人工智能在压裂技术中的应用现状及前景展望

随着人工智能理论和计算机技术的快速发展,智能化和数字化已成为推动储层压裂技术发展的重要力量。针对压裂技术智能化发展,阐述了人工智能技术在地质参数预测、压裂参数优化设计、压裂施工实时诊断与调控、压裂工具及材料研发等方面的研究进展与应用情况,分析了当前智能压裂技术发展存在的主要问题与今后的重点发展方向,认识到智能压裂技术仍处于探索试验阶段,国外在“甜点”智能识别、压裂参数优化、现场施工智能化控制等方面的研究已走在前列,并在北美地区多个区块的压裂服务中成功应用,国内仅在压裂大数据机器学习、智能化压裂材料等方面进行了早期探索,在智能压裂装备、工具、实时监测诊断和现场智能化调控等方面的研究与应用较少,与国外存在较大差距。分析认为,数据样本可靠性差、一体化智能压裂方法与装备欠缺和多领域交叉人才缺乏等是影响智能压裂技术快速发展的关键问题,并预测随着万物互联技术的发展,将形成智能化完井压裂系统,不需要人工干预即可完成储层评估、“甜点”识别、压裂参数优化设计、现场调控和压后评估等工作,真正实现一体化智能储层改造。      

液氮磨料射流破碎高温花岗岩机理

液氮磨料射流是一种高效的破碎干热岩方式。为进一步探究其破岩机理,开展液氮磨料射流喷射高温花岗岩室内实验。从宏观角度分析岩石破碎形式、射流孔眼形态及表面特征,从微观角度分析断裂面形貌和微裂缝分布等,探究液氮磨料射流破碎高温岩石特征。同时,开展磨料水射流和氮气磨料射流破岩实验作为对照。实验结果表明,液氮磨料射流形成的孔眼形状不规则,表面凹凸不平,且破碎体积明显大于磨料水射流和氮气磨料射流。扫描电镜实验显示,低温、冲击载荷作用下,在孔眼壁面和孔眼附近区域生成大量微裂缝,其主要断裂方式为拉伸、剪切作用下岩石的脆性断裂,表现为穿晶断裂和沿晶断裂。理论分析和数值模拟研究表明,液氮低温作用对岩石造成损伤,而热应力、磨料冲击载荷和流体水楔作用在损伤岩石基础上主要以剪切和拉伸两种方式破碎岩石。     

高压液氮射流提高深井钻速机理

针对深部油气及地热钻探中岩石温度及强度高、钻速普遍偏低等问题,采用花岗岩、页岩和砂岩3种岩样,开展了高温岩石液氮冷却后的力学特性测量实验与液氮射流破岩实验,解析了液氮喷射破岩的宏观特征与微观机理、液氮-岩石的传热特征、岩石内热应力的演化规律,进而提出了高压液氮射流辅助钻井的新方法。研究表明,液氮冷冲击可显著降低岩石的单轴压缩强度及弹性模量,岩石温度越高,力学弱化程度越高,冷冲击对岩石的损伤程度越强;液氮射流破岩以大块体积破碎为主要破岩特征,具有破岩效率高、破岩门限低的特点,岩石温度越高,液氮射流破岩效果越强;液氮喷射作用下花岗岩的损伤程度最高,该方法对高温花岗岩地层具有更好的适用性,应用于深层干热岩储集层钻井提速,具有良好的前景。图13表2参19     

煤层气水平井扇形磨料射流造穴喷嘴结构设计

现有煤层气开发直井采用水力造穴方式不能确定造穴的几何尺寸和形态,采用机械造穴方式刀杆容易变形、易使工具落入井内,水力-机械复合造穴技术操作复杂、成本高。为此,提出煤层气水平井扇形磨料射流喷射造穴的新思路。采用室内试验和数值模拟相结合的方法,优选和优化了扇形喷嘴的几何结构参数,分析了磨料颗粒在流场中的运动轨迹及加速特性,探索了射流参数和磨料参数对颗粒运动速度的影响规律。研究结果表明:椭圆形出口的扇形喷嘴适用于煤层气水平井喷射造穴;扇形磨料射流的颗粒加速区域主要集中在喷嘴收缩段和射流等速核区域内;流体的速度矢量场特征和磨料的运动轨迹特性表明,喷射造穴的主要作用机理是切割煤体的同时冲击破碎煤块;优化布置不同喷射角度的扇形喷嘴组合、提高喷嘴压降及合理控制砂比,可收到“网格式”切割破碎煤岩的效果,从而达到大范围应力释放的目的。所得结论可为煤层气水平井喷射造穴提供理论基础和设计参考。     

强渗透缓速酸液体系研究与评价

在碳酸盐岩储层的酸化压裂改造过程中,酸液质量的优劣直接影响着最终的改造效果。目前,常用的酸液体系存在渗透性差、腐蚀高、缓速效果不佳等问题。通过室内实验,研选出了适宜的复合有机缓速酸主体酸液以及酸用降阻剂、缓蚀剂和铁离子稳定剂等助剂,开发出了一套适合碳酸盐岩储层的新型强渗透缓速酸液体系。实验室综合评价结果表明,该强渗透缓速酸液体系具有良好的缓速性能、较低的腐蚀速率以及更优的渗透性能。此项研究对碳酸盐岩油藏储量的充分动用及高效开发具有重要的理论指导意义和实际应用价值。