2009CNPC十一五油气井工程技术交流报告.ppt

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1、油气井工程技术交流汇报,汇报人：李根生 中 国 石 油 大 学（北 京）2009年08月18日,石油天然气工程学院,油气井工程技术交流汇报,油气井工程学科概况 近年油气井技术与成果 十二五拟开展的研究工作,油气井工程学科概况,国家级重点学科（全国同类学科排名第一）2004年，首批入选教育部创新团队(IRT0411)国家、教育部和CNPC重点实验室重要组成部分,主要研究方向 油气井力学与控制工程 油气井岩石力学与工程 油气井流体力学与工程 油气井化学与工程,油气井工程学科概况,数据采集系统,围压射流实验架,超高压射流泵,MTS816三轴岩石试验仪,管柱及井筒多相流实验平台,钻井动力学实验架,油气

2、资源与探测国家重点实验室石油工程教育部重点实验室教育部油气井工程创新团队CNPC钻井重点实验室重点研究室：油气井管柱力学重点研究室井壁稳定重点研究室高压水射流重点研究室压裂改造物理模拟重点研究室,油气井团队固定人员32人，另有博士生70名，硕士生220名,中国工程院士1人，双聘院士1人长江学者特聘教授1人，国家杰出青年基金获得者3人“百千万人才工程”国家级人选3人,油气井工程学科概况,近5年团队研究成果获奖情况,油气井工程学科概况,一 复杂结构井优化设计与控制技术二 深井超深井钻井相关技术 1 岩石力学、井壁稳定与压力预测技术 2 地层岩性、可钻性评价及钻头优选技术 3 高效破岩与提高深井钻速

3、技术 4 钻井液与油气层保护技术三 气体钻井/控压钻井技术四 完井与增产改造技术五 钻井工程监测与辅助决策系统,近年油气井技术与成果,一 复杂结构井优化设计与控制技术,1 大位移井摩阻/扭矩预测技术2 新型高抗挤套管与复合管柱技术3 高危气井管柱系统安全设计4 膨胀管力学及膨胀工具研究5 钻柱动力学与防斜打快理论6 套管钻井管柱力学研究7 异常高压下井身结构优化设计8 复杂结构井优化设计与控制技术,近年油气井技术与成果,Liuhua-11-1-C1ERW5 ERD,下套管,漂浮接箍安装位置,灌浆,掏空,任一管柱单元中正压力和计算,1 大位移井摩阻/扭矩预测技术,井下摩阻和扭矩，是在大位移井设计

4、和现场施工中不可忽视的两个关键因素。,一 复杂结构井优化设计与控制技术,全国油田的套管损坏井累计超过3万口，每年损失数十亿元，同时严重影响了油田的正常生产。如何从新型管材及建井源头上进行套损防治，是一个重大技术难题，迫切需要深入进行学科交叉研究。,2 新型高抗挤套管与复合管柱技术,一 复杂结构井优化设计与控制技术,3 高危气井管柱系统安全设计,一 复杂结构井优化设计与控制技术,4 膨胀管力学及膨胀工具研究,实验过程、膨胀后的管材,一 复杂结构井优化设计与控制技术,5 钻柱动力学与防斜打快理论,v,C,A,B,0,-b,V：钻柱与井壁滑动速率：钻柱的公转角速率：钻柱的自转角速率,一 复杂结构井优

5、化设计与控制技术,6 套管钻井管柱力学研究,一 复杂结构井优化设计与控制技术,7 异常高压下井身结构优化设计,异常高压条件下井身结构设计6个基础参数确定技术必封点综合确定技术三维可视化井身结构设计软件,一 复杂结构井优化设计与控制技术,8 复杂结构井优化设计与控制技术研究,针对低渗、稠油、断块等复杂油气藏，结合国家专项（2009ZX05009）课题5，创新复杂结构井优化设计理论和方法，自主研发仪器、工具，发展复杂结构井优化设计、智能完井及增产改造技术。,一 复杂结构井优化设计与控制技术,近年油气井技术与成果,1 岩石力学、井壁稳定与压力预测技术2 地层岩性、可钻性评价及钻头优选技术3 高效破岩

6、与提高深井钻速技术4 钻井液与油气层保护技术,二 深井超深井钻井相关技术,二 深井超深井钻井相关技术,1 岩石力学、井壁稳定与压力预测技术,结合地震、钻井、测井及实验室岩芯测试资料形成了一套地层孔隙压力、地层破裂压力、地层坍塌压力、地应力预测与评价技术。,深层地应力测试 小型压裂解释地应力技术 偶极测井解释地应力技术 分层地应力预测技术 区域地应力数值模拟技术,地应力测试与解释技术,地层压力预测与评价技术,高温高压井壁稳定技术通过钻井、测井、录井和岩芯资料的综合分析，确定井壁失稳主导机理，选择安全泥浆密度与泥浆体系，形成了泥页岩井壁坍塌周期定量预测技术。开发了井壁稳定实例数据库，编制了数据库软

