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封面
2022 年 3 期封面
2022, 44(3)
摘要:
2022 年 3 期目录
2022, 44(3): 1-4.
摘要:
钻井完井
四川盆地高温高压含硫气井五级分支井钻完井技术
李涛, 徐卫强, 苏强, 曾知昊, 杨兆亮
2022, 44(3): 269-275. doi: 10.13639/j.odpt.2022.03.001
摘要:
MX023-H1井是四川盆地龙王庙组气藏的一口五级分支井,目的是为验证分支井技术在深层碳酸盐岩气藏高效开发的适应性。该井作为国内第一口高温高压含硫五级分支气井,分支井眼钻完井作业面临完井级别高、作业程序多、井身质量要求严格、复杂套管串下入难度大、固井水泥环防气窜性能要求高等技术难题。为此,通过增加窗口强度、选择稳定地层开窗等手段以确保后期开采期间分支井眼与主井眼连接处的稳定性;设计平滑的井眼轨道和提高钻井液防塌性能可保证井径规则,降低了下套管难度;采用新设计的Ø177.8 mm弯套管,完成了近5 000 m井深Ø215.9 mm分支井眼通井作业,满足了分支井眼重入和通井要求,为分支井眼套管顺利下入创造了良好的井眼条件;壁挂式悬挂器壁钩前端开口槽间隙由21.66 mm增至25.66 mm,提高了壁挂成功率;三凝水泥浆体系配合控压平衡法固井技术,保障了分支井眼溢漏同存条件下的固井质量,一界面合格率97.6%、二界面合格率100%。现场应用表明,配套技术能够满足深层高温高压含硫五级分支井钻完井作业要求,该分支井钻完井作业的成功实施可为后续五级分支井技术的推广应用提供借鉴。
岩屑床破坏器清岩效果评价与结构优化设计
彭硕, 黄文君, 高德利
2022, 44(3): 276-282. doi: 10.13639/j.odpt.2022.03.002
摘要:
在大位移井、长水平井钻进过程中,破碎的岩屑容易在井筒环空低边堆积形成岩屑床,易导致钻杆屈曲、钻具摩阻和扭矩增大、当量循环密度异常甚至出现卡钻事故。岩屑床破坏器可有效搅动沉积的岩屑床,提高井眼清洁效果。以岩屑床破坏器为研究对象,开展了清岩效果定量评价与结构优化设计研究。通过计算流体动力学揭示了岩屑床破坏器的清岩机理,建立了一套岩屑床破坏器清岩效果评估方法,并利用该方法对3种典型岩屑床破坏器的清岩效果进行了量化评估,确定了清岩效果最优的叶片结构,分析了该叶片结构参数对清岩效果的影响规律,进而优化了结构参数。研究表明:在3种类型叶片结构中,反螺旋形叶片岩屑床破坏器清岩效果最佳,通过增加螺旋角度和优选叶片数目可明显提高其清岩效果。该研究为岩屑床破坏器的结构优化设计提供了理论基础。
智能流体研究进展及其在钻井液中的应用与展望
黄志洋, 赵雄虎, 苗留洁, 贾相如
2022, 44(3): 283-290. doi: 10.13639/j.odpt.2022.03.003
摘要:
智能流体作为一种物理性能“可控”的智能材料,在航天、生物、医疗以及微电子等行业得到了广泛应用。根据智能流体响应条件,将智能流体分为了外场可控智能流体(以磁流变流体和电流变流体为代表)和刺激响应可控智能流体(以智能水凝胶为代表),系统总结了智能流体的流变机理、研究现状,指出将纳米材料引入智能流体是目前研究热点。在此基础上,介绍了可应用于钻井液中的智能流体室内研究进展,分析了智能流体应用于钻井液的可行性。最后结合智慧油田发展需求,提出了开发智能钻井液、研发智能钻井设备以及智能钻井液操控系统是未来智能钻井发展新方向。
深水深井高温高压水泥石固化养护及制备方法研究
刘书杰, 武治强, 吴怡, 侯铎, 张智
2022, 44(3): 291-296. doi: 10.13639/j.odpt.2022.03.004
