深水水合物层固井低水化热水泥浆体系研究及应用北大核心CSCD

深水表层水合物层固井常规水泥浆体系水化放热量大,导致水合物层吸热分解而影响固井质量,存在井喷风险。通过分析深水表层水合物层特点,基于水泥浆密度低、水化放热量低、低温强度发展满足封固地层与支撑套管需求及对作业时效影响小等要求,构建了深水水合物层固井低水化热水泥浆体系。性能评价结果表明,所构建的低水化热水泥浆体系具有低温条件下放热量低、抗压强度满足施工要求等优良特性,可避免水合物层发生分解。目前深水水合物层固井低水化热水泥浆体系已在南海某深水井固井作业中取得成功应用,未发生水合物分解引发的气窜问题,可满足深水天然气水合物层固井作业要求,具有较好的推广应用价值。     

钻井液特性对近井地带水合物分解的影响

针对钻井液的扰动会导致水合物储层中水合物的分解和井壁失稳问题,开发了用于模拟水合物储层钻井过程中水合物分解和井壁坍塌的流—固—热耦合三维模型,研究了钻井液特性对近井地带水合物分解的影响。结果表明:欠平衡钻井作业会导致严重的水合物分解,而过平衡钻井可以较好地减缓水合物的分解及由此导致的井壁失稳状况;钻井液温度也是影响水合物稳定性的重要因素,当钻井液温度从17.25℃增加到21.25℃时,水合物的最终分解范围增加近2倍;钻井液盐度的增加虽然有利于井筒安全控制,但会加剧水合物的分解。研究成果为水合物地层钻井液的配制提供了参考。     

影响含天然气水合物地层井壁稳定的关键因素分析

由于钻井环境恶劣,加之天然气水合物的存在和分解,井壁失稳是含天然气水合物地层钻井时面临的主要难题之一.而影响井壁稳定的关键因素主要有含水合物地层的岩石物理和力学性质、水合物在喾地层中的分解规律特性、钻井液的性能及其与水合物地层间的相互作用.天然气水合特分解是其中的核心因素,据此提出了防止井壁失稳的一些措施,同时认为利用试验和数值模拟对这些因素进行研究,并构建合适的井壁稳定分析数值模型和研制优质的低湿防塌钻井夜体系,将是解决含天然气水合物的地层钻井井壁换稳的有效途径.     

深水水合物层固井低水化热水泥浆体系研究及应用

深水表层水合物层固井常规水泥浆体系水化放热量大,导致水合物层吸热分解而影响固井质量,存在井喷风险。通过分析深水表层水合物层特点,基于水泥浆密度低、水化放热量低、低温强度发展满足封固地层与支撑套管需求及对作业时效影响小等要求,构建了深水水合物层固井低水化热水泥浆体系。性能评价结果表明,所构建的低水化热水泥浆体系具有低温条件下放热量低、抗压强度满足施工要求等优良特性,可避免水合物层发生分解。目前深水水合物层固井低水化热水泥浆体系已在南海某深水井固井作业中取得成功应用,未发生水合物分解引发的气窜问题,可满足深水天然气水合物层固井作业要求,具有较好的推广应用价值。     

天然气水合物藏降压开采近井储层稳定性数值模拟

天然气水合物藏降压开采是一个含相态变化的非等温物理化学流固耦合渗流过程。目前有关天然气水合物藏开采的研究集中于产能模拟,且没有考虑流固耦合作用影响,有关水合物分解形成的弱胶结、低强度、高孔高渗近井储层的稳定性研究尚未开展。为此,将水合物分解效应融合到渗流场与岩土变形场的耦合作用中,建立了天然气水合物藏气、水两相非等温流固耦合数学模型,引入出砂判别准则,开发了天然气水合物藏降压开采流固耦合储层稳定性分析软件,利用该软件对天然气水合物藏降压开采近井储层稳定性的一般规律进行了分析,并建立了井壁不出砂的临界生产压差分析方法。研究表明:水合物分解效应是影响水合物分解区储层稳定性的主要因素,流固耦合作用的影响较小;近井水合物分解区储层稳定性较差,其中井壁最小水平地应力方向储层稳定性最差,是出砂的优先位置;过渡区储层稳定性介于水合物分解区与原状储层之间。      

深水水合物层固井存在问题和解决方法

如何在不破坏水合物稳定性的前提下,对深水油气资源进行高效安全的开采,是摆在油气开发者面前最大的难题.通过对深水水合物稳定性的确定、低水化热固井水泥浆稳定性、流变性、胶凝强度、候凝时间、水泥石具有较好的力学性能和较低导热性能等一系列特殊要求分析,提出以准确绘制水合物稳定性特性曲线为前提,以低水化热固井材料研究为基础,以水合物层固井可能存在的风险为指导,优化深水水合物层固井水泥浆性能和注水泥工艺,解决深水水合物层固井中面临的困难.     

