最后通过编制的计算机程序对不同井斜角和转速条件下的防斜特性进行了仿真计算,仿真结果表明:(1)随井斜角增大,降斜力增大;(2)随转速提升,钻具防斜特性可分为稳定降斜、不稳定降斜及丧失降斜能力3个阶段;(3)在不同井斜角下,第一、第二临界转速随井斜角增大而增大。
基于熵权法的大位移井井眼轨迹设计方案优选
韦龙贵, 王赞, 陈立强, 李磊, 张昌超
2021, 43(3): 295-301. doi:
摘要:
井眼轨迹设计对大位移井安全高效钻井作业的实现极为重要。大位移井钻井存在长裸眼段井壁稳定性差、摩阻扭矩高、管柱屈曲严重、井眼清洁难度大等问题,井眼轨迹设计需要对其进行综合分析与评价。基于熵权法构建了大位移井轨迹设计方案评价模型,充分依据评价指标的数据本身波动情况计算权重与方案得分,实现了大位移井井眼轨迹设计方案的定量评价,并在某油田大位移井钻井作业中得到了成功应用。该研究不仅为大位移井轨迹设计方案优选提供了新的思路与指导方法,也为后续开展大位移井钻井技术优化与风险评估提供了技术参考。
超深井上部大尺寸井眼稳定器接头母扣失效机制
李少安, 王居贺, 秦垦, 王文昌, 陈锋, 狄勤丰
2021, 43(3): 302-308. doi:
摘要:
顺北区块超深井Ø444.5 mm大尺寸井眼井段长达5 000 m,不但需要面对提速、控斜难题,而且存在稳定器母扣频繁失效问题。为此,从钟摆钻具组合(BHA)动力学分析着手,探讨了大尺寸井段稳定器母扣失效机制。基于钻柱动力学有限元方程,研究了大尺寸井眼中BHA稳定器处的复杂动力学特征,确定了稳定器母扣附近的动态弯矩和涡动特征;建立了稳定器母扣端螺纹接头三维有限元模型,利用显式动力学有限元方法分析了复杂载荷作用下稳定器母扣端螺纹接头的应力分布特征;以顺北XX井稳定器母扣断裂失效为例,分析了BHA稳定器母扣端变截面位置附近的动态应力。结果表明,稳定器母扣端轴向振动和扭转振动水平较低,但出现了较强的高频涡动,较大的变截面特征造成稳定器母扣端附近出现很大的高频附加动态弯矩(0~453.0 kN·m)。这一动态弯矩作用产生的母扣螺纹牙应力最高达799.1 MPa,虽然小于与其啮合的钻铤公扣螺纹牙应力(973.1 MPa),但其变化幅度很大(465.0 MPa),而且变化频率很高。这种高频动态变化应力是促使母扣端螺纹接头发生失效的关键原因之一。建议在设计大尺寸井眼BHA时一方面要控制钻柱涡动,另一方面要尽可能减少稳定器附近的动态弯曲效应。
高温干烧和水湿环境对水泥石结构性能的影响
薛国庆, 刘旭, 汤明光, 于成超, 罗佼, 付强
2021, 43(3): 309-315. doi:
摘要:
为了更真实评价稠油热采井中交变超高温对水泥石力学性能及微观结构的影响,基于其在井下所处的实际环境,设计了一套超高温水湿模拟养护装置及方法,并据此研究了水泥石在干烧和水湿环境下抗压强度的变化规律。同时,利用XRD、TG、氮吸附及SEM技术探明了不同养护环境对水泥石物相组成、化学结构、孔隙结构及微观形貌的影响。实验结果表明:交变超高温养护7轮次后,水泥石在干烧环境下的抗压强度由28.7 MPa降至23.62 MPa,降幅为17.7%;而水湿环境则由29.54 MPa降至27.68 MPa,降幅为6.3%,且与干烧环境相比,抗压强度提高了14.67%;水泥石在水湿环境下水化产物含量高,孔径及孔隙率低,并且整体结构致密。研究结果可为稠油热采水泥石的性能评价提供技术支撑和理论指导,对加大稠油资源的安全、高效开发具有重要意义。
深水钻井导管水下打桩关键技术
韦红术, 邓玉明, 同武军, 孙子刚, 赵苏文, 赵维青
2021, 43(3): 316-321. doi:
摘要:
