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油气开采
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
, 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。
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
, 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。
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
, 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。
深水气井生产过程中的井筒结垢实验规律
刘文远, 胡瑾秋, 姚天福, 欧阳铁兵, 李相方
, doi: 10.13639/j.odpt.2020.03.021
摘要:
海上气井具有深度大、除垢操作复杂、作业成本高等特点,深水气井井筒内结垢的预测与防治具有实际意义。 采用室内实验和理论计算相结合的方法, 对南海气田的4口深水气井生产过程中的井筒结垢风险进行了评价,预测了生产过程中的井筒结垢速率及气井井筒内的结垢位置,并分析了结垢特点及规律。 研究结果表明,地层水组成决定了气井的结垢类型,结垢速率主要取决于表面附着期过后较稳定的垢物附着速率;深水气井生产过程中不同井深处的结垢差异性主要取决于井筒沿程的温度分布,井筒中下部和高产气量及高水气比是防垢重点;相比陆上气井,深水气井受井筒结垢的影响更大,采取及时的防垢手段避免垢物生成或将垢物沉积量控制在容许范围内对维持深水气井的高效安全生产意义重大。
钻井完井
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
, 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。
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
, 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。
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
, 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。
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
, 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
, 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。
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
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。该研究可为油田工作者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。
大庆油田致密油平台三维水平井钻柱摩阻分析
邵帅
摘要:
平台水平井是大庆油田致密油开发的主要形式,平台布井的方式导致部分水平井轨道出现三维井段。钻井施工中三维水平井较二维水平井钻柱摩阻更大,限制着水平井的延伸极限。在软杆理论模型的基础上,通过分析三维井段钻柱与井壁的接触形式,给出钻柱挫动的计算模型,采用Landmark软件模拟与实际施工情况相结合的方法进行了验证。模拟结果表明,三维井段钻柱与井壁的接触面积大于二维井段、扭方位时的井斜角大小与钻柱摩阻正相关、三维水平井整体摩阻系数达到0.4以上。钻井设计和施工过程中应根据三维井段钻柱摩阻规律,优化设计水平井轨道和井身结构、合理分配钻具组合中加重钻杆位置、提高钻井液润滑性、采用降摩减阻工具等方式降低钻柱摩阻,提高平台水平井的延伸长度,以保证致密油平台的高效开发。
大庆外围低渗透油田直井多分支缝压裂提产技术
王贤君, 胡智凡, 张洪涛, 陈希迪, 王维
摘要:
大庆外围低渗透油田常规压裂形成小规模双翼缝,缝控体积小、增产效果差,增加缝长不仅易沟通邻井,还不能改善井排间砂体控制程度,且成本较高。直井多分支缝压裂技术,在井网条件下,通过在主缝两侧形成多条分支缝,有效增大缝控体积,改善井排间砂体控制程度,提高增产效果。通过物模及数模实验,明确了分支缝形成机制;基于岩石力学参数变化规律和分支缝起裂特征,形成了集地应力演变计算、裂缝参数优化的完整优化设计方法。研究评价优选了纤维缝内暂堵剂,形成了“纤维+支撑剂”缝内暂堵工艺,配套了现场诊断控制方法。现场累计应用310口井,初期单井日增油1.9~4.8 t,达到常规压裂的2.1~4.0倍,投入产出比达1:2.5,为大庆油田低渗透储层的高效开发提供技术支撑。
川渝高压致密气储层多段压裂管柱关键技术
王金友, 许永权, 宫磊磊, 赵一泽, 姚金剑
摘要:
川渝地区致密气储层老井需要通过油管多段压裂工艺开发潜力,现有工艺管柱不能满足高压、大砂量冲蚀、钻井液条件下坐封及压裂后可取等复杂要求,为此开展了高压致密气储层多段压裂技术攻关。通过自主研制Y344型导压喷砂封隔器,集喷砂和封隔功能于一体,缩短了工具尺寸,提升多层压裂管柱通过性;利用有限元分析软件优化封隔器喷砂体和胶筒结构,优选42CrMo高强度材料,提高承压性能;开展了材料耐冲蚀和磨蚀研究,数值模拟方法分析流态,优化硬质合金零件布局,解决喷砂口等区域磨损大的问题;水力锚等工具均设计“进液防砂”结构,满足钻井液环境使用要求。室内实验表明,整体工艺管柱满足90 MPa高压要求,现场单层加砂量达到160 m3,为解决类似储层高压多段油管压裂问题提供了有效的技术手段。
三元复合驱结垢防治关键技术进展
程杰成
摘要:
大庆油田提高采收率的现场应用中,三元复合驱比水驱提高采收率20个百分点左右,比聚合物驱提高采收率6~10个百分点。但是由于碱的存在,机采井结垢严重,增加了生产难度及维护强度,成为限制其工业化应用的关键性因素之一。大庆油田经过多年的研究与实践,通过先导试验对结垢动态变化、三元体系与油层岩石长期作用进行研究,揭示了钙硅复合结垢机理和规律,首次建立了结垢定性和定量的预测方法;通过结构设计和低表面能材料纳米喷涂改性,研发出系列防垢举升设备;依据成垢机理,发明了复合垢防垢剂,清垢率、防垢率均达 85%以上。通过物理、化学防治措施相结合的方法,油井检泵周期大幅延长,解决了油井因结垢无法长期连续生产的难题,保障了三元复合驱的大规模应用。
松北致密气藏压裂裂缝形态与参数优化
张永平, 齐士龙, 唐鹏飞, 张兴雅, 杨春城, 宋景杨
摘要:
松北深层致密气藏沙河子储层属超深致密气藏、纵向呈多小层分布且小层发育薄。为了提高单井产量,针对沙河子组储层水平应力差大,天然裂缝不发育等不利条件,开展基于沙河子储层物理模拟和相关数学模拟的基础研究,建立了沙河子组致密气藏复杂裂缝判断图版并形成对应的体积压裂工艺优选技术,实现了不同区块、不同岩性储层的针对性改造。现场试验14口井,5口井试气产量超过10×104 m3,压后工业气流井占比71%,整体提高了松北深层气井的开发效果。研究成果为大庆油田勘探储量的提交以及有效开发提供了有力的技术支撑,同时对国内其它相似油田的开发生产具有借鉴指导意义。