温度影响天然气水合物地层井壁稳定的有限元模拟

由于天然气水合物特殊的理化性质,水合物地层要比常规地层的井壁稳定问题更加复杂,钻井液温度对天然气水合物地层的稳定性影响将是一个不容忽视的因素。为此,考虑热传导、对流、水合物分解、地层力学性质变化等诸多因素及其相互耦合作用,建立了温度影响天然气水合物地层井壁稳定的数学模型,并进行有限元求解。最后以国外某深水天然气水合物地层实际取得的地质资料为例,计算分析了钻井液温度对地层水合物分解、地层力学性质变化及井壁稳定的影响规律。结果表明：地层水合物因受热分解会导致地层力学性质急剧变差,进而极易导致地层屈服失稳,选择低温体系钻井液并控制其温度低于水合物相平衡温度,有助于维持井壁稳定,实现安全钻进。     

青藏高原多年冻土区天然气水合物可能分布范围研究

青藏高原地区有大面积多年冻土分布,是我国陆地天然气水合物可能的赋存区域之一。在GIS平台下建立了基于三向地带性多年冻土地温分布的模型,利用地温钻孔资料对青藏高原地区多年冻土厚度做了回归统计分析,指出了青藏高原多年冻土年平均地温和多年冻土厚度的空间分布特征。结合陆域天然气水合物形成的热力学条件,对青藏高原多年冻土区天然气水合物可能赋存区域进行了研究,认为青藏高原多年冻土区天然气水合物可能主要集中分布在羌塘盆地西北部地区,其储量可能较为可观。更多还原     

深水钻井天然气水合物地层井壁稳定流固耦合数值模拟

考虑钻井液与地层的热交换和水合物的分解,建立了水合物地层井壁稳定流固耦合数学模型,并开发了有限元程序。实例分析了钻井液压力和温度、原始地层水合物饱和度及施工作业时间等因素对水合物地层井壁稳定的影响,结果表明:随着钻井液温度、施工作业时间的增加,井眼周围地层水合物分解区域、地层最大屈服区域增大,不利于井壁稳定;随着钻井液压力、原始地层水合物饱和度增加,井眼周围地层水合物分解区域、地层最大屈服区域减小,有利于井壁稳定,因此深水钻井中应选择造壁性能好的低温钻井液并适当增加液柱压力。     

天然气水合物钻探近井地层与井筒热量传递规律研究

在天然气水合物钻探中，井筒温度变化易导致储层水合物分解，产生大量以甲烷为主的气体侵入环空。侵入气体随环空流体上返过程中，当环空温度压力等环境符合水合物二次生成条件时，水合物会在环空大量生成并附着井壁，堵塞环空引发井壁失稳、井喷等事故。文章研究了水合物钻探过程中井筒地层段的温度分布和热量传递规律，研究发现，环空流体温度降低易导致水合物生成，温度过高则会增大水合物储层的分解速率；钻井液入口温度越高，热量由环空传入地层的井段越长，反之越短；相较于低密度钻井液，高密度钻井液对井底温度影响更大；排量变化也会对井筒温度分布产生较大影响。因此，在水合物钻探过程中，通过对入口流体温度、排量和密度参数进行合理调节，避免发生储层水合物失控分解，对于保障水合物钻探过程井筒稳定，实现水合物安全钻采具有重要意义。文章阐明了热流量在井筒中的变化规律，通过计算井筒地层段中各区域换热速率和换热量的大小，为水合物钻探井筒温度监测提供理论支撑。同时也为后续的水合物得到井筒温度变化研究提供参考。     

青藏高原多年冻土区天然气水合物成藏条件

天然气水合物是一种绿色能源,具有广阔的开发利用前景。青藏高原多年冻土大面积分布,中新生代盆地数量众多,盆地内烃源岩发育,为天然气水合物的形成提供了良好的条件。主要从物质条件、环境条件、热力学条件、地质条件等方面来探讨青藏高原多年冻土区天然气水合物的成藏条件。分析认为青藏高原地层中丰富的有机质及其较高的成熟度是成藏的物质条件,低温、高压、冻土厚度大、地温梯度小等是保证其成藏的环境和热力学条件,大量的运移通道、较好的圈闭是其成藏的有利地质条件。预测了青藏高原多年冻土区天然气水合物有利的找矿前景区。     