近年来,针对深水开发钻井导管的安装,业内国外公司提出了采用水下打桩来实现导管批量安装的新技术,并通过实践证明了该技术的可行性。通过对该项技术的调研,分析了该项技术的特点、基本原理及作业流程,并对该技术的关键点导管设计与加工、导管可打入性、导管自由站立稳定性、深水打桩锤选型、低压井口头的设计与选型等进行了深入分析。该技术具有降低作业风险、提高入泥精度可控性等优点,但当前装备技术水平限制了其应用。立足国内深水钻井导管安装技术现状,给出了该技术在国内深水开发应用的相关建议,为该技术在我国开展探索应用所面临的难点及其攻克研究方向提供参考。
封完一体化工艺的研究及应用
刘练, 李会会, 邹伟, 樊凌云, 陈丽帆
2021, 43(3): 322-327. doi:
摘要:
临时封堵工艺是保证井口装置整改期间井控安全的重要屏障,但该工艺存在完井时效低、工具成本高、钻井液污染储层严重等缺陷。针对该问题,研制了二次坐封封隔器,实现了封完一体化工艺。二次坐封封隔器集机械和液压坐封方式于一体,且两种坐封方式相互独立,无论采用哪种方式坐封上提解封后均可启用另一种方式进行第二次坐封。封完一体化工艺充分发挥封隔器二次坐封的优势,将临时封堵和生产任务集中于一趟管柱,确保完井期间井筒完整性、井控安全的同时,大大提高完井时效。封完一体化工艺现场试验成功后,由于其配套工具简单、操作方便、可靠性高,已在塔河油田推广应用。
低频电磁波无线传输测试技术在阿北凹陷复杂断块油藏的应用
张宇飞, 赵昆, 王攀, 孙瑞娜, 阮小飞
2021, 43(3): 328-333. doi:
摘要:
二连阿北凹陷构造复杂、成藏规律不清,采用常规测试工艺无法实现井底关井或井下数据的实时读取,对资料准确性和关井时间难以把控。为此优选了低频电磁波无线传输测试技术,并对存在的问题进行完善,以增强测试资料的针对性、可靠性。针对井下信号对接不成功的问题,对管柱结构短路位置进行了分析,并对测试工具及管柱结构进行改进,将扶正器金属轴内径由76 mm增至80 mm,最上部金属扶正器改为尼龙扶正器,将定位短节本体外径由102 mm改为62 mm;针对电磁波信号弱、传输距离短的问题,优化了信号放大线路和强化微弱信号检测技术,井下远距离传输可达40 m;同时改进信号接收器传输结构,由单点接收改为通讯回路双向接收。该技术在欣苏木构造带X16井进行现场应用,通过对射孔-开井-关井施工过程和测试曲线径向流等数据进行实时监测,有效保障了测试成功率和试油成效,对阿北凹陷下一步勘探部署提供技术支持。
油气开采
不同供液状况的有杆抽油泵举升过程参数模拟计算方法
杨耀忠, 邴绍强, 宋清新, 段鸿杰, 景瑞林, 马承杰, 孙召龙
2021, 43(3): 334-340. doi:
摘要:
有杆抽油泵举升过程中,根据供液能力的差别,分别确定了泵吸入口压力和活塞受力的计算方法;在静态模型建立的基础上,以抽油杆受力波动方程为指导,对井筒举升过程抽油杆运动阻尼系数计算方法进行了修正,建立了有杆抽油泵举升动态模型。以地面实测示功图为约束,计算不同供液工况下井筒纵向空间的压力、抽油杆柱受力等数值分布,对泵吸入口压力、动液面、地层流压等参数进行模拟计算,建立了不同供液状况下有杆抽油泵举升过程参数连续模拟计算方法。研究结果表明,该方法能够满足供液不足工况下油井动液面计算的精度要求,为井筒举升分析、工作制度优化调整提供了理论依据。
泡沫排水采气井井下节流压降规律实验及模型修正
王志彬, 白慧芳, 孙天礼, 朱国, 石红艳
2021, 43(3): 341-347. doi:
摘要:
