水力脉冲空化射流钻井机理与试验

在分析水力脉冲与空化射流调制机理的基础上,设计出一种新型水力脉冲与空化射流耦合的水力脉冲空化射流发生器,通过流体脉冲扰动和自振空化效应耦合,使进入钻头的常规连续流动调制成振动脉冲流动.钻头喷嘴出口形成脉冲空化射流,产生水力脉冲、空化冲蚀和局部负压效应,从而提高井底净化和辅助破岩效果.塔里木盆地6口井的现场试验结果表明,水力脉冲空化射流钻具对钻头类型、地层特性、钻井液密度、排量、动力钻具等具有良好的适用性,机械钻速提高10.1%～53.4%.水力脉冲空化射流发生器具有性能稳定、效果好、使用寿命长等特点,完全可以满足现场的需要.水力脉冲空化射流技术将为提高深井钻速提供一种切实有效的途径,具有较好的推广应用价值.图4表4参12     

超临界CO2钻井水平井段携岩能力数值模拟

超临界CO2流体的密度较大,与液体接近;其黏度较低,接近干气体.为了研究水平段钻井过程中超临界CO2的携岩能力;建立了描述超临界CO2流体在水平偏心环空中携带岩屑过程的数学模型,同时根据水平偏心环空的特点建立了物理模型.利用CFD数值模拟软件,对不同黏度、不同密度超临界CO2流体在水平井段的携岩规律进行了模拟.计算结果...     

天然高分子钻井液体系的研究与应用

以保护环境为宗旨,保护油气层为目的,增加以天然物为原材料的钻井液处理剂的使用,是减少钻井液对环境污染的有效途径,也是钻井液技术的发展方向。近几年胜利油田在环境保护方面做了大量的研究,自2004年以来在多口井上使用了天然高分子环保型钻井液体系,该体系在满足油气层和环境保护方面取得了较好的效果。现场应用表明,天然高分子钻井液使用简单,维护方便,具有较强的抑制性和防塌性能,能够满足环境要求。但是,该体系的成本比以往使用的普通钻井液体系偏高,而且目前缺少与该体系相配伍的流变性处理剂,尚需进一步补充和完善,其抗温性也有待进一步提高,其还不能完全满足深井的需要。     

高压水射流理论及其在石油工程中应用研究进展

近年来新型水射流理论研究及其在石油工程中的应用进展主要包括：①自激振荡射流调制机理研究，创制了新型高效自振空化射流，发明了自激振荡射流钻头，首创了自振旋转射流处理近井地层解堵增产增注技术和自激波动注水技术。②机械及水力联合破岩理论研究，揭示了在钻井压入与旋转双向应力作用下，岩石裂纹形成和发展规律，建立了联合破岩钻头设计理论。③旋转射流理论和破岩机理研究，研制了径向水平钻井技术。①磨料射流特性和参数影响规律研究，优化了水力喷砂射孔参数设计，发展和完善了水力喷砂射孔技术。⑤高压水射液深穿透水力射孔及辅助压裂可行性研究，不仅可以提高射孔和压裂效率，而且为油田(特别是低渗透油藏)增产增注提供了一种有效方法。⑥双射流理论及其特性研究，双射流有利于形成大而深的破岩孔道，避免孔眼凸底的形成。可以提高射流破岩钻孔效率。⑦探索超高压射流辅助破岩理论及辅助钻井新方法，建立了超高压射流辅助破岩的三维PDC钻头模型。参18     

自动旋转喷嘴的理论研究

介绍了自动旋转喷嘴及非接触式液膜密封的工作原理;推导出密封变形公式、密封漏失量公式、压力分布公式以及喷嘴的旋转速度公式;从理论上分析了密封长度、密封间隙、喷嘴直径、喷嘴倾角及喷嘴压降等因素对喷嘴转速的影响.研究表明:非接触式密封解决了现有机械密封寿命短的问题;此密封用于高压旋转喷嘴系统是可行的.     

