长庆致密油三维水平井钻井技术研究与应用

长庆油田致密油资源丰富,是上产稳产5 000×104t 战略目标的重要资源基础。由于开发区主要分布在梁峁交 错的黄土塬区,受地貌条件与开发要求的限制,需要开展带有较大偏移距的三维水平井钻井。三维水平井轨迹控制困 难、泥岩坍塌、摩阻扭矩突增等瓶颈难题严重制约了水平井的规模推广。为解决大偏移距三维水平井施工难题,形成 高效开发致密油藏的主体钻井技术,开展了三维井井身剖面优化、轨迹控制攻关、钻井液体系研究,形成了致密油藏 三维水平井钻井技术。并在YAP 5H 井进行了先导性试验,钻井过程中未出现泥岩坍塌、摩阻扭矩正常、井眼轨迹平 滑,完钻水平段长1 535 m,试油产量119.7 m3/d。该井的顺利实施,首次实现了致密油水平井由二维向大偏移距三维 钻井的技术创新与突破,为长庆油田水平井开发方式的转变和实现致密油经济有效开发打下基础。     

气体钻水平井稳定器安放位置与井斜控制研究

针对XS–001H 气体钻井水平井段的井眼轨迹控制问题,建立了全井段水平井井斜控制的有限元模型,该有限元模型可以任意调整水平段钻具组合参数和稳定器的安放位置来进行井斜控制的力学机理研究。重点研究了钻铤钻具组合、无磁抗压缩钻杆钻具组合、稳定器不同安放位置与井斜控制的力学机理和关系,并得到了相应钻具组合下,钻头侧向力与稳定器间距的定量关系曲线,不同钻具组合在水平段的最大挠度与稳定器的变化关系曲线,这些结果为气体钻水平井段的井斜控制提供了定量的理论数据,并得到了现场应用。     

压前测试评价在异常高压致密气藏应用研究

压裂测试技术的选择及其分析对压裂设计原则和规模大小的确定至关重要，开展气藏压前测试评价技术可以达到认识储层应力特征、滤失特征和裂缝延展特征的目的，验证裂缝垂向延伸高度与软件模型的一致性。以沙特阿拉伯鲁卜哈里盆地X2S井为例，针对储层物性认识不清的问题开展了注入/压降测试，求取储层有效渗透率；针对交叉偶极声波测井数据解释储层地应力剖面表现出缝高难控制的特征，开展了小型压裂测试及井温测井，计算储层应力剖面和缝长、缝高延展特征；针对侧钻斜井的问题开展了阶梯测试，求取了孔眼摩阻和近井筒摩阻。系统的压前测试评价技术可获取探井致密气藏改造的重要井层资料，对指导主压裂安全施工具有重要作用，为国内异常高温高压致密砂岩气藏压裂提供了借鉴。     

基于断裂力学的诱导裂缝性井漏控制机理分析

诱导裂缝性井漏是钻井过程中常见的井漏类型，控制此类漏失的关键是阻止裂缝的延伸。应用岩石断裂力学的理论与方法，揭示了钻井液堵漏阻止诱导裂缝延伸的作用机理。分析了堵漏后裂缝内压力分布，提出人工隔墙对裂缝壁面的支撑应力应与钻井液的液压相等的新观点；建立了诱导裂缝性漏失堵漏的断裂力学模型，推导了裂缝尖端应力强度因子的计算公式；研究了堵漏材料不同封堵位置形式对阻止诱导裂缝延伸的影响，提出堵漏材料在裂缝入口后较短距离内的封堵为封堵诱导裂缝的最佳位置形式，堵漏评价装置必须能反映这种封堵形式；给出了堵漏阻止诱导裂缝延伸的必要条件，即裂缝尖端部分流体压力必须低于水平最小主应力，增加缝内流动压降或加速缝尖段内流体压力耗散有利于裂缝的阻裂。     

复杂小断块油藏水平井井网开发效果研究

针对复杂小断块油藏地质构造、流体性质、油水系统等特点，通过分析研究水平井与直井夹角、渗透率、有效厚度、水平井段长度、油水粘度比、直井完井井段等因素与注采井距的关系，研究不同条件下直井注水、水平井采油和直井采油、水平井注水2种组合井网的开发规律，找到合理的井网组合形式。研究证明，油藏的采出程度随着渗透率的增加、水平井段的增长、油水粘度比的减小而不断提高，有效厚度对采出程度影响不大。采用直井注水、水平井采油的组合井网可以更充分地发挥直井和水平井的双重优势，极大地提高复杂小断块油藏的采收率。     

