松辽盆地北部双城地区白垩系营城组—登娄库组石油勘探突破及地质意义

基于钻井地质、地球化学、地球物理和生产测试资料,采用含油气系统研究方法,对松辽盆地北部双城地区白垩系营城组—登娄库组含油组合烃源岩、储集层、盖层特征以及烃类生成、圈闭演化和石油充注过程进行剖析。研究表明,研究区烃源岩分布在营城组,有机质主要来源于低等水生生物和藻类,丰度达到优质生油岩级别;原油具有轻质、高凝固点和高蜡的特征,与营城组烃源岩具有良好的亲缘关系。储集层包括登娄库组砂岩和营城组砂砾岩两套;直接盖层为登四段泥岩。石油于姚家组—嫩江组沉积期生成,分别于嫩江组沉积期和古近纪—新近纪聚集成藏。圈闭经历了营城组沉积末期、泉头组沉积末期和嫩江组沉积末期3期演化,形成构造和构造-岩性两类油藏。稳定的构造背景、良好的生储盖组合、近距离运移、晚期充注为油藏形成的有利因素。     

抗超高温高密度聚合物饱和盐水钻井液体系

设计并研制了3种聚合物类水基钻井液抗高温处理剂,即弱交联结构两性离子聚合物降滤失剂、柔性聚合物微球纳米封堵剂和梳型聚合物润滑剂,构建了能够满足深部地层钻井的抗超高温高密度聚合物饱和盐水钻井液体系。研究表明：弱交联结构两性离子聚合物降滤失剂具有良好的反聚电解质效应,200℃、饱和盐环境老化后API滤失量小于8 mL;柔性聚合物微球纳米封堵剂通过改善泥饼质量降低体系的滤失量,对纳米级孔缝具有良好的封堵效果;梳型聚合物润滑剂重均相对分子质量为4 804,具有多个极性吸附位点,高温高盐条件下润滑性能优异。构建的密度为2.0 g/cm³的钻井液体系流变性能良好,200℃的高温高压滤失量小于15 mL,高温静置5 d沉降因子小于0.52,对易水化岩屑的滚动回收率与油基钻井液接近,具有良好的封堵性能和润滑性能。     

深水钻井浅水流声学特征模拟实验及模型应用

深水钻井一旦钻遇浅水流极易出现井漏甚至井喷等重大事故。常规地震剖面进行定性预测浅水流的准确性较低,为此提出了一种基于模拟实验的定量预测浅水流压力并对风险等级进行评价的方法。根据声波在水中及饱和岩石介质中的传播速度特征,进行了浅水流声学模拟实验。研究表明：纵波在深水浅水流地层中的传播速度随着地层压力的增大而增大,地层孔隙度越大,声波传播速度越小;通过数据拟合得到纵波速度与浅水流地层压力、孔隙度之间呈幂指数函数关系,根据实验结果建立了声速与浅水流地层压力、孔隙度的双参数模型,用于根据声速预测浅水流地层压力;利用有限元软件进行了浅水流地层的地质建模及放喷模拟,定义浅水流对钻井造成不同风险等级的压力系数范围。在中国南海深水区进行了浅水流声学预测及风险评价方法现场应用,验证了深水浅水流声波识别预测技术的可行性。     

对国内外井控标准中三个核心内容的分析与修订建议

井控设备是钻井安全关键设备,应充分发挥其功能并达到最大化,确保溢流关井与压井的可靠性。从井控装置组合的功能与控制入手,对国外最新版API标准、IADC标准和国内标准进行了分析,特别针对关系井控本质安全的井口装置组合形式、井控管汇组合形式和三位四通换向阀(简称三位四通阀)手柄位置3个核心内容进行了深入研究,指出了5项国外钻井井控标准、7项国内标准存在的问题,并给出了具体建议,以期为井控标准的修订与实施提供借鉴。     

川西地区超深井钻井完井技术现状及攻关方向

川西地区油气资源丰富,但超深层海相碳酸盐岩地质条件复杂,钻井过程中面临纵向上压力系统多、井漏频发、井壁失稳垮塌、部分地层可钻性差、钻井风险高及钻井周期长等技术难点。通过近几年的技术攻关,研究形成了适用于川西地区的超深井钻井完井技术,主要包括超深井井身结构优化技术、钻井提速关键技术、防漏堵漏技术、高压低渗气层控压钻井技术、抗高温强封堵油基钻井液技术、超深高钢级套管开窗技术、控压平衡法固井技术和超深短尾管固井技术等,创造了多项钻井工程纪录,支撑了川西地区超深层油气资源的勘探开发。但目前仍然面临风险区域地质认识不足,恶性井漏治理难度大、部分难钻地层提速不理想和漏垮同存地层安全钻井配套技术不完善等技术难点,因此,提出下一步需在井身结构对策研究、钻井提速新技术新工艺试验、高效堵漏技术研究和地质工程一体化等方向进行技术攻关,以推动川西地区超深井钻井完井技术快速发展,实现川西地区深层油气资源的经济有效勘探开发。     

