影响元坝气田超深井钻井提速的工程地质因素及技术对策

元坝气田工程地质特征异常复杂,钻井难度大,存在井漏、井涌、卡钻、井塌、高含硫化氢、高压水层等工程地质复杂问题,钻井效率低,周期长,建井成本高.从油气藏的基本地质特征、岩石力学性质、井壁稳定性等方面,分析认为,储层埋藏超深,钻遇地层岩性复杂、储层特征多样、油气立体成藏、油气水分布复杂、各油气藏特征差异大,岩石致密、强度大、可钻性差,异常高压-超高压、纵向多压力系统、井壁力学稳定性差、安全钻井液密度窗口窄,是钻井提速的工程地质影响因素.结合工程地质特征,提出了优化井身结构设计,优选空气钻井、泡沫钻井、液体欠平衡钻井、“螺杆+PDC钻头”和“涡轮+孕镶金刚石钻头”复合钻井、旋转导向钻井等钻井技术,以及优选高效钻头,优选钻井液体系等钻井提速技术对策,能够满足元坝气田海相超深井安全、快速钻井的需要.     

河北献县东部雾迷山组碳酸盐岩热储酸化压裂试验研究

通过对河北献县东部雾迷山组碳酸盐岩进行大尺寸高地应力酸化压裂物理模拟试验与小尺寸温度应力耦合环境下酸化压裂试验,讨论地应力、温度、酸液排量以及压裂模式等因素与碳酸盐岩压裂效果之间的关系,找到碳酸盐岩储层压裂裂缝的生长规律。研究表明：将裂缝发育与裂缝不发育储层碳酸盐岩压裂曲线对比发现,储层岩石裂缝发育程度可明显降低破裂压力;压裂试验中储层岩石内裂缝激活对破裂压力具有显著影响,现场压裂过程中应当考虑到储层工程地质中裂缝发育程度的问题;酸液处理可显著降低破裂压力,更有利于形成复杂裂缝网络,破裂过程中诱发更多声发射事件,同时储层岩石裂缝发育程度直接影响到压裂效果。     

塔河奥陶系6000m~3超大规模酸压实践

针对塔河油田奥陶系碳酸盐岩缝洞型油藏常规酸压存在酸蚀裂缝距离短,导流能力有限,难以沟通远处有效储集体的问题,在TH12312井探索并实践大幅增加酸压液体用量及施工排量的6000m3超大规模酸压工艺技术。优选方案为滑溜水4000m3,施工排量≥7.0m3/min;变黏酸600m3,施工排量≥7.5m3/min;胶凝酸400m3,施工排量≥7.5m3/min;顶替液:滑溜水1000m3,施工排量≥7.0m3/min。动态缝长可达到289.9m,动态缝高可达到77m,酸蚀缝长可达到227m,导流能力可达到426mD·m。整个施工过程交替注入滑溜水和酸液,累计注入总液量6008m3,同时加入粉陶70t,最高泵压达到94.3MPa,最高排量8.5m3/min,酸压施工获得成功。酸压时的裂缝监测及后期生产效果评价表明,该工艺取得了提高造缝长度、改善储层导流能力、沟通远处储集体的效果,刷新了酸压规模的世界纪录。     

川渝碳酸盐岩储层胶凝酸配方研究

酸压是碳酸盐岩储层改造增产的主要措施,而优选适合的酸液体系是实现酸压成功的重要前提。通过分子结构设计,研发设计了共聚物型耐高温胶凝剂和集络合、防膨、助排功能于一体的多功能剂,同时优选耐高温缓蚀剂,形成了一套适合于川渝碳酸盐岩储层特点的胶凝酸配方体系。综合评价表明,配方的抗剪切、缓蚀、络合、防膨等性能指标均满足标准要求,在不提高酸液黏度的基础上,有效降低了H+传质速率,使酸岩反应速率变小,并降低对储层造成的伤害。利用旋转岩盘酸岩反应测试系统、酸蚀裂缝导流能力测试系统,对胶凝酸体系酸岩反应动力学、裂缝导流能力及刻蚀形态进行系统评价。结果表明,该体系具有优异的缓速性能,在闭合压力60MPa下,酸蚀裂缝导流能力可达到8.48μm2·cm。激光扫描结果表明,酸液非均匀刻蚀程度提高120%,对裂缝形貌改变明显。     