遇水膨胀封隔器分段酸压技术及应用

中国西北某油田奥陶系碳酸盐岩油藏以裂缝溶洞为主要储集空间，具有超深、高压和高温的特点，水平井笼统酸压存在效果差以及分段改造方式和工具选择困难等问题。阐述了遇水膨胀封隔器分段酸压技术原理、技术关键、施工程序和工具性能参数。根据试验井实际钻、录、测井资料和分段酸压级数优化结果，结合储层裂缝、溶蚀孔洞特点，并考虑完井工具对井径、井眼轨迹的要求，以有利储层段有效改造为原则，确定分段酸压完井方案，优化了封隔器下入和膨胀座封时间，开展了分段酸压优化设计以及现场试验。试验表明：分段酸压完井方案及酸压优化设计方法是正确的，但投球滑套等工具质量以及完井酸压过程中的质量控制需进一步提高和完善。     

双液滴同时撞击粗糙多孔介质表面的数值模拟

为了探究双液滴同时撞击粗糙多孔介质表面的动态行为，课题组通过使用凹凸槽来代替表面粗糙度的方法，并用VOF模型追踪液滴形态变化，最后再利用PISO算法进行数值模拟计算。课题组分析了液滴特性和多孔介质特性对液滴铺展长度的影响，以及2液滴碰撞后对射流高度的影响。研究结果表明：随着韦伯数We的增加，液滴射流高度和铺展长度都增加，且在竖直和水平方向都会产生多个二次液滴飞溅；双液滴水平间距越大，液滴的铺展长度越大，射流液柱越低；平衡接触角越大，液滴铺展长度越小，边缘液体越易回缩；达西数Da越大，液滴的铺展半径减小，双液滴合并后形成的射流液柱越低；粗糙度越大，2液滴合并所需要的时间就越长，合并后形成的射流液柱高度变低，铺展长度越小。     

水平井分段压裂在特低渗透油藏开发中的应用

基于樊 147 区块特低渗透低砂泥岩薄互层状油藏， 通过数值模拟进行了水平井与直井联合注采井网的优化研究， 确定采用反九点注采井网； 通过渗流特征研究确定了分段压裂水平井的压力分布数学模型； 通过水平井参数的优化研究确定了水平井的轨迹沿着主力油层中部。根据油藏高压异常的特点， 采用井口带有防喷器的连续油管喷砂射孔、 分段加砂压裂技术。根据实际效果分析， 水平井分段压裂产能是相邻直井的 3 倍， 稳定日产油 15 t 左右， 递减比直井慢， 一口水平井投资是直井的两倍， 因此提高了经济效益。体现了水平井分段压裂技术开发低丰度油藏的优势和前景。     

水平井流入控制阀控底水原理及影响因素分析

随着钻完井技术的发展，采用流入控制阀（ICD）完井技术开发底水油藏成为提高产量、降低成本的有效途径。弄清水平井ICD 控底水原理及影响因素成为利用其实现延缓底水锥进、提高油藏最终采收率的关键。在分析ICD 控水限流原理基础上，通过模拟计算，具体分析了流动剖面、环空流动、含水率等3 个影响控水效果的主要因素。分析结果表明：对于不具有高含水段的油藏，可以利用ICD 增大高渗段阻力，从而在牺牲总产液量的基础上降低产水，实现控水；ICD 所产生附加压降有效地减少了环空流动，增强了控水的稳定性，为实现长期稳油控水提供了保障；对储层物性参数分布认识出现偏差将会较大地影响ICD 的控水效果；对于存在高含水段的水平井，需要增大高含水段的附加压降，降低高含水段的产液量，才能有效实现控水。对水平井ICD 控底水原理及影响因素的分析结果为优化水平井ICD完井设计，控制底水锥进提供了技术思路。     

深井水平井水平段水力延伸能力评价与分析

对影响水平井水平段延伸能力的因素进行了分析,然后根据钻井液流体力学理论,建立了水平井循环压耗计算模型,分别对水平井总循环压耗和水平段环空压耗进行计算,进而求出了水平井水平段极限延伸长度值;对钻井液密度、钻井泵额定压力、岩屑床高度和钻井液排量对水平段水力延伸能力的影响进行了分析。研究表明,水平段水力延伸能力受钻井液密度、钻井泵额定压力、岩屑床高度和钻井液排量等多个因素共同影响。为了提高深井水平井的延伸能力,应使用较低密度的钻井液;尽量保持较低的岩屑床高度;钻井液排量应尽量小。同时还认识到,深井水平井水力延伸能力主要受到钻井泵额定压力的制约。研发高额定压力的钻井泵,是提高深井水平井水力延伸能力的主要措施。     