深井超深井井底应力场

深井超深井钻井技术对加快我国石油勘探开发进程具有重要意义,深井超深井井底应力场是破岩机理研究进而提高机械钻速的基础。针对井深4500～7000 m时3种不同地应力状态下的井底岩石应力分布规律进行研究,在井底岩石力学分析的基础上,建立了考虑孔隙压力和垂直、水平最大和最小三向地应力差下的流固耦合模型,并采用数值方法进行求解。结果表明,岩石内部孔隙压力以约呈井眼径向距离的–0.055次幂减小;当井深一定时,垂直总地应力为最小地应力时,岩石所受围压最大,为中间主应力时次之,为最大地应力时最小;当地应力状态相同时,随着井深增加,岩石所受围压呈线性增加,导致岩石塑性强度增加,这是深井超深井机械钻速低的主要原因之一。深井超深井井底应力场的定量研究对深井超深井破岩机理研究和提高机械钻速具有重要的理论指导意义。     

超临界CO2喷射压裂孔内增压机理

利用计算 流体力学方法模拟了超临界CO₂喷射压裂过程中的孔内流场,对比和分析了超临界CO₂喷射压裂与水力喷射压裂的增压效果,并研究了各参数对超临界CO₂喷射压裂增压效果的影响。研究结果表明:超临界CO₂喷射压裂在相同条件下具有比水力喷射压裂更强的孔内增压效果,在喷嘴压降为30 MPa时,其增压值比水力喷射压裂高2.4 MPa;超临界CO₂喷射压裂的孔内增压值随着喷嘴压降和喷嘴直径的增大而增大,随着套管孔径的增大而减小,且不受环空压力和超临界CO₂流体温度的影响。     

环空充气钻井工艺设计及参数分析

针对传统寄生管充气钻井工具在环空中形成的气相分布不均匀的弊端,设计了一种新型环形气体均布寄生管充气钻井工具。根据传热学、热力学和垂直气液两相管流理论,考虑注入气体物性随井筒温度压力变化,对环空充气工艺参数进行优化分析。分析结果表明,环空压力随注气量增大先急剧降低后逐渐升高,注气量通常选择在稍大于临界点处对应的气体流量;在静压控制区环空压力变化幅度明显大于井口回压变化,环空压力变化敏感;在摩擦控制区随井口回压变化,环空压力变化幅度较小,更加缓和,易于调节。     

疏水缔合聚合物/纳米二氧化硅降滤失剂的研制及作用机理

以制备的疏水缔合聚合物聚P(AM-NaAMPS-MA-b-St)为聚合物基体,纳米二氧化硅为填料,研制了一种具有核壳结构的疏水缔合聚合物/纳米二氧化硅微纳米降滤失剂FLR-1。借助FT-IR、SEM、TEM、粒径分布与比表面积测试和GPC实验,表征了FLR-1的分子结构、微观形貌特征和相对分子质量。通过API滤失和HTHP滤失实验测试了FLR-1的降滤失性能,探讨了其在水基钻井液中的降滤失作用机理。结果表明:新研制的疏水缔合聚合物/纳米二氧化硅降滤失剂有优异的降滤失作用,尤其是HTHP降滤失效果显著,200℃/16h的HTHP滤失量仅为20.5mL;此外,FLR-1也可显著改善钻井液体系的流变性能,且具有优良的抗盐能力。在高温高压环境下,具有独特微交联结构的FLR-1分子通过化学吸附作用、水化作用、疏水缔合作用及微纳米粒子自组装作用,能较好地稳定钻井液液相黏度,合理保持钻井液中固相粒子的粒径分布,形成薄而致密的泥饼,从而有效控制钻井液的HTHP滤失量。     

超临界CO2开发页岩气技术

页岩气藏具有低孔隙压力、低孔隙度、低渗透率和高含黏土等特点,开发难度较大。为了降低页岩气藏开发成本,提高页岩气经济技术可采储量,需要一种新的高效页岩气开发技术。通过分析页岩气成藏、页岩储层、页岩气和超临界CO2流体的特性,结合超临界CO2喷射破岩试验结果和CO2、CH4与岩层吸附特性可知:超临界CO2喷射钻井能够在页岩层中获得较高的机械钻速,同时不会使页岩层产生黏土膨胀、水锁等效应;利用超临界CO2流体进行储层压裂改造,能使储层产生更多微小裂缝,有助于页岩气生产,最重要的是CO2与页岩的吸附强度高于CH4,CO2能置换吸附在页岩上的CH4,在提高产量和生产速率的同时,实现CO2永久埋存。因此,超临界CO2开发页岩气无论从技术上和经济上均具有较大优势,将成为未来页岩气高效开发的新技术。