摘要:
深水深井面临超深、超高温超高压、复杂储层等特殊地质条件,对固井水泥石的综合力学性能提出了更高要求,急需适用于高温高压工况的水泥石固化养护及制备方法,从而准确可靠地评价和优化水泥浆体系。设计并建立了高温高压水泥浆固化养护装置及水泥石制备方法,精准模拟了深水深井高温高压(150 MPa、250 ℃)工况水泥浆固化养护过程,分析对比了不同温度、压力条件下所制备水泥石的单轴抗压强度、抗拉强度等力学性能。结果表明:所建立的高温高压工况水泥石固化养护及制备方法可准确模拟深水深井高温高压井筒工况条件,同时高温高压条件亦可充分发挥水泥浆体系助剂的性能优势,测试发现运用该方法制备的水泥石与常规方法制备的水泥石在抗压强度、抗拉强度等力学性能方面存在显著差异。该方法的提出有利于促进深水深井高温高压水泥浆体系固化养护和水泥石制备技术的发展,为固井水泥浆体系配方优化提供实验方法和技术支撑。
深水浅层气钻井风险评估与控制技术
喻贵民, 顾纯巍, 宋宇, 赵宇航, 李磊, 刘和兴, 杜威, 赵少伟
2022, 44(3): 297-301. doi: 10.13639/j.odpt.2022.03.005
摘要:
在深水油气田开采过程中常钻遇浅层气,浅层气是聚集在海底的超压气体,由于预测难、控制手段少,通常采用更换井位的方式对存在浅层气的区域进行规避,严重制约了钻井井口选址范围,甚至无法实现油藏勘探目的。基于ANSYS Fluent软件,采用VOF模型和k-ε湍流模型,建立了浅层气放喷多相流体瞬态流动计算模型,得到了不同压力系数、储藏规模和井眼尺寸条件下的浅层气喷流特征,建立了基于气藏压力、储藏规模的浅层气放喷数值模型,提出了对处于中高风险等级的浅层气采取主动放喷技术的防治方法。该研究对主动应对浅层气地质灾害具有理论指导意义。
深层高温高压气井完井测试管柱失效分析
王宴滨, 石小磊, 高德利, 张进双, 陈军海
2022, 44(3): 302-308. doi: 10.13639/j.odpt.2022.03.006
摘要:
深层高温高压油气井完井测试管柱的安全可靠对于确保深层油气的安全高效开发具有重要意义。考虑测试过程中的温压变化、管柱端部约束及屈曲摩阻等因素综合影响,建立了测试管柱受力分析模型,开发了深层高温高压气井完井测试管柱力学分析软件,对新疆顺南地区某井测试管柱进行了温度压力分析、受力变形计算和力学强度校核,揭示了该井完井测试管柱失效的原因。结果表明:利用开发的软件能够较为准确地分析高温高压井测试管柱所处的温压环境,并能对其进行受力变形分析和强度校核,可用于工程实际;该井测试管柱表面受到的局部腐蚀损伤和产生的裂纹会使管柱强度降低,是导致其失效的主要原因;该地区高温高压井中腐蚀对管柱力学强度的影响应给予特别重视。该研究可为高温高压井完井测试管柱优化设计及安全控制提供理论依据。
基于分布式光纤声传感的油气井工程监测技术应用与进展
李晓蓉, 刘旭丰, 张毅, 郭放, 王鑫栋, 冯永存
2022, 44(3): 309-320. doi: 10.13639/j.odpt.2022.03.007
摘要:
为保障油气井全生命周期全井段实时监测,引入了分布式光纤传感技术。根据分布式光纤传感技术基本原理将其分为分布式光纤温传感(DTS)技术和分布式光纤声传感 (DAS)技术,并对二者进行了对比,指出DAS技术具有高精度、长距离监测、高信号强度等优点。介绍了分布式光纤声传感技术的监测原理、光纤结构和安装方式,调研了DAS技术在石油领域——地震、油气井生产和注入、水力压裂、生产出砂、管柱泄露、井筒完整性等领域的研究和应用,提出DAS技术将有望成为一种可实时监测油气井全生命周期的经济型监测技术。该研究可为制定合理的开采方案、提高作业的安全性、降低油气田开发成本提供借鉴。
油气开采