川北阆中-南部地区大安寨段油气藏储层酸压改造技术及实践

川北阆中-南部地区大安寨段油气藏成藏模式以“自生自储”为主,总体上属于常温（74～80℃）、高压（原始地层压力系数〉1．3）、构造-岩性复合圈闭、薄层状、低丰度、无边（底）水碳酸盐岩裂缝性未饱和油藏或凝析气藏。由于大部分油气井地层压力下降快,地层压力梯度低,产量递减率高,限制了常规酸化压裂等增产措施的推广应用。本文针对大安寨油气藏的地质特征,并结合油气藏开采效果评价,提出了采用胶凝压裂酸化（酸压）技术改造储层的增产措施。通过室内试验得到了凝胶酸TC4—1的配方：20％（HCl）＋3．5％（CTl-9）＋1．0％（CTI-31＋1．0％（CT1-7）＋1．0％（CT5-9）＋1．0％（IV-93）。针对不同类型的储层,对酸压工艺进行了优化,并实施了加液氮酸化、压前预处理等配套措施。现场实施效果表明,研制的酸化配方及配套技术具有良好的适应性和显著的增产效果。     

基于MOPSO的荞麦秸秆育苗钵成型工艺参数优化

采用响应面法研究荞麦秸秆生物质育苗钵密度、跌落破损率和承压破损率3个物理性能与成型压力、粘结剂用量及保压时间的关系，并应用多目标粒子群优化（MOPSO）算法对工艺参数进行三响应优化分析。试验结果表明：当压力为8～12 MPa、粘结剂用量为60%～90%、保压时间为11～14 min时，育苗钵密度可达1.041 g/cm3以上，跌落破损率和承压破损率分别在2.97%和2.65%以下。最优成型工艺参数为压力11.73 MPa，粘结剂用量60.5%，保压时间12.7 min，此条件下育苗钵密度达到1.168 g/cm3，跌落破损率和承压破损率分别为2.52%和2.58%。     

南堡2-82井深层潜山充气欠平衡钻井试验

南堡2-82井是冀东油田第一口潜山注氮气精细控压欠平衡井,井深4960m,设计垂深4200m,井底最大水平位移2412m,井底温度170℃左右。该井钻探的主要目的层是奥陶系潜山储层,施工中存在井深、井底位移大,潜山地层温度高,易漏失,钻井液安全密度窗口窄等难点。为解决潜山钻井难题,保护储层,及时发现油气,对井身结构进行了优化设计,使用抗高温钻井液,优选水基充氮气欠平衡钻井方式。在设计过程中利用欠平衡多相流软件对注气参数进行优化,并跟踪分析,实时调整充气参数。应用"欠平衡随钻监测与储层评价系统"对地层压力进行监测和评价,测量分析地层压力系数为1.027,与实测压力系数吻合较好。完钻后对奥陶系裸眼井段4876.21～4960.0m进行测试,折日产油122.4t/d,日产气32×104m3/d。与邻井相比,油气显示良好。     

奈曼油田油水井解堵工艺技术研究及应用

为了解决奈曼油田开发中后期油层堵塞、产量下降、注水压力增高等问题,需要研制高效能的解堵剂和施工工艺。根据岩心溶解实验结果,确定油井解堵剂主体酸液为有机酸,注水井解堵剂主体酸液为多氢酸。通过对大量室内实验数据的分析,优选出黏土稳定剂、缓蚀剂、铁离子稳定剂、防乳化剂、助排剂等助剂的组成成分和配比,形成了油井高效解堵剂和注水井多氢酸解堵剂的基本配方和施工工艺。根据实验优选得到的高效解堵剂配方和多氢酸解堵剂配方,对2口油井和1口注水井进行了现场试验,2口油井有效期内分别累计增油636.7t和356t,注水井由日注17.91m3/d增至24.7m3/d,注入压力由16.8MPa下降至12.5MPa,基本达到了配注要求。试验结果表明,新研制的油、水井解堵剂较好地解决了地层污染和堵塞问题,显著提高了油井产量,注水井达到了降压增注的目的。     