7、件。,井壁失稳的机理与理论大斜度、水平井井壁稳定技术水化泥页岩井壁稳定技术盐膏层井壁稳定技术漏失压力预测技术钻前预测井壁稳定技术,1 岩石力学、井壁稳定与压力预测技术,二 深井超深井钻井相关技术,先后承担国家、省部级研究课题，开展系统的理论和应用研究。研发3套地层可钻性评价及钻头优选软件，以PDC钻头切削结构和水力结构优化设计为基础，提出了局部强化PDC钻头个性化设计方法，研发了PDC钻头个性化设计软件，拥有发明专利6项、实用新型专利11项。先后在塔里木、大庆、长庆、冀东、华北等油田进行了地层可钻性评价、钻头优选、PDC钻头个性化设计和应用，取得了良好的效果。,2 地层岩性、可钻性评价及钻头优

8、选技术,二 深井超深井钻井相关技术,开展井下动力钻具复合钻井配套技术研究，获国家专利23项。新型涡轮钻具配合高效钻头复合钻井在扎纳诺尔、肯基亚克、塔里木、吐哈、大庆等油田30多井试验应用，平均钻速提高118%以上。最近，超深井TRO-127两级减速涡轮钻具现场试验成功，试验最大井深8405米，取得了较好的经济和社会效益。,井下动力钻具复合钻井配套技术,3 高效破岩与提高深井钻速技术,二 深井超深井钻井相关技术,水力脉冲发生器安装于钻头上部,产生水力脉冲、空化冲蚀、瞬时负压三种效应。先后在塔里木、克拉玛依、吐哈、吉林、青海等油田40多井次现场试验，相同条件下机械钻速平均提高23.9%68.9%，

9、工具纯钻时间230h以上，具有广阔应用前景。,3 高效破岩与提高深井钻速技术,水力脉冲空化射流钻井技术,克拉2-6试验钻时曲线,二 深井超深井钻井相关技术,新型井下增压装置及配套钻井技术,3 高效破岩与提高深井钻速技术,基于水力与机械联合破岩和水力增压原理，开发成功具有独立知识产权的射流式井底增压装置(DPS-1)和新型双流道破岩钻头(DCB-1)，现场试验同比条件下提高机械钻速120%，工具寿命有待提高。,二 深井超深井钻井相关技术,4 钻井液与油气层保护技术,硅酸盐钻井液-泥页岩地层井壁防塌技术 化学固壁比常规甲基聚合物防塌泥浆防塌效果明显，解决了泥浆流变性控制的关键技术问题，并且对配伍处

10、理剂也进行了优化筛选。高温高密度油基钻井液研制及应用 研制和筛选了新型主、辅乳化剂、降滤失剂和润湿剂，抗温达220，密度达2.3g/cm3高温高密度油基钻井液体系，五口井试验性能稳定。废弃泥浆固化技术研究 系统研究了废泥浆的毒性分析方法、对环境影响、固化以及固液分离处理等内容，全面掌握了废弃泥浆的毒性分析和处理方法。,二 深井超深井钻井相关技术,三 气体钻井/控压钻井技术,1 气体钻井/控压钻井技术,气体钻井井壁稳定技术研究气体钻井管柱力学与井斜控制技术研究气体钻井破岩机理和参数影响规律研究气体钻井井筒多相流动规律与压力控制气体钻井地层适应性与转换方式研究,2 气体循环钻井技术,针对气体钻井，

11、探索氮气、天然气、尾气等循环使用的气体钻井技术：显著降低气体钻井设备成本；节约天然气、柴油等宝贵资源；降低环境污染；提高处理复杂情况的能力。,气体分离与净化系统,承担国家863和CNPC重点课题，2008年1月四川大邑101井现场试验：分离净化后气体完全可满足进入压缩机要求。,分离前烟尘弥漫,分离后洁净如初,三 气体钻井/控压钻井技术,四 完井与增产改造技术,1 完井与射孔优化技术,射孔工程优化设计,直、斜井多层整体完井优化技术,基于近井地带复杂流动规律和注采系统控制理论，建立直井、斜井多层完井参数整体优化和生产动态预测模型，开发完井优化设计系统与生产动态预测系统。,常规射孔完井设计 射孔压裂

