海洋深水救援井钻井关键技术

深水钻井具有较高风险,在救援井设计方面,国内外没有相关标准规范可参照,深水井实施救援井作业的数量也很少。为了保证深水油气田安全高效开发,结合中国南海深水钻井的需要,对深水救援井的井位选择、井眼轨迹设计方法、探测定位技术、连通技术、动态压井方法等一系列关键技术进行了整理和分析。救援井的井位选择需考虑海底地质条件、洋流、风向、热辐射、商业保险等因素,救援井井眼轨迹需根据连通点位置、探测定位工具的要求、轨迹实施难度进行设计,连通方式首选直接钻通事故井井眼,动态压井方案的制定应结合钻井船的能力优选最高效安全的压井方案。研究结果对于建立深水救援井设计体系具有一定的参考价值。     

深水救援井动态压井设计方法及应用

通过救援井向井喷井高排量泵入不同密度的压井液进行压井的方法,已成为救援井压井方案的首选。简单阐述了动态压井技术原理,给出动态压井设计的关键点和设备选型的方法。通过1 口井实例给出了动态压井设计的流程,并根据最恶劣工况（WCD: Worst Case Discharge）进行了多层储层井喷时动态压井模拟,基于动态压井给出了压井液密度、平台设备选择等方法。认为深水动态压井设计应考虑井喷井流体类型、井喷流通通道、水深影响下的井筒流量等因素。与常规压井方法相比, 深水动态压井具有排量大（最大达到12 m3/min）、地面泵压高（最高达到26 MPa）、所需压井液体积大（最大达到2 100 m3）等特点,可以为救援井动态压井设计思路、平台钻井液泵、钻井液储存能力等设备选型提供参考。     

煤层气井用黏弹性表面活性剂压裂液性能评价

研究了季铵盐型黏弹性表面活性剂用作煤层压裂液的增稠性能、携砂性能、滤失性能、流变稳定性能,并首次根据煤样的声波时差结果分析了煤样饱和各种流体前后的力学参数。试验结果表明,黏弹性表面活性剂VES-2-16和VES-4-16系列具有很好的增黏性能,在170s-1下可达到30mPa·s以上,并在高剪切速率下能够长时间保持较强的结构;陶粒在该类体系中的沉降速度为清水中的0.027%～0.3%;该类表面活性剂体系无残渣,初滤失量较大,滤失系数较小。煤样饱和液体后比没有饱和液体的煤样抗压抗剪切强度高,饱和该类压裂液后煤样的抗压抗剪切强度要比饱和水的煤样好。     

救援井与事故井连通探测方法初步研究

钻救援井是目前解决井喷漏油问题的最有效方法,而救援井与事故井相对位置的精确探测是救援井技术成功的关键环节之一。为了能够成功连通救援井与事故井,初步研究了利用救援井与事故井连通探测工具确定两井相对位置的计算方法。将事故井套管近似为地层圆柱体,通过分析井下电极注入地层的低频交变电流在地层及事故井套管中的传播与衰减规律,得到了利用救援井与事故井连通探测工具确定两井间距和方位的方法,同时分析了井下电极注入地层的交变电流大小、井下电极与探管间距等因素对该探测工具测量精度的影响。研究结果表明,应用提出的确定救援井和事故井两井间距和方位的计算方法,可以引导救援井与事故井垂直连通或平行连通;分析认为,救援井与事故井连通探测工具基本可以满足救援井现场施工需求。      

深水救援井井眼轨道设计探讨

国内深水救援井井眼轨道设计既无标准可供参考,也无实际设计经验可供借鉴,为此,从救援井实施限定条件着手,制定了深水救援井井口位置选择图版和连通点（目标点）位置选择原则,对“J”形、平行接近连通形、直接连通形以及穿越（pass-by）形等4种救援井常用井眼轨道进行了对比分析,认为穿越（pass-by）形轨道在扩大探测范围和提高定位精度方面有很大的优势,因而将其作为深水救援井井眼轨道的首先,并将其划分为接近、测距定位、追踪跟随和连通4个阶段,研究了各阶段的切入角、井间距等关键设计要素,确定救援井井眼轨道最大井斜角小于60°,狗腿度不超过3°/30m,形成了深水救援井井眼轨道设计基本方法,并利用该方法对中国海油海外区块一口深水救援井的井眼轨道进行了设计。研究结果表明,研究形成的深水救援井井眼轨道设计基本方法可为国内深水救援井井眼轨道设计提供指导。      

煤层气井用压裂液研究及应用

根据煤岩储层的特点,介绍了煤层压裂液添加剂的优选和压裂液的常规分析方法,并推荐了两种压裂液,即活性水压裂液和冻胶压裂液,现场应用表明,活性水压裂液对煤层污染较小,适合较低温度（小于30℃）及压裂工艺所要求裂缝较短的情况,冻胶压皮具有一定的耐剪切性,较好的流变性,滤失性及破胶性等,这两种压裂液加砂量均达到了设计要求,满足了工艺需要,施工成功率达100％,压裂后提高了产气量和产液量。     