碳酸盐岩酸压裂缝内净压力变化规律研究

酸化压裂是开发碳酸盐岩储层最常用的增产技术,而酸压裂缝内净压力是反映裂缝扩展特征、推断裂缝几何形态的重要参数。以水力压裂裂缝延伸机理为基础,基于酸岩反应理论,考虑酸岩反应导致的缝宽变化、CO₂气体膨胀、酸液滤失及岩石力学性质变化,结合PKN模型,建立酸压裂缝内的净压力计算模型并进行验证。研究分析酸压裂缝内净压力的影响因素及其规律,结果表明：距缝口距离越远,水力裂缝与酸压裂缝的缝宽均越小,酸液的溶蚀作用会使裂缝宽度增大。随着液体的滤失,离缝口越远液体越少,水力裂缝与酸压裂缝净压力逐渐减小,越靠近裂缝尖端净压力衰减越快。随着作用时间延长,酸压裂缝缝宽逐渐增大,前期随着大量CO₂生成,净压力迅速增大,随着酸液消耗与滤失增加,之后逐渐减小并趋于稳定。随着排量的增大,滤失增大,酸压裂缝缝宽及净压力均逐渐增大且增量越来越小。在黏度较小的情况下,滤失较大,净压力逐渐减小;在黏度较大的情况下,CO₂膨胀作用大于滤失作用,净压力逐渐增大。随着酸液浓度的增大,酸岩反应速率增大,反应生成CO₂增多,净压力逐渐增大。     

低渗透油田超前注水开发规律及后期调整对策研究

大庆外围采油厂开发的新区以低渗透储层为主,采用同步注水开采技术投产后表现为后期递减快、受效效果差。超前注水可以合理补充地层能量,提高地层压力,防止储层渗流能力下降,使油井投产初期具有较高的采出程度和地层压力。试验区N区块采用20注50采超前注水开发方式。结果表明,超前注水产量年递减率比同步注水低10.3个百分点,吸水厚度比例达到75%以上,预测最终采收率比同步注水高2.5个百分点,内部收益率比同步注水高12.4个百分点。应用数值模拟技术模拟不同含水阶段注水强度、注水量、地层压力保持水平及注水方式,并与同步注水进行对比,确定超前注水开发后期调整对策。数值模拟结果表明,油井投产后注水强度由3.0m3/(d·m)调整到2.5m~3/(d·m)时效果最好,阶段采出程度提高1.5个百分点;注水强度为2.5m~3/(d·m)时,油井投产后即调整好于滞后调整,阶段采出程度比投产12个月后调整高0.4个百分点。将该研究成果应用于其他区块开发,增油效果显著。     

2009～2010年国内钻井液处理剂研究与应用进展

随着石油勘探开发向深部和海上发展,深井、超深井以及特殊工艺井钻探越来越多,特别是超高温、超高压地层的钻探,对钻井液提出了更高要求。针对钻井液技术发展的需要,促使油田化学工作者不断开发新型钻井液处理剂。近两年,国内在钻井液处理剂方面开展了一系列卓有成效的研究工作,其中一些研究已在现场应用中见到效果,部分产品已达到或超过世界先进水平,从而为钻井液技术的进步奠定了基础。从天然材料改性、合成材料、工业废料或副产物利用,以及不同材料复合或反应产物等方面,就2009～2010年国内钻井液处理剂研制及应用情况进行介绍,并指出处理剂的发展方向。从近期的研究看,仍然以合成聚合物为主,多围绕提高产品的抗温抗盐这一方向,并逐步向超高温发展,且研究最多的是钻井液降滤失剂,其次是降黏剂、堵漏剂和润滑剂等。而在钻井液降滤失剂、降黏剂中,又以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等含磺酸基单体与其他单体的共聚物更受重视,而润滑剂、堵漏剂等则多以多种材料复配为主。今后,在处理剂研究上,要强化基础研究和新原料的开发,发展低相对分子质量的聚合物处理剂,进一步加强淀粉、褐煤、栲胶、木质素等天然材料的深度改性,研制绿色、价廉的钻井液处理剂。     