气井井下节流是气田低成本开发的一项关键技术,“井下节流+泡沫排水采气”工艺在适宜条件下可提高气井带液能力。采用传统气液两相嘴流压降模型开展泡排井井下节流气嘴尺寸设计不能满足气井配产要求,通过节流压降规律测试并建立或者完善数学模型有助于提高泡排井井下节流设计水平。设计并搭建了泡沫排水采气井井下节流物理模拟实验装置,利用泡排剂UT-11开展了在不同泡排剂质量分数情况下的节流压降规律测试,利用实验数据对4个常用气液两相嘴流机理模型(Sachdeva模型、Perkins模型、Ashford模型、滑脱数值模型)进行了嘴流流态过渡预测能力评价、质量流速及嘴前压力的预测能力评价。基于实验数据构建了泡沫流滑脱因子计算关系式,提高滑脱数值模型的准确性,质量流速的绝对百分误差从13.7%降至7.69%,嘴前压力的绝对百分误差从16.5%降至8.01%。该研究为泡沫排水采气井井下节流嘴径设计和嘴前压力预测提供了重要理论依据。
页岩油气藏水平井井间干扰研究现状和讨论
郭旭洋, 金衍, 黄雷, 訾敬玉
2021, 43(3): 348-367. doi:
摘要:
低渗页岩储层难以自然形成工业油气流,常采用水平井和水力压裂建立人工缝网以保证商业化开采。然而,随着大规模加密布井和压裂,水平井间距缩小、储层改造体积增加,井间出现人工裂缝导致的干扰,影响邻井的井口压力和产量,甚至诱发井控、套损和支撑剂侵入等问题,严重时导致水平井报废,极大地影响生产效率。此外,老井亏空会导致储层地应力在原位地应力的基础上发生动态演化,形成复杂地应力状态,继而影响加密水平井和重复压裂井的储层改造效果,限制井平台产能表现。我国准噶尔盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地等地的页岩油气资源开发已进入小井距和加密布井阶段,井间干扰已对正常生产产生明显影响,急需开展针对性研究。本文对国内外页岩油气藏的井间干扰现象、机理以及诊断方法进行全面、详细的介绍,并提出干预对策。研究认为:准确表征与预测压裂水平井井间干扰需要在地质工程一体化的框架下展开;对天然裂缝、断层、原位地应力和储层岩石力学特征的准确认识是评价井间干扰的前提;地层亏空诱发的动态地应力和复杂人工缝网的建模与表征是定量评价井间复杂缝网交互与连通的关键手段,也是定量预测井间干扰对于井平台最终可采储量(EUR)影响的有效方法;关井、老井注液、重复压裂、优化井距和压裂优化都是干预或减小井间干扰的手段。
胜北深层致密砂岩气藏水平井细分切割体积压裂技术
向洪, 隋阳, 王静, 王波, 杨雄
2021, 43(3): 368-373. doi:
摘要:
针对胜北区块深层致密砂岩气藏前期直井压裂效果差、难以实现储量有效动用的问题,吐哈油田从2019年起结合区块储层地质特征,以提高储层改造体积、保证裂缝导流能力、降低压裂施工风险为核心,开展了水平井体积压裂工艺技术研究,形成了以“细分切割分段分簇+大规模体积改造+高温混合压裂液体系+高温可溶桥塞+小粒径组合粒径支撑剂+控制施工砂比”等为核心的压裂技术。截至2021年2月,共完成3口井的现场实施,单井产量取得突破,胜北503H井压裂后最高油气当量近100 t/d。现场实践证明,该技术在胜北区块深层致密气藏适应性良好,为区块致密气藏的有效动用奠定了技术基础。
致密储层缝内暂堵转向压裂工艺技术
许建国, 刘光玉, 王艳玲
2021, 43(3): 374-378. doi:
摘要:
随着油气田勘探开发的不断深入,非常规致密油气藏已经成为油田增储上产的主要研究对象,该类型储层渗透率低(<0.1×10−3 µm2)、两向应力差值大(>10 MPa),单纯依靠大排量、大液量改造以形成缝网的难度较大,需通过缝内暂堵转向压裂技术进一步增大净压力,提高裂缝复杂程度。暂堵剂类型的优选和用量设计是决定复杂缝网形成的关键,进而影响压裂井的改造效果。优选水基温控溶解型暂堵剂,综合考虑了暂堵剂封堵厚度、动态裂缝高度、微裂缝条数及宽度等参数,形成了暂堵剂用量设计方法。现场共计应用了11口井37层,其中28层投放暂堵剂后等排量下压力上涨0.5~7.0 MPa,有效率达到75.7%,实现了缝内暂堵转向造缝网的目的,为后期致密储层改造提供了理论依据,实现了致密油气藏的有效动用。