中国冻土区天然气水合物的找矿选区及其资源潜力

中国是世界第三冻土大国,多年冻土面积达2.15×10⁶ km²（主要分布于青藏高原和东北大兴安岭地区）,蕴含丰富的天然气水合物资源。前人对中国冻土区天然气水合物的研究多局限在青藏高原,且在找矿预测特别是找矿选区方面的研究较少。为此,对中国冻土区天然气水合物成矿条件及找矿选区进行了深入讨论,并初步评价其资源潜力。根据形成天然气水合物的气源条件、温压条件,结合目前所发现的异常标志,认为中国冻土区具备良好的天然气水合物形成条件和找矿前景,羌塘盆地是形成条件和找矿前景最好的地区,其次是祁连山地区、风火山-乌丽地区和漠河盆地,接下来还有青藏高原的昆仑山垭口盆地、唐古拉山-土门地区、喀喇昆仑地区、西昆仑-可可西里盆地以及东北的根河盆地、拉布达林盆地、海拉尔盆地和新疆北部的阿尔泰地区等。采用体积法和蒙特卡罗法初步估算出中国冻土区天然气水合物资源量约为38×10¹²m³,相当于380×10⁸ t 油当量,与中国常规天然气资源量基本相当,显示出巨大的资源潜力。     

天然气水合物成藏要素及其时空耦合初探——以青藏高原昆仑山垭口多年冻土区为例

针对青藏高原昆仑山垭口多年冻土区表层地质、钻探和测井等表现出的地表浅层赋存大量烃类和非烃类气体的现象,结合该区地质资料和天然气水合物最新勘探成果,利用“天然气水合物油气系统”的概念和理论,从气源、温压、水源、运聚等关键要素详细分析了昆仑山垭口多年冻土区天然气水合物的赋存条件。并以该区地质演化历史为依据,探讨了诸多成藏要素的时空匹配和耦合关系。结果表明,昆仑山垭口多年冻土区先后经历了晚三叠世末期—新近纪晚期大量热解气形成与散失,部分热解气残留,新近纪末期羌塘组沉积,晚更新世高原隆升、冰川冻土形成,晚期新构造运动产生断裂、裂缝沟通深部残留热解气进入浅层水合物稳定带与羌塘组少量微生物气混合形成天然气水合物等多个阶段。该区赋存的天然气水合物具有晚期成藏的特征。     

高压窄密度窗口油基钻井液固井技术

海上油田固井作业面临着高压窄密度窗口易发生漏失和气窜,油基钻井液环境下固井井壁滤饼清洗困难,大斜度定向井固井顶替效率低等诸多挑战。在分析相关固井技术难点的基础上,采用高密度冲洗液提高对油基钻井液套管壁及井壁滤饼的清洗质量;选用聚合物增强水泥浆体系,在固井压耗动态计算及压稳计算的基础上优化双凝水泥浆柱设计,实现防漏及压稳储层;采用旋转尾管固井技术实现固井过程中尾管旋转,提高冲洗液的洗井质量及水泥浆顶替效率。上述技术措施在涠洲油田压力系数高达1.61 g/cm3、高气油比达358 m3/m3、密度窗口仅0.12 g/cm3 的油基钻井液固井施工中成功应用,固井质量评价优良,表明该套海上油田固井技术能够满足高压窄密度窗口油基钻井液的固井需求。     

昆仑山垭口多年冻土区钻孔气体组分分析

昆仑山垭口多年冻土区2个钻孔的气体组分和同位素数据显示,钻孔气体中烃类气体以CH4为主,含微量的C2H6、C3H8和C4H10。钻孔-1泥浆气体的C1/（C2＋C3）值介于163～1 642之间;钻孔-2岩心和泥浆气体主要为CH4气体组分,未检出C2H6等气体组分,同时δ13CCH4〈-60‰,属于微生物成因气。2个钻孔的CO2含量低于15%,而且δ13 CCO2值介于-26.8‰～-20‰之间,小于-10‰,说明其为有机成因气。     

延长油田延页平1井固井技术

为了确保延长油田延页平1井固井施工顺利及固井质量,通过静态地层承压试验、优化通并钻具结构、选用四级清油型冲洗隔离液技术,并采用特制的冲洗效果评价装置进行评价,优选固井水泥浆体系等固井技术措施,有效解决了该井固井漏失、套管安全下入及居中困难、井壁油膜清除困难和水平段固井质量难以保证等难题,最终使该井固井顺利,固井质量达到优质。该井页岩气固井技术方案的成功实施,为今后在该油田页岩气井固井提供了很好的借鉴作用。     