国内超高温钻井液研究与应用进展

20世纪80年代以来,世界各国钻深井、超深井、复杂井的数量增加,对钻井液高温下的稳定性、滤失量和润滑性提出了更高要求,为满足超深井钻井技术发展需要,世界各国都在努力研制超高温钻井液处理剂和钻井液体系。国内超高温钻井液体系主要集中在水基钻井液方面,在油基钻井液和合成基钻井液方面开展的工作相对较少。油基钻井液和合成基钻井液是国外公认的解决高温问题的有效途径,可以有效解决深井高温井段钻井液稳定性问题,但油基钻井液和合成基钻井液成本高,并存在环境污染等突出问题,因此其推广受到限制。相对于油基钻井液,水基钻井液成本低,易于维护处理,通过采用抗高温处理剂,可满足井底温度超过220℃以上高温钻井的需要,从而得到广泛重视。从需求考虑,在重视水基钻井液研究的同时,也要重视油基钻井液和合成基钻井液。介绍了近期国内在超高温钻井液处理剂及钻井液体系研究与应用方面取得的进展。     

徐深气田深层气井温度压力分布计算

徐深气田井深3500～4000m,地层压力30～40MPa,井底温度可达150℃,各生产井不同程度含有CO2,给井下管柱安全带来挑战。气井井筒中流体的温度和压力分布是影响井下管柱受力、变形的重要因素,准确进行温度、压力分布的计算,对气井的生产动态分析和管柱优化具有重要意义。针对徐深气田深层气井的流体性质和井身结构,根据传热学理论和质量、能量守恒原理,将井筒分成若干个节点,考虑油管、套管、水泥环及地层之间的传热性质,建立温度、压力耦合模型,并运用迭代法对模型进行求解。分析计算显示,气井产量、CO2含量、油管直径等参数对井筒温度、压力分布具有重要影响:产量越高,井筒温度下降越慢,而压力下降越快;CO2含量越高,温度下降越慢,而压力下降越快;油管直径越大,温度下降越快,压力下降越慢。实例计算表明,所建立的耦合模型简单方便,具有较高的精度,适合深层气井的温度、压力分布计算,计算结果可为气井的生产动态分析和管柱优化提供依据。     

河坝构造复杂工程地质问题与安全优快钻井技术对策

河坝构造钻井工程难度大,存在漏、塌、卡、涌、毒、硬、斜等问题,钻井效率低、周期长,需要在工程地质特征基础上,提高钻井工程工艺的针对性。本文在岩石力学实验基础上,建立工区岩石力学参数剖面,表明该构造地层岩石致密,抗压强度、抗剪切强度、硬度大,可钻性差。根据地层孔隙压力、坍塌压力、破裂压力剖面,开展井壁稳定性分析,表明该区纵向多压力系统,陆相地层坍塌压力高,易井壁失稳;海相地层异常高压,安全钻井液密度窗口窄,井壁力学稳定性差。结合工程地质特征,提出优化井身结构设计,优选气体钻井、泡沫钻井、垂直钻井、复合钻井、旋转导向钻井等钻井技术,优选钻头型号,优选钻井液,优选防漏堵漏技术等钻井对策。现场实钻证实,上述对策大幅提高了机械钻速,有效减少了钻井复杂情况,大幅缩短了钻井周期,实现了河坝构造海相超深气井优快钻井。     