超低渗透油藏水平井缝间异步周期注采补能技术
沈瑞, 熊伟, 王守虎, 王俊涛, 王龙, 何吉波, 平义, 高树生
2022, 44(3): 321-327. doi: 10.13639/j.odpt.2022.03.008
摘要:
由于超低渗透砂岩油藏水平井缺乏补充能量的有效手段,为此提出水平井同井缝间轮换注采工艺。该工艺管柱由丢手接头、Y445封隔器、Y341封隔器、单向配注器、单向配产器、脱卡器组成,可实现部分压裂缝注水、部分压裂缝采油,在同一口水平井内实现分段异步注采补能。缝间异步注采增油是水驱、弹性驱、渗吸多种驱动机理综合作用的结果,相比传统的面积注水井网,更容易形成有效驱动。研究表明:水平井同井缝间异步周期注采补能方法采用水力压裂裂缝注水,油藏吸水面积大幅度增加;流场形状由径向渗流转变为线性渗流;缩短注入端与采出端的距离,提高了驱替压力梯度,有效渗透率也随之增大,这些机制综合作用起到了增油的效果。现场试验表明,水平井同井缝间异步周期注采补能方法能有效提升单井产量,可在超低渗砂岩油藏规模推广。
国外页岩气井人工举升增产技术研究现状与进展
叶长青, 马辉运, 蔡道纲, 高翔, 杨振周, 刘青
2022, 44(3): 328-334, 365. doi: 10.13639/j.odpt.2022.03.009
摘要:
压裂后产量快速降低是页岩气井生产的典型特征,不施加干预措施很难实现经济开发。为页岩气井优选合理的人工举升工艺,排出井筒积液,稳定页岩气井产量,提高单井可采储量,是页岩气藏高效开发的核心工作之一。调研了常规人工举升工艺在北美页岩气产区的应用情况,分析了各项技术应用的限制因素和存在的不足;针对页岩气井寿命周期内的压裂液返排、处理段塞流、前期及后期生产特征,总结出了页岩气井不同生产阶段人工举升工艺的优选方案,并阐述了应考虑的影响因素和注意事项;最后,介绍了两种页岩气井增压增产新技术的工艺原理和应用效果。该研究可以为国内页岩气田的经济高效开发提供借鉴。
克拉2气田排水采气工艺优选及效果分析
叶正荣, 裘智超, 周祥, 伊然, 刘翔, 赵志宏
2022, 44(3): 335-340. doi: 10.13639/j.odpt.2022.03.010
摘要:
克拉2气田作为西气东输的主力气田,因地质原因部分气井已经出水,严重影响气井产能和最终采收率,亟需采取排水采气工艺措施以维持气井稳定生产和边底水均匀推进。对常用排水采气工艺适应性进行了对比,指出克拉2气田目前最合适的排水采气工艺为井口增压和优选管柱,并对其开展了应用效果评价。结果表明:优选管柱和井口增压两种工艺可作为克拉2气田的排水采气工艺;对于出水气井而言,下入油管最优尺寸为62 mm,可有效携液生产并延长自喷生产时间;井口增压工艺可有效降低井口压力,释放地层能量,在井口压力降低6 MPa的情况下,自喷结束对应地层压力降低幅度可达10 MPa左右,大幅度延长了气井自喷周期。研究结果表明,井口增压可作为克拉2气田首选排水采气工艺,优选管柱可作为备选工艺。
高黏减阻剂的研究与应用进展
周洪涛, 宋宗效, 邱晓慧, 张敬春, 马收, 郑博玄, 武晓通
2022, 44(3): 341-347. doi: 10.13639/j.odpt.2022.03.011
摘要:
近年来,高黏减阻剂逐渐取代瓜尔胶及其衍生物,成为主流压裂液化学剂,并逐渐成功应用于现场。基于此背景,本文从高黏减阻剂的发展历程、性能评价、增效研究以及现场应用4个方面对其进行了阐述。相对于传统压裂液,低浓度高黏减阻剂具有更加稳定的减阻性能,高浓度高黏减阻剂表现出优异的携砂性能,同时还有较低的储层伤害性,有很大的发展潜力。
鲁克沁深层稠油油藏空气泡沫驱技术实践
朱永贤, 张明敏, 张凯, 谢佃和, 汪小涛, 周洪涛
