2022年  44卷  第1期

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封面
2022 年 1 期封面
2022, 44(1).
摘要:
2022 年 1 期目录
2022, 44(1): 1-4.
摘要:
钻井完井
深层页岩气水平井钻进中井筒-地层瞬态传热模型
吴鹏程, 钟成旭, 严俊涛, 万秀梅, 陈烨, 杨谋
2022, 44(1): 1-8. doi: 10.13639/j.odpt.2022.01.001
摘要:
目前深层页岩气井常用的旋转导向工具服役环境温度为135 ℃,准确预测深层页岩气水平井钻进中循环温度对延长井下测量工具使用寿命与有效延伸水平段长度非常重要。基于能量守恒原理,考虑井筒-地层各控制区域——钻柱内流体、钻柱壁、环空流体及近井壁地层在径向与轴向传热机理,建立了井筒-地层瞬态传热模型,应用全隐式有限差分法对数学模型求解,分析了各敏感因素对井筒温度的影响。研究表明:页岩气水平井流体循环初期环空流体温度高于原始地层温度;增加循环时间、流体比热容与密度、降低入口温度可以降低井底温度;排量过高引起摩阻生热,使得井筒温度非降反升;通过地面降温装置降低入口温度能抵消水平段延伸产生的热量,增加水平段钻进距离;结合Y101H26-1井数据,当入口温度为35、65 ℃,对应钻进井深分别为5 650、5 250 m时,不超过旋转导向工具服役环境温度,计算误差在3%以内。该研究成果可避免井筒降温技术应用的盲目性和低效性。
砂砾岩电阻率与岩石力学参数相关性研究
闫伟, 孟祥龙, 冯永存, 蒋庆平, 赵源, 蔡文军, 鲜成钢
2022, 44(1): 9-14. doi: 10.13639/j.odpt.2022.01.002
摘要:
为研究电阻率与岩石力学参数之间的相关关系,以准噶尔盆地西北缘某区块致密砂砾岩储层为研究对象,在岩石波速与力学参数之间具有确定关系的基础上,对比了常规测井资料中3条电阻率曲线与声波时差的相关性,提出了基于原状地层电阻率的砂砾岩储层岩石力学参数计算模型。研究结果表明:电阻率与声波时差的相关性较好,钻井液的侵入会影响二者的相关性,适宜采用原状地层电阻率预测岩石的力学参数;采用新模型得到的全井段岩石力学参数预测结果均方差和平均相对误差均小于法斯特公式和对数模型,特别是在纯砂砾岩段,采用新模型得到的预测结果误差比法斯特模型降低了50%以上,拟合效果显著提升。应用实例表明,采用新模型与采用声波时差及密度获得的岩石力学参数进行对比,误差小于10%。研究表明该模型能够在无声波测井条件下为致密砂砾岩储层岩石力学参数评估提供参考。
巴彦河套新区深井钻完井关键技术
闫睿昶, 陈新勇, 汝大军, 汤继华, 吴永超, 虞海法, 谭天宇
2022, 44(1): 15-19. doi: 10.13639/j.odpt.2022.01.003
摘要:
为了解决巴彦河套新区井深4 500 m以上深部地层井眼轨迹控制难度大、井壁易垮塌掉块、井眼扩大率大、钻井完井过程中频繁遇阻卡、长封固段固井质量难以保证等技术难题,在钻井完井技术难点分析的基础上,优化了井身结构、井眼轨道与井眼轨迹控制方法,制定了钻井提速技术方案,改进了钻井液、固井水泥浆配方及技术措施,形成了巴彦河套新区深井高效钻完井系列技术。现场应用表明:井壁垮塌掉块明显减少,通井划眼时间缩短,钻井、完井周期大幅度缩短,固井质量提升。该研究可为巴彦河套新区安全高效钻井完井提供技术指导。
西非S深水区块裂缝性碳酸盐岩地层控压钻井技术