深水油气井浅层固井水泥浆性能研究

针对深水油气井浅层固井存在的逆向温度场,对水泥浆在低温下的稠化时间、抗压强度和流变性能进行了分析,结果显示:在低温下水泥浆的稠化时间明显延长,抗压强度发展缓慢,流变性能变差。因此,针对深水固井试验中温度模拟方法与陆地固井的不同,介绍了深水固井循环温度和静止温度的确定方法,设计了可以用来测试深水固井水泥浆性能的稠化试验装置及静胶凝试验装置。同时设计了不同密度的深水固井水泥浆配方,并对其性能进行了测试,结果表明,所设计的不同密度深水固井水泥浆,在低温条件下早期强度发展快（4 MPa/16h）,流变性好,防气窜能力强,沉降稳定性能好,能满足深水表层套管固井的需要。      

二氧化碳泡沫压裂液性能研究

对低压、低渗、水敏地层采用CO2泡沫压裂技术,起到增产增注效果。泡沫压裂由于具有地层伤害小、返排迅速、滤失低、粘度高、摩阻低以及携砂能力强等优点,因而在以上储层的改造中得到了广泛应用。研究了影响CO2泡沫压裂液性能的主要因素,如泡沫质量、温度、压力、稠化剂、酸性交联剂,并对CO2泡沫压裂液性能进行了评价。     

基于三电极系救援井与事故井连通探测系统

通过调研救援井与事故井连通探测系统工作原理,分析了三电极系注入地层的低频交变电流在地层及事故井套管中的传播与衰减规律,建立了事故井套管上聚集电流产生的交变磁场空间分布模型,得到了救援井与事故井间距和相对方位的计算方法。通过数值模拟与试验验证,将三电极系应用于救援井与事故井连通探测系统,提高了系统测距范围和探测精度;通过对比基于单电极救援井与事故井连通探测系统,基于三电极系的探测系统对探管灵敏度的要求更低,更有利于在实际工况中的应用,为中国自主研发救援井与事故井连通导向工具提供理论支持。     

小眼井压裂液的延迟交联技术

根据小眼井的特点和技术要求,研制了可控制交联时间的延迟交联剂DCL-KB,该剂是硼与特殊的配位络合体在常温下合成的,比普通硼砂分子大得多的络合物。对DCL-KB的耐温性、剪切恢复性、破胶性、携砂等性能进行了评价。结果表明,DCL_KB交联剂耐温耐剪切性能好,调节加量和胶液的pH值,可改变延迟交联时间。以DCL-KB为主剂的压裂液耐温耐剪切性能好、滤失量小、破胶快速彻底,而且具有良好剪切恢复能力,可满足小眼井压裂的需要。     

救援井与事故井连通探测工具模拟试验研究

救援井与事故井空间相对位置的精确探测是救援井定向钻井工程的关键技术之一。为了引导救援井与事故井在井下设计深度高效连通,研究了基于单电极和基于三电极系救援井与事故井连通探测工具确定2井间距和方位的磁测距导向算法。在此基础上设计加工了基于单电极和基于三电极系救援井与事故井连通探测工具的原理样机并进行了矿场模拟试验,验证了确定救援井与事故井间距和方位的计算方法,并分析了电极系注入地层的交变电流大小、电极系与探管间距等因素对救援井与事故井连通探测工具测量精度的影响。分析结果表明,基于三电极系救援井与事故井连通探测工具探测精度相对基于单电极救援井与事故井连通探测工具更高,更适用于引导救援井与事故井的成功连通。研究结果对我国自主研发救援井连通探测工具具有重要的指导意义。     

深水油气勘探救援井精确探测技术研究

深水油气勘探开发已成为石油工业的热点,但井喷等事故时有发生。钻救援井是解决井喷事故的有效方法,其中救援井与事故井相对位置的精确探测是实施救援的关键。利用软件模拟半径为139.7 mm的井喷井,在其附近设置一个1 A电流源和一个接地电极,研究电流源和事故井距离、两电极距离、事故井半径对事故井套管上电流密度的影响。研究结果表明:事故井和救援井距离越近,事故井套管上的电流密度越大,且事故井套管上电流密度最小值的位置点越接近电流源所在处的位置;事故井中电流密度最小值的位置点所在处是由点电流源所在处的位置决定的;事故井半径越小,电流密度的幅值变化就越大,其上的电流密度的幅值也越大。研究结果对海上钻井救援提供了一定的理论依据。     