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以高炉矿渣为水化材料，使钻井液转化为水泥浆固井技术，与多功能钻井液固井工艺技术相结合，井壁形成可固化的坚硬的泥饼，有助于地层封隔，减少或阻止循环漏失和固井注水泥中水泥浆通过漏失层位的液柱回落。多功能钻井液可以提高井眼的完整性和固井注水泥质量。文中介绍对调整井设计密度为１．１６ｇ／ｃｍ３，用高炉矿渣代替重晶石加重的多功能钻井液。试验研究了矿渣钻井液固化液在多功能钻井液中的扩散过程和矿渣钻井液固化液的抗压强度、流变性、稳定性等性能。研究结果表明：矿渣钻井液固化液中的激活剂能扩散到泥饼和残留于环空中的钻井液中，使钻井液滤饼和残留于环空中的钻井液全部固化，实现第一界面、第二界面的良好胶结，防止油气水窜，提高固井质量。矿渣钻井液固化液抗压强度高，流变性和稳定性好，有利于提高固井质量。多功能钻井液固井技术对提高水平井固井质量有较大的技术优势，建议研究应用。     

四川盆地页岩气井水平井段的固井实践

页岩气藏水平井固井要求水泥环不仅要有很高的强度,还要有较好的韧性,使之能满足大型分段加砂压裂增产作业对水泥环层间密封的要求。为此,针对性地开展了增韧材料的优选和高效冲洗剂的研制,先导性试验的3口井均采用了以下主要措施：①应用自主开发的增韧材料,配制出密度达1.95 g/cm³的增韧水泥浆,实验结果表明,该水泥石抗冲击韧性超过常规水泥石20%、抗折强度提高了10%～15%、弹性模量则下降了约20%,显示出良好的增韧性能;②自主开发的油基介质下高效冲洗液,能在短时间内改变套管及井壁的润湿性,室内试验结果表明,该冲洗液对界面冲洗效果超过90%,达到了有效清除套管及井壁残留油泥、隔离油基钻井液与水泥浆的效果;③集成应用川渝地区旋流刚性扶正器、漂浮顶替等成熟固井技术实现水平井段有效顶替。纳入试验的3口井固井质量均满足了后期增产作业的技术要求,为页岩气藏水平井固井提供了技术支撑。     

The geological process for gas hydrate formation in the Qilian Mountain permafrost

The Qilian Mountain permafrost is the only place where gas hydrate occurs onshore China at present and its gas hydrate distribution is very complex and irregular. What patterns affecting the accumulation of gas hydrate or what process controlling the formation of gas hydrate are not clear in the study area. Aiming at a gas hydrate geological system, the geological process of gas hydrate formation was studied, based on geological data and analytical results obtained from drilling wells in the Qilian Mountain permafrost. As a result, three stages for the geological process of gas hydrate formation are put forward in the study area. During the late Mid-Jurassic, the upper Triassic generated and provided a major gas source for gas hydrate, secondarily in combination with gas associated with oil generated from the middle Jurassic. The main gas source migrated upward via faults of F₁ and F₂, partly and occasionally mixed with the coal-bed methane and the microbial methane produced in the shallow strata. It was blocked jointly by thrust faults and thick mudstone or oil shale to be initially accumulated in gas reservoir. From Cretaceous to Pleistocene, the sedimentary strata experienced erosion and the initial gas accumulation turned into residual gas after series of the Qinghai-Tibet plateau uplift. Since the early middle Pleistocene, glaciations formed a gas hydrate stability zone (GHSZ) and the residual gas was coupled with GHSZ to form gas hydrate subsequently. Hence three patterns for the coupling of the residual gas with GHSZ are summarized in the study area. When the residual gas happened to lie within GHSZ, the residual gas directly formed gas hydrate, which was indicated by the drilling results that gas anomalies were encountered within GHSZ as well as occurrences of gas hydrate in the field. When the residual gas was below GHSZ, the residual gas would continually migrate into GHSZ to form gas hydrate, which was indicated by the drilling results that gas anomalies had ever been encountered even if below GHSZ as well as occurrences of gas hydrate within GHSZ in the field. When the residual gas was above GHSZ, the residual gas remained or escaped, which was indicated by the drilling results that gas anomalies even with a high pressure abnormity were encountered in the shallower strata above GHSZ without occurrences of gas hydrate within GHSZ in the field.