赵德, 赵维青, 卢先刚, 张钦岳
2022, 44(1): 20-25. doi: 10.13639/j.odpt.2022.01.004
摘要:
西非S区块上部泥岩地层钻井压力窗口窄,下部裂缝性碳酸盐岩地层漏失严重、含硫化氢、地质不确定性高,控压钻井技术是应对这些问题比较成熟的技术,但单项控压钻井技术无法同时解决上述问题。根据环空压力动态控制钻井技术可解决泥岩井壁稳定性问题以及加压泥浆帽钻井技术可解决钻井液严重漏失情况下含硫化氢地层井控问题,提出了一种将两项独立控压钻井技术进行组合应用的新技术。从控压装备共用、技术方案转换、施工关键点决策3个方面进行了研究。实例应用表明,该控压钻井组合技术可有效解决同一井内井壁稳定、漏失、井控等多项复杂问题,相比单项控压钻井技术应用效果更好。该研究对该区块及类似地层后续勘探开发作业具有指导意义。
厚层状砂砾岩油藏优快钻井关键技术
吴丰, 谢煜华, 王雲, 尹晓明, 殷召海, 童鑫
2022, 44(1): 26-30. doi: 10.13639/j.odpt.2022.01.005
摘要:
临河坳陷JH2X断块适于大型丛式井开发,针对地层低成熟、低渗透、低强度和高黏土含量特点,开展了大井丛平台设计、一趟钻提速、高效储层保护液及弱界面增强固井等方面的技术研究,形成了以大井丛井口位置优化、高效PDC钻头优选、两疏成膜储层保护剂以及低温韧性防窜水泥浆等技术为核心的JH2X断块厚层状砂砾岩油藏优快钻井配套技术。现场应用结果表明,钻井、试油及投产同步进行,建产效率提升40%;19口井实现二开“一趟钻”完钻,平均钻井周期缩短16.27%;单井日产提高30%~36%;二界面固井优质率77.2%,提高10个百分点。该技术满足了JH2X断块优快钻井需求,为该区块后续钻井提供了技术支撑,可对国内其他同类地区的开发提供借鉴。
废水基钻井液中固相颗粒电吸附选择性实验
许毓, 刘晓辉, 马滢, 谢水祥, 任雯, 张明栋, 仝坤
2022, 44(1): 31-36. doi: 10.13639/j.odpt.2022.01.006
摘要:
废水基钻井液是油气勘探开发主要废物之一,提高再生回用率是钻井弃物处理技术的迫切需要。为了给废钻井液电吸附再生回用工艺技术开发和实验装置升级改造提供可靠依据,利用自制的废水基钻井液动态电吸附实验装置,开展了动态模拟电吸附对废钻井液中固相颗粒选择性去除实验研究,考察了对废钻井液中钻屑颗粒的电吸附效果,并评估了装置的运行稳定性和适用性。研究表明,电化学吸附对膨润土钻井液中的钻屑颗粒具有选择性吸附作用,尤其是对低于30 μm颗粒吸附效果显著,且对膨润土钻井液的流变性、膨润土当量等指标影响不大,有效剔除钻井液中的劣质固相的同时保持了膨润土钻井液的稳定性,提高了钻井液回用性能指标,表明电化学吸附工艺是提高水基钻井废物循环利用和资源化利用率的有效途径。
典型工况下完井管柱伸缩管力学分析及安全性评价
李明飞, 康兵辉, 王桥, 窦益华
2022, 44(1): 37-42. doi: 10.13639/j.odpt.2022.01.007
摘要:
为减小深井超深井管柱轴向拉力,降低安全系数,常需要在管柱中配置伸缩管,但在进行管柱强度校核时伸缩管处常会出现安全系数突变,由于对其本体缺少力学分析方法,无法对管柱安全作出准确判断,影响试油完井管柱的安全性。应用有限元分析软件建立伸缩管全尺寸有限元模型,分析了坐封、射孔、压裂、开井、关井工况下和极端工况下伸缩管的载荷及应力,给出了5种典型工况对应的极端工况下的伸缩管最大载荷。依据拉梅公式和强度理论,推导得到在复杂载荷下的伸缩管强度计算方法,求得在典型和极端工况下的伸缩管应力值。结果表明:在深井超深井中,压裂工况下伸缩管应力值最高,是最不利工况;坐封、射孔、开井、关井工况下,伸缩管的安全系数通常在1.35以上。得到了5种典型工况对应的极端工况下伸缩管内外压和轴向力组合,提供了实际施工应避免的载荷组合模板。理论分析无法考虑伸缩管键槽的存在,也无法考虑应力集中的影响,理论分析得到的应力较数值分析低15%左右。建立的典型工况下伸缩管的安全评价方法为伸缩管及其对管柱的安全影响分析提供了理论支持。
油气开采
油气藏型储气库出砂机理及防砂技术现状与发展趋势展望
董长银, 陈琛, 周博, 隋义勇, 王兴, 王金忠
2022, 44(1): 43-55. doi: 10.13639/j.odpt.2022.01.008
摘要:
油气藏型储气库的生产特点会加大储层出砂的风险,高效长期的出砂防控是储气库安全运行的重要技术保障。油气藏型储气库的生产工况为长周期高流量注采交替,引发地层压力/应力大小、流体流动方向和气水界面运移的循环交变,并造成其出砂机理与出砂预测相对更加复杂,给高效长期的出砂防控带来严峻挑战。首先系统分析油气藏型储气库生产工况特征及其对储层岩石物性的演变影响机制,分析总结诱发出砂加剧机理及主控因素,并总结目前出砂模拟与预测方法进展。在此基础上,分析总结国内外储气库防砂技术现状。总体而言,目前尚缺乏针对储气库生产特点的成熟防砂技术体系。最后,系统分析了储气库出砂防控技术亟待解决的工程难题和科学问题,并简要展望未来发展趋势,为未来储气库大规模建设中的防砂完井方案研究提供参考借鉴。
水平井产出剖面测试技术现状及发展建议
邸德家, 庞伟, 毛军, 郭肖
2022, 44(1): 56-62. doi: 10.13639/j.odpt.2022.01.009
摘要:
水平井产出剖面测试技术作为油气井动态监测的一种重要方法,能够深化地质认识,优化开发方案,提高单井产量,起到油气田开发降本增效的作用。当前水平井产出剖面测试主要有生产测井技术、分布式光纤监测技术及智能示踪剂监测技术,3种技术在测试原理、测试工艺和资料解释方面各不相同,具有不同的适用条件和优缺点。对3种技术的测井仪器现状、光纤传感器种类、智能示踪剂的发展、测试工艺及资料解释方法等进行了回顾和综述,对相关技术的适用性及优缺点进行了比较和分析,并提出了对应的发展建议。通过对水平井产出剖面测试技术现状的梳理及适用性分析,以期为油气井动态监测方法的优选及水平井产出剖面测试技术的进一步研究提供参考。
大斜度高液气比气井连续携液气流速预测方法
刘晓旭, 李旭, 王磊, 谢宝财
2022, 44(1): 63-69. doi: 10.13639/j.odpt.2022.01.010
摘要:
南堡油田天然气井液气比高,井型以定向井、大斜度井为主,现有携液液膜模型未充分考虑倾斜角的影响,导致临界携液气流速计算不精确。基于倾斜管环状流液膜厚度分布实验数据,提出了倾斜管底部液膜厚度与垂直管环状流液膜平均厚度之间的关系式,确定了垂直管液膜平均厚度以及界面摩擦因数的经验关系式,建立了大斜度高液气比气井临界携液气流速预测新模型。实验和生产数据表明,模型准确可靠,临界携液气流速平均误差−7.67%。该模型是对现有定向井携液理论的发展和完善,有助于提高气藏大斜度井的管柱设计水平、气井配产水平以及气井投产后的积液诊断能力。
致密储层人工裂缝与天然裂缝夹角对水驱油效果的影响
王晓明, 陈军斌, 孙晨, 柳文欣