伴注烟道气改善蒸汽辅助重力泄油开发效果的实验研究
赵庆辉
2021, 43(3): 379-383. doi:
摘要:
蒸汽辅助重力泄油(即SAGD)是开发厚层超稠油油藏的有效技术,但在开发中后期存在注入蒸汽超覆严重、热损失大、油汽比低等问题,影响了开发效果。为此,在室内利用高压物性分析仪、比例物理模拟系统等装置,开展了烟道气对地层原油性质的影响,以及伴注烟道气后蒸汽向上覆地层热损失、蒸汽腔变化规律和生产特征等实验研究。结果表明,注入的烟道气可以有效降低地层原油黏度,提高原油渗流能力,增大体积系数,增加弹性能量;与常规SAGD方式相比,烟道气辅助SAGD方式蒸汽腔横向扩展速度加快,纵向扩展速度减缓,蒸汽超覆现象得到有效抑制;伴注的烟道气在蒸汽腔上方聚集,形成隔热层,减少了蒸汽向上覆盖层的热损失,提高了热量利用效率;在常规SAGD过程中伴注烟道气,可以一定程度减少蒸汽注入量,提高油汽比,改善开发效果。综合分析认为,伴注烟道气方式是改善SAGD开发中后期开发效果的可行途径。
海上油田分层防砂分层注水高效集成技术
宋辉辉, 任从坤, 任兆林, 张福涛, 田俊, 刘艳霞
2021, 43(3): 384-388. doi:
摘要:
针对目前海上分层防砂分层注水有效期短、施工周期长、作业成本高的问题,研究了新型海上油田分层防砂分层注水高效集成工艺。通过采用穿越型悬挂丢手封隔器,能够同时连接防砂管柱和注水管柱,采用小直径液控压缩四胶筒分层封隔器,同时实现分层防砂封隔器的坐封以及后期注水管柱的精细分层。该技术的防砂管柱与注水管柱一趟下入,节省施工时间一半以上。穿越型悬挂封隔器的可溶丢手支撑套溶解后,能够实现防砂管柱与注水管柱的独立检修,延长防砂管柱的使用寿命,降低作业成本。该技术已在胜利海上油田成功应用10井次,最大施工井斜65°,工具最大下深3 780 m,工作最大压差10 MPa,施工成功率100%,分层合格率100%,有效提高了海上水驱油藏的开发程度。
分子膜/混合有机酸复合解堵技术在姬塬油田欠注井的应用
王国丞, 张道法, 张进科, 靳纪军, 苟利鹏, 巨江涛
2021, 43(3): 389-394. doi:
摘要:
针对姬塬油田欠注井现象日益严重、堵塞物类型复杂造成常规酸化无法同时解除多种堵塞等问题,从堵塞物分析和解堵机理入手,研究了一种适用性较广的分子膜/混合有机酸复合解堵体系,主要由混合有机酸、新型分子膜、解聚剂和助剂组成。实验结果表明,该复合解堵体系具有优良的解堵性能,对现场垢样的溶垢率普遍能达到80%以上,对聚合物的降黏率可达到90%以上,适用于深部解堵,且能够有效避免二次沉淀的产生。现场应用效果表明,分子膜/混合有机酸复合解堵技术能够有效降低注水压力,提高日注水量,适用于大部分欠注井的地层改造。
红河油田直通型裂缝高强度封堵剂调剖技术
王宏申, 王天慧, 黄永章
2021, 43(3): 395-399. doi:
摘要:
为了解决天然裂缝发育类油藏注水开发过程中水线推进速度快、易出现水窜、水驱效果差等问题,红河油田先后开展了冻胶封堵、“冻胶+颗粒”封堵调剖技术研究及现场试验,但由于冻胶体系自身材料力学性能的影响,整体效果不理想。优选了一套单体聚合类高强度封堵剂体系,该体系具有黏度大、成胶时间短、强度高、触变性能好的特点,65 ℃条件下成胶时间为15 h,在长度为0.5 m、直径为3 mm的管线中突破压力梯度达7.0 MPa/m。红河油田进行先导试验4井5轮次,有效封堵率100%,能够在裂缝中形成高强度封堵,有效提高了直通型裂缝缝内堵剂的封堵强度; 调剖后平均油压提升6.7 MPa,累计注水5 643 m3,累计增油2 723.1 t,有效解决了该地区天然裂缝发育类油藏注水开发过程中水窜过快的问题。
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