12、完井设计 超正压射孔设计 斜井单层射孔设计 斜井多层整体射孔设计 水平井变密度射孔设计,四 完井与增产改造技术,四 完井与增产改造技术,(1)水力喷射分段压裂机理与参数 水力喷射分段压裂机理 管内和环空水力参数计算 孔眼压力分布数模与物模 水力射孔孔眼应力与起裂 水力喷射射孔参数优化实验(2)水力喷射分段压裂工具研制(3)现场施工工艺设计与应用15井次,2 水力喷射分段压裂技术,井型：直井、水平井、定向井，油井、气井完井：套管射孔、割缝筛管、裸眼管柱：油管、连续管，拖动管柱与滑套不动管,水力喷射射孔、分段隔离、压裂一体化新技术,BQ110井深2250m，因产量低关井停产 2007年7月27日首

13、次应用2”连续管水力喷砂逐层压裂、一天成功连续压裂3层。试验层位1105m延续到749m，3层共加入陶粒30.32 m3，单层喷压时间12h，工具寿命达6h，作业跨度达到365m。施工后，第二天排液140m3，之后产气量8,000m3/d，稳产年以上，压裂效果显著。,直井分层压裂现场试验BQ110井,四 完井与增产改造技术,GA002-H9垂深1700m，水平段500m，用2 7/8”油管拖动喷射压裂2段，填砂50 m3，工具寿命达h，日产气由8,000m3/d 增加至70,000m3/d。工具和工艺试验取得成功，压裂增产效果显著。,水平井拖动管柱现场试验GA002-H9井,四 完井与增产改造

14、技术,GA002-X68井是新完成的一口定向井，井深2430m，井斜角430，该井地层低孔低渗，孔隙度仅3.6%10%。用2 7/8”油管下入滑套式喷射压裂工具，喷射压裂2段，单层填砂50 m3，单层打液约500 m3，单层施工时间23h。水力射孔、投球打开滑套、分层压裂按设计要求施工顺利，工具和工艺试验取得成功。,定向井不动管柱现场试验GA002-X68井,四 完井与增产改造技术,牛东平2井是吐哈三塘湖盆地一口割缝管开发井，井深2404m，水平位移996m，割缝管长度596m。气举投产后供液不足，日产液不足 2.0 m3/d。技术难题。实施水力喷射分段加砂压裂，采用石英砂射孔、陶粒作为支撑剂

15、，分别加入陶粒18.1m3和17.8m3，对 2103-2105m、1989.6-1991.6m两层段进行水力喷射加砂压裂，取得成功，日产油13-19m3，是压裂施工前的6.5倍以上。,割缝管水平井喷射分段压裂牛东平2井,四 完井与增产改造技术,杏5-4-平丙092井深1960m,水平段746m,日产液11t，日产油2t，含水84.3%。7月23日采用不动管柱滑套水力喷射工具成功加砂压裂三层，加砂120m3,日产油14t，是压裂施工前的7倍,含水降为45%。微地震监测,三段裂缝走向明显,均垂直裂缝,长50-101m,高14-29m.,套管水平井喷射分段压裂杏5-4-平丙092井,四 完井与增产

16、改造技术,衬管完井水平井喷射分段压裂XS311H井,气体/液体欠平衡钻井、139.7mm衬管完井 完钻井深3010m，垂深2480m，水平段长385m 层位：JS31孔隙度13.6%、渗透率0.25md,四 完井与增产改造技术,西南分公司组织，采用不动管柱常规油管水力喷射分段压裂技术8h完成三段压裂，这是该工艺在国内衬管完井水平井首次试验成功。分别完成40m3、30m3、30m3陶粒的施工，油管排量3.03.3m3/min，最高砂浓度700kg/m3，泵压6576MPa，环空排量0.91.5m3/min。完井仅0.3104m3/d，压裂后测试天然气无阻流量16.1104m3/d，增产倍比达到5

17、0倍以上，高于邻井单层压裂11.4104m3/d的平均水平。,衬管完井水平井喷射分段压裂XS311H井,四 完井与增产改造技术,常规钻井、套管完井，完钻井深2940.0 m，JS21难动用储量。西南分公司组织，完成不动管柱水力喷射分3段压裂(2525-2527m、2695-2697m、2880-2882m)，规模分别为40m3、30m3、50m3。完井仅0.2104m3/d，压裂后测试在油压17.5MPa、套压18.7MPa下配产3.2104m3/d，获天然气无阻流量4.3104m3/d，增产倍比达到22倍以上，是邻井直井单层压裂效果的2.0倍。,套管完井水平井喷射分段压裂XS21-1H井,四