2022, 44(1): 70-76. doi: 10.13639/j.odpt.2022.01.013
摘要:
为研究人工裂缝与天然裂缝夹角对水驱油效果的影响,考虑重力和裂缝对水驱油效果的影响,建立了非活塞式水驱油油水两相单向渗流模型,利用有限元分析方法,通过产量和含油率定量分析人工裂缝与天然裂缝夹角处于0°~90°时对水驱油效果的影响。研究表明:人工裂缝与天然裂缝夹角越大,油井产量越高,当人工裂缝与天然裂缝夹角为90°时,油井累积产量最高,且油井产量递减速度最小;人工裂缝与天然裂缝夹角增大,扩大了注入水波及基质系统的范围,驱油效果显著,当人工裂缝与天然裂缝夹角为90°时,裂缝系统和基质系统的驱油效果显著优于其他角度的裂缝分布,注入水波及范围最广,剩余油最少,但水驱油效率整体较低。该研究结果有助于认识裂缝分布对于水驱开发效果的影响,并预防水窜的发生。
沧东凹陷孔二段页岩压裂套变原因分析及预防对策
刘学伟, 田福春, 李东平, 杨立永, 阴启武, 余嵚鑫, 闫伟
2022, 44(1): 77-82. doi: 10.13639/j.odpt.2022.01.011
摘要:
在页岩油藏开采中,多级分段压裂技术是增加页岩油水平井产量的关键技术之一。随着页岩油藏的大规模开发,在水平井多级分簇压裂过程中套管损坏问题频繁出现,极大影响了现场施工效率和经济效益。官东页岩油作业7口水平井有4口发现套变问题,对4口套变井进行了综合梳理后发现,该区域套变问题与固井质量和狗腿度等因素相关性较小,与钻遇断层情况联系紧密。其中GY2井区作业的3口穿过同一断层的水平井有2口发生了套变。结合断层激活理论,分析了压裂作业激活断层的相关因素,并对断层长度、压裂施工压力和断层走向等因素进行了敏感性分析。研究结果表明,GY2井区的GY2-1-2H井作业压力较低,钻遇断点过断层边缘和断层走向与最大主应力夹角较小是该井钻遇断点处未发现套变的主要原因。根据研究结果提出了控制套变的方法,为进一步防止套变发生提供了技术指导和参考经验。
煤层气井分散防固结-定期洗井工艺
罗凯, 刘源, 朱延茗, 赵丹, 尹海亮, 刘新亮
2022, 44(1): 83-88. doi: 10.13639/j.odpt.2022.01.012
摘要:
针对蜀南煤层气田井筒存在铁盐-煤泥复合垢的问题,开展了室内实验和现场工程相结合的防垢技术研究。通过建立室内实验评价方法,完成了3种有机膦酸和2种聚合物类药剂对煤粉颗粒物的分散性实验和防煤泥固结实验。通过动态光散射及表面Zeta电位测试,分析了药剂对颗粒物粒径分布、Zeta电位的影响,以及影响药剂对煤粉颗粒物分散和防煤泥固结效果的原因。研究结果表明,有机膦酸类药剂中乙二胺四亚甲基膦酸(EDTMPS)分散性较好,但受高铁盐的影响,防煤泥固结能力较差,不适合本区的结垢防治,而聚合物类药剂更适用于此类复杂水质下的结垢防治。根据药剂特性,在现场施工中实施了分散防固结-定期洗井组合工艺,该方案开展3年以来区块煤层气井结垢速率显著下降,检泵周期延长至1.3~3倍,取得了良好的应用效果。
智能专栏
钻完井大数据特点与应用方案研究
耿黎东
2022, 44(1): 89-96. doi: 10.13639/j.odpt.2022.01.014
摘要:
大数据技术正逐步成为石油公司提高生产效率、减少非生产时间、降低生产成本的有效途径。为了促进大数据技术在钻完井领域的快速发展和广泛应用,分析了大数据技术在钻完井领域的需求,介绍了大数据在钻完井领域的发展现状,阐述了钻完井大数据的内容和特点,从钻完井大数据技术总体框架和应用场景两个方面设计了基于大数据的钻完井优化应用方案。建议借鉴国外钻完井大数据技术成功经验,建立统一的大数据分析平台,结合钻完井大数据的自身特点,针对具体应用场景部署相关项目,进一步优化钻完井大数据的应用架构和应用场景设计。
基于长短期记忆神经网络的深水钻井工况实时智能判别模型
殷启帅, 杨进, 曹博涵, 龙洋, 陈柯锦, 范梓伊, 贺馨悦
2022, 44(1): 97-104. doi: 10.13639/j.odpt.2022.01.015
摘要:
深水钻井具有高投入、高风险等特点,其工况实时判别是提高钻井时效、减少复杂事故的基础和前提。传统深水钻井作业中,钻井工况主要通过基于编程方式的物理模型与经验模型进行判别,难以保证时效性和正确率。为此,创新性地将机器学习引入深水钻井工况判别全流程,考虑综合录井数据的长时间序列特征,基于长短期记忆神经网络建立了深水钻井工况实时智能判别机器学习模型。通过对29 856 140行深水综合录井数据预处理,选取钻头深度、井深、大钩高度、钻压、悬重、扭矩、转速、立管压力,共计8个综合录井参数作为输入特征,建立了20隐藏层×70节点的长短期记忆神经网络模型,实现了旋转钻进、滑动钻进、接单根、静止、循环、向下洗井、划眼、向上洗井、倒划眼、起钻、下钻及“其他”,共计12种常见深水钻井工况的实时智能判别,测试集上正确率高达94.09%,满足深水现场作业需求。该模型可实时智能地判别钻井工况,充分验证了长短期记忆神经网络用于钻井工况实时智能判别的可行性与时效性,为钻井时效分析和复杂事故预警提供了机器学习模型基础,并将进一步拓展机器学习在石油工程领域的应用范围。
关于人工智能方法用于钻井机械钻速预测的探讨
石祥超, 王宇鸣, 刘越豪, 陈雁
2022, 44(1): 105-111. doi: 10.13639/j.odpt.2022.01.016
摘要:
人工智能方法被广泛地用于预测钻井过程中的机械钻速,虽预测精度都能超过80%,但以前的算法大多仅选取一口井或一个开次的数据进行预测和检验,缺乏对邻井或整个区块推广和预测的研究,泛化能力有待检验。针对上述问题,讨论了相关性分析在机械钻速预测中对钻井参数选取的影响以及训练数据选取对人工智能模型泛用能力问题。引入地层参数、钻头参数及钻井参数作为输入参数,选取四川盆地某区块的实际钻井数据进行训练,评价了随机森林、支持向量机、梯度提升树、人工神经网络4种人工智能算法对整个区块机械钻速预测的精度。结果显示,随机森林算法对区块内各单井数据的预测精度能达到90%,对整个区块数据预测的准确度能达到88%,且使用区块数据训练的随机森林模型具有较好的泛化能力,认为该方法能够推广至整个区块,有利于指导该区块的钻井工程技术优化。
渤海中深部地层多源信息一体化压力监测方法
陈波, 和鹏飞, 宋峙潮, 吴旭东, 徐彤, 郑卓
2022, 44(1): 112-116. doi: 10.13639/j.odpt.2022.01.017
摘要:
地层压力是影响钻井工程安全的关键问题。传统欠压实地层压力监测方法受到人工操作因素、井筒钻具因素影响导致系统误差大、监测结果精度低。通过对历史井数据、随钻获得的测井、录井、钻井数据归纳表达和描述,建立基于历史源的分析过程参数和结果参数库,通过钻头破岩效率分析剔除产生的异常噪点影响,通过气测响应特征分析建立井筒压力关系映射特征,通过井筒动态压力精细刻画,建立了三类关系约束模型,最终建立了多源信息的地质工程一体化压力分析工作流程。2017—2020年在32口井的应用实践表明,该方法预测精度可达94%以上,证明了该技术具有较好的实用性和推广价值。