静态推靠式旋转导向控制模型与造斜率预测方法

推靠式旋转导向工具的防斜、稳斜能力强,能基本满足复杂地层安全高效钻进的需要,但目前的造斜率预测方法没有考虑推靠块控制方式及钻进过程的影响,存在造斜率预测精度低的问题。为此,考虑导向工具的结构特性,建立了静态推靠式旋转导向控制模型,给出了可靠的导向力控制方案,利用下部钻具组合力学模型及钻头–地层相互作用模型,得到了基于零侧向钻速条件下的造斜率预测模型,并引入折算系数对造斜率预测结果进行了修正。实例计算及敏感性分析结果表明,该方法预测精度高,能够满足井眼轨迹精确控制的需要;导向合力、钻压、钻头与稳定器的距离对推靠式旋转导向工具的造斜能力影响显著,现场施工时为了充分发挥导向合力的作用,要适当减小钻头与稳定器的距离、降低钻压,以提高旋转导向工具的造斜能力。研究结果为旋转导向钻具组合优选、钻井参数优化等提供了理论依据。     

连续管钻井肋式定向器执行机构偏置位移优化

为了提高连续管肋式定向器井眼轨迹控制效果及定向效率,结合最小能量原则,建立了肋式定向器执行机构偏置位移矢量模型。根据旋转偏置位移理论对定向器的执行机构进行偏置位移矢量合成与分解、分位移矢量求解、工作过程与工具面数学关系分析,提出了分位移矢量计算方法。并结合实际工程中的设计要求,采用就近原则和最小能量原则进行三翼肋分位移矢量计算。综合考虑井眼扩大、实际钻进时定向器外套的转动等影响,建立了连续管定向器纠偏过程中“定向模式”及“保持模式”的肋位移控制方案,得到了肋位移变化的规律。研究结果表明：连续管钻井肋式定向器工作过程中,单肋位移的幅值决定了合位移的大小;在导向过程中,当三翼肋工具面角相隔120°时,某些运动规律相同;连续管钻井进入斜直井段时,此时不存在工具面,此时属于“钻进模式”,各肋位移相同。所得结论可为连续管钻井肋式定向器导向控制提供理论基础。     

复合冲击相位差对破岩效率影响数值模拟研究

现有复合冲击破岩效率的研究均未考虑轴向冲击和扭转冲击载荷相位差对于破岩效率的影响,为此,进行了复合冲击载荷相位差对破岩效率影响的研究。建立了轴-扭复合冲击钻具PDC钻头单齿破岩数值模型,分析了轴向和扭转冲击应力波不同相位差对钻齿侵彻深度、切削面下岩石损伤以及钻后形成岩屑形态及数量的影响规律。研究结果表明：在轴向和扭转冲击载荷等振幅条件下,当相位差为50%时,侵彻深度最佳,切削面以下岩石损伤的程度更为明显;当轴向振幅较大,相位差为75%时,对于岩体侵彻深度效果的提升最为明显,破岩效果最佳;相位差为100%时,侵彻深度较深,且钻齿波动较小,产生的岩屑颗粒较小。研究结论可为复合冲击钻具结构的优化和运动参数的调整提供理论基础。     

准噶尔盆地征10井超深井钻井关键技术

准噶尔盆地清水河组以深地层不确定因素多、可钻性差、压力体系复杂等问题,严重制约了下组合深探井的勘探开发进程。为此,分析了该盆地征10井深部不同地层的钻井工程难点,开展了井身结构优化设计、异型齿PDC钻头研制、高效井壁稳定钻井液及恒定井底压力钻井等关键技术研究。研究结果表明：形成的下组合深探井配套技术首次在征10井中创造了准噶尔盆地最深钻井(7 802 m)的纪录;屋脊齿PDC钻头配套具有长寿命的等壁厚螺杆钻具复合钻井施工,实现了准噶尔盆地腹部深层钻井提速;合成基钻井液能够有效减少因滤液作用造成水敏性地层水化膨胀产生的掉块,是解决准中目的层段井壁失稳、保证井眼质量的首选。研究结果对复杂超深井的钻井提速提效具有重要的指导意义。     

内波流对井口吸入模块稳定性的影响研究

为研究内波流对井口吸入模块稳定性的影响,建立了井口吸入模块分析模型,采用p-y曲线法对土壤条件进行弹簧等效模拟,通过Morison方程计算海底内波流载荷,利用仿真分析软件ABAQUS分析了海况重现期、井口吸入模块材质和土壤类型对井口吸入模块稳定性的影响,并分析了极限工况下井口吸入模块的稳定性。研究结果表明：海况重现期是影响井口吸入模块稳定性的主要因素,井口吸入模块的稳定性随海况重现期的增大而降低,井口吸入模块前6阶固有频率随着材质弹性模量的减小而降低,随着土壤硬度的减小而降低。研究结果可为无隔水管钻井液闭式循环钻井技术的应用提供参考。