2022, 44(3): 348-353. doi: 10.13639/j.odpt.2022.03.012
摘要:
鲁克沁三叠系稠油油藏采用常温水驱开发,由于注入水黏性指进,开发效果逐年变差,为提高油田整体开发效益,开展了深层稠油油藏泡沫驱提高采收率矿场试验。根据油藏条件筛选出耐高温耐高盐起泡剂,结合其他矿场试验优化了发泡气体选择与注入参数,并在YD203井区采用段塞交替注入方式实施减氧空气泡沫驱矿场试验。YD203井区内19口井4年内见效率达到89%,整体含水下降39.5%,累计增油超过2.0万t,预计提高油田采收率6.8%。该研究对进一步提高鲁克沁深层稠油油田采收率、实现油田可持续发展具有重要指导意义。
苏桥储气库高温高压气井纳米凝胶暂堵技术
宋长伟, 李军, 李昊辰, 钟立国, 刘建斌, 朱宇, 栾政萱
2022, 44(3): 354-359. doi: 10.13639/j.odpt.2022.03.013
摘要:
苏桥储气库气井储层平均埋藏深度近5 000 m,地层温度140~150 ℃,注采条件下储层压力一般在35~45 MPa。气井修井作业前首先需要进行暂堵压井,常规聚合物凝胶类堵剂耐高温性能差、容易漏失造成压井效果不理想,为此,研制了耐温150 ℃纳米凝胶,对纳米凝胶成胶性能、耐高温性能和流变性能进行了评价,在苏桥储气库2口高温高压井进行了纳米凝胶暂堵压井试验。试验表明,该暂堵技术具有工艺简单、见效快、成本低等优点,可广泛应用于高温高压气井暂堵以及高温油气藏调堵堵水作业。
PAM-AA水凝胶体系中甲烷水合物生成过程的实验研究
师浩林, 徐加放, 陈杰, 杨晓龙, 丁廷稷
2022, 44(3): 360-365. doi: 10.13639/j.odpt.2022.03.014
摘要:
作为储量巨大的清洁能源和应用广泛的工业原料,天然气水合物越来越多地受到学者和工业界的关注。实验研究了含聚丙烯酰胺-丙烯酸(PAM-AA)盐溶液中甲烷水合物在反应釜中的生成过程,揭示了PAM-AA水凝胶体系对生成甲烷水合物的作用。结果表明:2 ℃、8 MPa时,水凝胶体系促进甲烷水合物生成;2 ℃、4.5 MPa时,水凝胶体系抑制甲烷水合物生成;PAM-AA水凝胶体系能够扰乱甲烷水合物的正常生成,表现为缩短甲烷水合物大量生成的时间(促进)和阻碍气液间的传质(抑制);实验生成的甲烷水合物形态分为两种,即疏松且含有大量孔隙或坚硬且致密,分别对应抑制/促进甲烷水合物生成的体系。通过探究PAM-AA水凝胶体系中甲烷水合物的生成过程,能够为工业领域内甲烷水合物的生成、防治、储存和运输提供借鉴。
旋转喷头射流工具水力参数优化及结构参数优选
胡强法, 谷子昂, 房伟, 史怀忠, 刘家炜, 张学铭, 黄志刚
2022, 44(3): 366-375. doi: 10.13639/j.odpt.2022.03.015
摘要:
旋转喷头射流工具能产生高速射流,并且在射流反冲力作用下推动喷头旋转,形成复杂的旋转射流,可实现油管和套管高效清洗。以7 000 m井深条件下Ø73 mm油管为例,设计了与Ø44.5 mm连续管配套的Ø54 mm系列旋转喷头射流工具,开展了旋转喷头射流工具水力参数优化,并利用计算流体力学方法对工具结构参数进行优选。研究表明:当排量为270 L/min时旋转喷头射流工具的射流速度约为170 m/s,系统总压耗约为42 MPa,可以满足清洗要求;随着侧向喷嘴偏移半径增加,侧向喷嘴产生的反冲击力矩近似线性增加,其对壁面冲击压力先降低后升高;随着倾斜角度的增加,倾斜喷嘴对油管内壁冲击压力增加;转速在60~360 r/min内,倾斜喷嘴对壁面冲击压力变化不大;最优的结构参数组合为侧向喷嘴偏移半径12 mm、倾斜喷嘴倾斜角度75°、前倾喷嘴角度15°。该研究可为旋转喷头射流工具现场施工和参数优化提供指导。