基于岩屑定量数字化分析的吉木萨尔页岩油储层表征方法
姚树新, 程浩然, 熊钊, 王冠群, 徐东升, 龙威
2022, 44(1): 117-122. doi: 10.13639/j.odpt.2022.01.018
摘要:
页岩油由于储层异常致密,传统储层表征方法存在取心成本高、岩心测试周期长等问题,并且实验室测量方法对页岩储集空间、微观孔隙结构的精细刻画不足。为此提出了一种基于岩屑定量数字化分析的页岩油储层表征方法,通过对岩屑的扫描电子显微镜(SEM)图片进行基于深度学习的图像识别和分割,刻画出纳米级孔隙结构,再结合J函数分析方法,定量分析页岩油储层最低可动孔隙半径,用以辅助页岩油储层的高效开发。研究选取吉木萨尔芦草沟页岩油储层典型井吉174井岩石碎屑样品为研究对象,得到了该井页岩油储层可动用油的孔隙尺寸下限,同时核磁测井结果也验证了该方法的有效性。
时序示功图驱动的抽油机井结蜡预测及清蜡效果评价
檀朝东, 陈培堯, 杨亚少, 于洋, 宋健, 冯钢, 孙向飞
2022, 44(1): 123-130. doi: 10.13639/j.odpt.2022.01.019
摘要:
抽油机井结蜡是一个渐变的过程,序列示功图变化可以反映油井结蜡的程度。现场根据经验来预测结蜡程度和确定结蜡井热洗清蜡制度,决策能力低、效果差。应用人工智能技术认识结蜡程度与抽油机井示功图、电机运行参数、井口生产参数的关联关系,开展数据驱动的抽油机井结蜡预测预警方法和热洗效果评价的研究。应用残差卷积神经网络(ResNet)提取结蜡井示功图特征,使用聚类算法确定其结蜡等级,融合提取的示功图图形特征和12项生产参数建立样本集,利用长短时记忆神经网络(LSTM)构建序列到序列网络结构模型对样本集进行训练,建立结蜡等级预测模型,定量预测抽油机井的结蜡等级,并构建了油井清蜡效果评价指数Q。研究结果表明,建立的抽油机井结蜡预测模型和清蜡效果评价指数实现了油井结蜡等级的定量化预测、洗井周期的决策、清蜡效果的有效评价,对精准确定清蜡时机、评价清蜡效果具有较好的指导作用,有效避免了蜡卡躺井,同时延长了油井免洗周期。
验证与确认技术在智能油田信息化建设中的应用
林杨, 单延武, 安创锋, 詹燕民, 邓欣, 杨波, 赵越, 高小永
2022, 44(1): 131-138. doi: 10.13639/j.odpt.2022.01.020
摘要:
验证与确认技术(V&V)是保障软件系统质量的关键一招。在智能油田信息化建设中,软件系统质量因保障油田的高效工作而备受关注。传统软件系统开发的维护成本占整个软件开发周期的50%~70%。V&V旨在智能油田信息化建设的软件系统开发的需求阶段修正错误,指数级地降低维护成本中的纠错成本,保障油田的稳定生产。基于此,首次提出一种将V&V技术应用于智能油田信息化建设的方法,为国际、国内针对智能油田软件系统开发指导规范提供了新思路。主要研究了智能油田信息化建设所覆盖的业务部门和智能部门及油水井等智能化应用等工作紧密相关的V&V,提出了智能油田信息化建设中设计、测试及V&V过程的文档要求,更进一步制定了V&V工作流程,使该流程在实际项目开展时不断验证、固化。同时所提V&V揭示了智能油田软件开发周期活动中潜在的风险因素,推进了过程实施、风险控制及协助设计团队设计方法的改进,提高了软件系统的质量。验证与确认技术用于智能油田信息化建设的方法,对油田生产智能化发展具有深远的借鉴和指导意义。