硫沉积气藏产量递减模型研究

以往对高含硫气藏开发技术研究所需录取的资料在实际操作过程中难以得到。因此，针对井筒附近发生硫沉积的高含硫气藏，建立了硫沉积复合气藏产量递减数学模型，运用 Stefest 数值反演绘制了 Blasingame 产量递减曲线，并分析了硫沉积对气井产量递减规律的影响。结果表明：产量递减中期，硫沉积区含硫饱和度越高，无因次递减产量积分“导数”曲线下凹越深，当含硫饱和度增大到 0.5 时，积分“导数”曲线下凹至最深，积分“导数”达最小值；硫沉积半径越小，无因次递减产量平缓段出现的时间越早；产量递减后期，无因次递减产量积分与积分“导数”曲线晚期为一条斜率为–1 的直线，表现为调和递减。该方法比压力恢复试井法更具优越性，可为高含硫气藏的开发提供指导。     

气体钻与泥浆钻全井段钻柱动力学对比研究

全井段钻柱在井内运动过程是一个非常复杂的非线性动力学问题，不可能得到比较完美的解析解，如果采用室内试验或者现场试验研究，其成本又会很高且很难实现。因此，在弹塑性力学、岩石力学和钻柱力学的基础上，以四川某井基本钻井参数和钻具组合为依据，采用有限元法建立了塔式钻具钻至1486m井深时的全井段三维钻柱模型和相应的井筒模型，并且建立了钻头与岩石以及钻柱与井筒之间的随时间变化且有摩擦系数的接触关系和相对应的泥浆钻井模型，对比分析了钻柱在动态钻进过程中的井口参数、钻头上压力和转动速度以及全井段钻柱的弯矩扭矩变化等结果，得出气体钻井与泥浆钻井全井段钻柱的运动规律以及钻铤失效机理的差异。为认识气体钻井全井段钻柱的运动规律提供了新的研究方法，对气体钻井中钻柱力学、井斜控制和设备等方面的研究都有较好的现实意义。     

螺杆钻具等壁厚衬套性能分析

螺杆钻具以其独特的优势在定向钻井生产中得到青睐，但仍不能广泛应用于深井、高密度泥浆井以及小曲率半径的水平井。目前，常规螺杆钻具衬套的内表面是螺旋曲面，橡胶衬套厚薄不均，衬套抗变形能力低，单级承压小，泄漏沿程长，机械特性软，热膨胀不均、磨损速度快，故导致效率持续降低。因此，长度短、大功率、高压降、低转速螺杆钻具的开发与应用，已成为提高钻井效率、节约钻井成本的重要环节。为此，进行了螺杆钻具橡胶衬套力学性能实验，建立了螺杆钻具等壁厚衬套和常规衬套的力学计算模型。结果表明，在相同压力下，等壁厚衬套比常规衬套有更好的抗形变能力；在相同的过盈量下，等壁厚衬套有更好的密封能力。在同等扭矩下，等壁厚定子螺杆钻具的定子长度可以得到缩短。     

腐殖酸钙抗高温钻井液体系研究

钻井作业对钻井液处理剂的抗温性要求越来越高， 原有钻井液体系已无法完全满足深井及超深井的钻探需要。根据腐殖酸钙抗高温作用机理， 采用钻井液高温滚动、 流变性、 失水造壁性等实验与评价方法，分析了不同 CaO 和膨润土加量对钻井液体系性能的影响， 选用 CMC、 SMP、 FV-2 等抗高温降失水剂， 提出了一套抗高温 180 ℃、 抗盐 30% 的腐殖酸钙钻井液体系。结果表明： 最佳的腐殖酸钙钻井液体系配方为0.3% CaO+7.0% SMC+5.0% 膨润土原浆 +5.0% SMP-1+0.3% FV-2， 抗高温抗盐效果良好。     

陆梁油田薄层底水油藏水平井井筒模拟研究

新疆陆梁油田呼图壁河组油藏发育一类特殊的薄层底水型油藏，其特点是油层厚度薄，构造幅度低，底水能量大，利用水平井开采，表现出无水采油期短、含水率上升速度快、产量递减大的特点。针对这些问题，采用水平井数值模拟方法，建立了考虑摩擦压力损失的水平井井筒模型，明确了摩擦压力损失对水平井的压力分布以及水平段产量的影响，在此基础上，分析研究了水平井底水锥进的水脊特征，判断了水平井出水位置，提出了封堵出水井段并结合油藏工程方法确定了水平井合理产液量，从而达到抑制底水快速锥进，减小压力损失，降低含水率上升速度的目的。