智能专栏
数字技术赋能海上油田开发
李金蔓, 周守为, 孙金声, 林杨, 霍宏博, 程林松
2022, 44(3): 376-382. doi: 10.13639/j.odpt.2022.03.016
摘要:
数字技术赋能油田是未来石油行业发展的大趋势。渤海油田通过建立现场级物联网、应用人工智能与大数据、创建三维数字化工作平台,初步实现以数字技术赋能海上油田开发模式。打通边缘物联神经末梢,实现物联网全面感知、可靠传递,形成数据驱动的油藏、注采、安全、设备设施智能管理闭环,实现在役海上生产设施智能运维,极大地提高了海陆的连通性和运营效率,以数字技术助力渤海油田高质量发展。在阐述海洋智能油田建设基础上,对智能孪生、云边协同等未来可降低网络和IT资源消耗的智能油田建设技术进行了展望。应用数字技术赋能油田开发是海上智能油田建设的成功尝试,已取得了初步成果,未来推广空间广阔。
基于集成学习的油藏井筒一体化智能诊断模型
杨耀忠, 邴绍强, 马承杰, 于金彪, 王相, 李秉超, 景瑞林, 孙召龙
2022, 44(3): 383-389. doi: 10.13639/j.odpt.2022.03.017
摘要:
目前油藏、采油依托各自专业数据和信息系统进行异常问题的分析,对于两个系统间的复杂关联关系考虑不够,导致生产异常的诊断仍较局限,治理措施针对性不强。基于随机森林算法和卷积神经网络算法集成学习构造了油藏井筒一体化智能诊断模型,根据注水失效、泵漏失等不同油藏、井筒问题,以基于随机森林的决策树分析油藏异常工况,卷积神经网络诊断井筒异常故障,通过集成学习方法将两类分类器结合起来,形成一体化诊断。现场验证结果表明,所建立的方法通过集成学习提升了单分类器性能与范化能力,应用准确率达到90%以上,实现了油藏和井筒问题的一体化诊断,为油田智能化管控提供了有力支撑。
分层采油智能开关器控制系统开发与应用
田芳勇, 陈传东, 李金洪, 罗代亮, 海永强
2022, 44(3): 390-395. doi: 10.13639/j.odpt.2022.03.018
摘要:
分层采油是油田高含水阶段解决层间和平面矛盾、实现剩余油挖潜的重要手段,其核心工具智能开关器在井下高温高压环境下存在有效寿命短、动作不可靠等问题。采用单片机控制和低功耗模式,对智能开关器控制系统电源模块、电机驱动模块及压力监测模块的关键器件进行了优选和电路设计,开发了定时轮采、遥控调层及压力监听控制程序,实现了智能开关器的定时轮采控制和压力信号调层控制功能。选用VB6.0编程语言开发了一套上位人机界面,实现了通信、参数设置、数据回放等功能。室内试验和现场应用表明,在高温高压环境下,智能开关器定时轮采和遥控调层性能稳定可靠,有效寿命达到1年以上,满足了智能分层采油工艺的需要。
基于光电像素识别的慢冲次位移测试方法
倪国强, 刘湃, 高忠献, 吴强, 赖雪勇, 王宇蒙, 才浩楠
2022, 44(3): 396-400. doi: 10.13639/j.odpt.2022.03.020
摘要:
抽油机低速运行时悬点位移变化缓慢,增加了位移测试过程中计算位移量和辨别位移方向的难度,导致拉线位移和加速度位移数据错误率上升。为摆脱悬点运行速度影响,实现快速、准确、便捷的慢冲次位移测试,设计了基于光电像素识别的慢冲次位移测试方法。以光电鼠标芯片系统作为探头,通过对光杆进行照射并采样分析,借助鼠标芯片的高分辨率和快速扫描功能,将针对位移大小的模拟量检测转化为针对位移有无的状态量检测和微量位移的数字化累计,得到与悬点一致的位移信息。应用该方法对慢冲次抽油机井进行了试验测试,获取了符合工程要求的位移数据曲线。验证了光电像素识别定位技术应用于抽油机光杆位移测试的可行性及其不受抽油机运行速度影响、便于数据处理使用、数据精确等技术特性。