深水固井水泥浆技术研究

针对深水低温固井常遇到的问题,分析了深水表层浅层流的危害及防窜机理,介绍了深水固井水泥浆设计原理,提出了室内开发的深水低温水泥浆体系。     

深水表层固井硅酸盐水泥浆体系研究

针对海洋深水表层套管固井作业,介绍了一种密度可调（1.20～1.80 kg/L）的低温低密度G级硅酸盐水泥浆体系。对低温低密度G级硅酸盐水泥浆体系的设计原理与水泥浆组分以及不同密度水泥浆配方进行了详细的论述,并对该水泥浆体系在深水环境下的性能进行了评价。结果表明,低温低密度G级硅酸盐水泥浆体系在低温环境下具有较高早期强度、低失水量以及良好的流变性和稠化性能,其中密度为1.20 kg/L的水泥浆在3 ℃温度下的稠化时间≤560 min,稠化过渡时间≤60 min,API失水≤70 mL,水泥石在5 ℃温度下养护24 h后的抗压强度≥3.5MPa。这表明低密度G级硅酸盐水泥浆体系具有良好的低温性能,能够满足海洋深水表层套管固井作业要求。      

蜀南地区乐平组煤层气井压裂液评价与优化

随着国家能源结构的不断升级,煤层气作为一种高效的清洁能源,一种煤矿采掘过程中的危害气体,对其进行开采利用,不但可以减少煤炭消费所致的大气污染和煤矿中的瓦斯事故。为了确定压裂液体系对煤层气开采的影响,对现场现行的压裂液体系进行了性能评价,包括:黏度、表面张力、携砂性能、静态滤失性能、煤粉分散性能、固含量、防膨性能以及其对煤粉等温吸附性能的影响;还对体系中的黏土稳定剂、煤粉分散剂进行了单剂评价和优化。     

深水固井技术概述

论述了深水固井存在的主要难点,介绍了常见的几种深水固井水泥浆技术及深水固井工艺工具,最后就深水固井应重点注意的几个问题提出了建议。     

直接连通方式下救援井动态压井水力参数设计与实验分析

海上油气田勘探开发面临诸多挑战和风险,其中井喷失控是颠覆性风险.救援井是处置井喷失控的有效手段.本文基于动态压井基本原理,在深入分析救援井动态压井水力参数设计方法的基础上,结合动态压井水力参数设计和实验结果分析,形成了符合现场动态压井施工的水力参数设计的思考与建议,希望对救援井动态压井作业提供参考.     

硝酸钠加重海水基压裂液性能评价

为满足海上油气田深井、超深井压裂需要,用NaNO_3加重海水与两性离子胍胶稠化剂、有机硼锆交联剂及其他添加剂配制压裂液,研究了NaNO_3加重海水基压裂液密度,溶胀性能,耐剪切性能,滤失性能,破胶性能,破胶液对岩心渗透率及对支撑剂导流能力的伤害。结果表明,35%NaNO_3加重海水与0.52%两性离子胍胶稠化剂及其他添加剂配制的压裂液密度为1.20 g/cm~3(20℃),NaNO_3海水溶液对两性离子胍胶稠化剂溶胀性能的影响大于海水,NaNO_3加重海水基压裂液耐剪切性能、降滤失性能等各项性能良好。在150℃、170 s~(-1)下连续剪切120min后的黏度为76 mPa·s;压裂液在80℃下的动态滤失系数为2.81×10~(-4)m/min~(0.5);在60℃和80℃下,压裂液在3数4 h完全破胶,破胶液黏度小于5 m Pa·s;压裂液对岩心基质渗透率损害率为23.3%;在82.7 MPa闭合压力下对支撑剂导流能力伤害率为41.89%;满足压裂施工要求。图4表3参15     

CHJ阴离子清洁压裂液的性能评价

制备了以阴离子表面活性剂为主剂的CHJ清洁压裂液,并研究了其主要性能。CHJ清洁压裂液黏度随稠化剂加量的增加而增加,随KCl加量的增大先增加后降低,在KCl质量分数约2.7%时,黏度达到最大值360 mPa.s。该清洁压裂液在100℃、170 s-1下的耐温耐剪切性能良好。在80、120℃时,砂粒在压裂液中的沉降速度分别为11.124、18.840 mm/min,携砂性较好。煤油加量为3%时,压裂液在70 min左右破胶,清洁压裂液黏度降至5 mPa.s以下,破胶液表面张力为26.10 mN/m,界面张力为0.73 mN/m,比较符合现场施工要求。清洁压裂液的破胶液对岩心的伤害率为7.65%。图4参11     

国外深水固井水泥浆技术综述

深水固井面临着诸多的挑战，如低温、潜在的浅层水窜和气窜、地层孔隙压力和破裂压力之间“窗口”狭窄，地层易压漏、水泥浆温度的演变、顶替差等，提出满足深水低温固井的水泥浆的基本性能要求是：①水泥浆密度低；②低温下较短的过渡时间和优良的抗压强度；③低失水；④好的水泥浆完整性；⑤水泥浆与套管和地层的密封和胶结等长期性能好；⑥顶替效率高。介绍了国外常见的几种深水固井水泥浆技术，包括快凝石膏水泥浆体系、PSD水泥浆技术、高铝水泥、充气水泥浆技术和其他水泥浆技术。最后就深水固井应重点注意的几个问题提出了建议。