松南深层气藏压裂井井下压力、温度监测技术应用

吉林油田松南深层气井由于储层温度高、地应力高、非均质性强等因素的影响,在压裂过程中不能按设计程序执行,降低了压后增产效果。通过在压裂施工前将可存储式电子压力计随压裂管柱下人到目的层,完整地记录压裂施工过程和压后排液阶段的真实井底压力、温度变化情况,利用所录取的数据,准确地计算出压裂施工不同阶段管柱的实际摩阻,建立深层气井压裂液摩阻图版。该技术应用后可科学指导破胶剂追加,确保压裂液及时破胶返排;优化设计固化剂固化温度和固化时间,有效防止气井压后返排时发生支撑剂回流现象;解释、拟合人工裂缝长度和储层渗透率等参数,有效评价压后增产效果。该技术在松南深层气井的实际应用中取得了良好的效果,提高了压后分析评价水平。同时为进一步优化深层气井的压裂施工设计提供了理论依据。     

重力泄水辅助蒸汽驱采油工艺技术研究与试验

洼59块为深层中厚层状特超稠油油藏。区块已进入高轮次吞吐阶段,吞吐效果逐轮变差,采油速度急剧递减。采用重力泄水辅助蒸汽驱技术,探索深层特超稠油油藏蒸汽吞吐开发后期开发方式的转换。该技术采用直井、水平井组合开发模式,上叠置水平井注汽,下叠置水平井辅助排液,周围直井产油。针对工艺技术难点,通过汽水分离器、高效隔热管柱和环空注氮隔热的综合应用,实现了深层稠油油藏井底干度大于45%的目标;采用双管注汽技术使水平段得到高效动用;通过电加热降黏和防偏磨技术的成功应用,解决了试验初期黏度大、水平井杆管偏磨的问题;利用越层深抽和高温大排量举升解决了提液降压、深层高温大排量举升的难题。井组整体效果明显,产液量由179t/d增大到最高值526.9t/d,产油量由31.0t/d增大到最高值96.5t/d,含水由91.1%下降到平均值84.69%。     

Pressure drop of water flow between injection and production wells intersected by a circular fracture

The pressure drop between injection and production wells in a narrow fracture is examined numerically, analytically and experimentally. The model of the fracture used in this study consists of two parallel circular disks between which spherical particles are randomly packed. The pressure drop for the two-dimensional water flow through the fracture is a function of Reynolds number, void fraction, distance between the wells, well diameter and fracture diameter. The analytically calculated result, using Darcy's law, agrees with both the numerically calculated and the experimentally measured values. The analytical solution indicates that the pressure drop is sensitive to the distance between two wells, whereas it is insensitive to the fracture diameter. A simplified equation for the pressure drop is presented from the analytical solution.     

Prediction of downhole circulating and shut-in temperatures

An accurate prediction of downhole circulating temperatures during geothermal well drilling is needed for cement slurry and mud design. At present, API correlations are used to predict bottom-hole circulating temperatures for geothermal wells. Presented in this paper are field data which show that the API predictions overestimate the bottom-hole circulating temperatures for wells with high geothermal gradients. New empirical relationships are suggested to predict downhole circulating temperatures for deep, high temperature wells. Also, an analytical formula for predicting downhole shut-in temperature is presented.     

抗高温硼交联压裂液体系研究

常规体系压裂液在高温下受热、剪切黏度降低过快,无法满足超深井压裂改造的要求,通过对配方主剂研究及体系性能的测试,形成了新型高温压裂液体系。实验表明,该体系耐温性能、破胶性能、降滤失性能均优于常规压裂液体系,在170℃高温环境中性能稳定,配伍性良好,在显著提高耐温、抗剪切性能的同时,没有增大对地层渗透率的伤害,使压裂工艺应用范围得到显著扩大。现场应用中最深施工井段达4899.0m,最高井温达169.5℃;该高温压裂液体系在辽河油田的应用,井深超过4000m的压裂井累计达23井次,最高加砂量为100m3,最大用液量为763.8m3,成功率达100%,有效验证了该体系的高温稳定性及可靠性。该体系未对深层油藏及气藏不同特性进行区分,下一步应开发出更有针对性的油气储藏压裂液配方。