18、 完井与增产改造技术,套管完井,由于井筒条件较差，封隔器分层压裂3次未能顺利座封。改造目的层为JS21、JS22、JS23层,不动管柱常规油管水力喷射分3段压裂,喷枪位置：2656m、2581m、2415m,分别完成40m3、30m3、35m3陶粒的施工在井口8.5MPa下测试天然气产量6.1104m3/d,套管完井水平井喷射分段压裂CX601-2H井,四 完井与增产改造技术,裸眼完井，完钻深度3388.7m，完钻层位山2层位，水平段长370.33m，生物酶完井液解堵后气举求产，无阻流量仅0.14104m3/d。,裸眼水平井喷射分段压裂DP5井,水力喷射滑套封隔不动管柱分层压裂，投球打开多级滑

19、套，无需机械封隔。,四 完井与增产改造技术,四 完井与增产改造技术,3 水力喷射径向水平钻井技术,（1）径向深穿透井下关键装置设计研制（2）高效水力破岩喷嘴钻头设计研制（3）水平钻进延伸能力和控制研究（4）钻井工艺参数优化设计与现场试验（5）径向水平井效果评价与地层适应性预期成果（1）研制成功一套径向深穿透钻井井下装置（2）径向深穿透水力和工艺参数优化设计方法（3）具有自主知识产权高效开发、改造新技术,套管内开孔水力喷射侧钻径向水平井，可同一层段钻辐射分支井，也可多层钻进。,五 钻井工程监测与辅助决策系统,通过系列新方法、模型和规范分析研究，形成集井场综合信息采集、储存、通讯、应用为一体的井场

20、随钻信息综合应用技术钻井信息实时采集、实时存储、实时传输、多用户共享，现场施工情况的实时分析，工程事故与复杂的实时警示，达到对钻井施工过程进行有效监测的目的，为钻井科学决策、提高钻井时效与质量、控制钻井成本提供技术支持。,近年油气井技术与成果,十二五拟开展的研究工作,一 深井复杂地层安全高效钻井基础与技术研究二 复杂结构井优化设计与控制技术研究三 乌兹别克费尔甘纳地区钻井技术研究四 煤层气钻完井理论与技术研究五 钻井完井新方法和新技术研究,针对西部及川东北深井复杂地层钻井安全风险大、机械钻速低的难题，结合国家973（2010CB226700）和国家专项（2009ZX05021），系统开展深井复

21、杂地层安全高效钻井基础与技术研究。,一 深井复杂地层安全高效钻井基础与技术研究,十二五拟开展的研究工作,二 复杂结构井优化设计与控制技术研究,针对低渗、稠油、断块等复杂油气藏，结合国家专项（2009ZX05009）课题5，创新复杂结构井优化设计理论和方法，自主研发仪器、工具，发展复杂结构井优化设计、智能完井及增产改造技术。,十二五拟开展的研究工作,1.地层环境描述与预测 深井复杂地层孔隙压力、破裂压力、坍塌压力剖面描述与建立2.地层岩性、可钻性评价、钻头选型及个性化PDC钻头设计（1）地层岩性、可钻性评价及剖面、钻头使用及数据库建立（2）适合区块地层快速钻进的钻头优选与个性化PDC钻头设计3.

22、强化参数、高效破岩钻井提速综合配套技术研究（1）井下动力钻具复合钻井技术的研究与应用（2）深井水力脉冲空化射流复合钻井试验与应用（3）高压喷射钻井与动力钻具配个性化钻头现场试验4.钻井液与储层保护技术研究 高温高压硅酸盐钻井液、泥页岩地层井壁防塌技术研究5.高温高压油气井安全测试、管材防腐与评价技术研究 现场试验23口井，提高钻速15%以上，形成安全快速钻井综合技术,十二五拟开展的研究工作,三 乌兹别克费尔甘纳地区钻井技术研究,四 煤层气钻完井理论与技术研究,针对煤层气储层特点，结合国家专项（2009ZX05036和37）相关课题，研究煤层气井钻井与完井相关理论和方法，发展煤层气钻井、完井及增产改造技术。,十二五拟开展的研究工作,五 钻井完井新方法和新技术探索研究,1.连续管微井眼钻井技术研究2.海洋深水钻井与完井技术研究3.超临界CO2流体钻井理论与技术研究4.页岩气钻井与完井技术探索5.钻井信息与数字化钻井技术基础研究,十二五拟开展的研究工作,感谢CNPC和油田多年大力支持！欢迎批评指正！,