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深层超深层钻井液技术研究进展与展望

石油勘探与开发 2024年第4期51卷 889-898页

作者：孙金声杨景斌白英睿吕开河刘锋报中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 中国石油集团工程技术研究院有限公司北京102206

系统论述目前国内外深层超深层钻井液技术研究进展,分析存在的关键问题并提出未来发展方向。针对深层超深层复杂油气层钻井过程中面临的高温高压高应力、裂缝发育、井壁失稳、钻井液漏失等问题,国内外学者研发了深层超深层抗高温高盐水... 详细信息

系统论述目前国内外深层超深层钻井液技术研究进展,分析存在的关键问题并提出未来发展方向。针对深层超深层复杂油气层钻井过程中面临的高温高压高应力、裂缝发育、井壁失稳、钻井液漏失等问题,国内外学者研发了深层超深层抗高温高盐水基钻井液技术、抗高温油基/合成基钻井液技术、储层保护钻井液技术以及钻井液防漏堵漏技术,但仍存在抗高温高压和高应力能力不足、井壁易失稳以及钻井液漏失严重等关键问题。由此提出未来深层超深层钻井液技术的发展方向:(1)抗高温高盐水基钻井液技术需致力于提升高温稳定性,改进流变性能,强化滤失量控制,提高与地层的相容性。(2)抗高温油基/合成基钻井液技术需在高温稳定剂、流型调节剂等低毒易降解的环保型添加剂和相关配套技术方面进一步攻关。(3)储层保护钻井液技术应致力于新型高性能添加剂和材料的研究,通过引入先进的传感器网络和人工智能算法,完善实时监测技术。(4)钻井液防漏堵漏技术应更加注重智能化技术的集成与应用、高性能堵漏材料的研发与应用、多元化堵漏技术与方法的探索以及环境保护与安全生产意识的提高。

关键词：深层超深层钻井抗高温钻井液储层保护钻井液防漏堵漏安全环保技术展望

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深水天然气水合物储层钻井多物理场耦合数值分析

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中国造船 2024年第3期65卷 175-186页

作者：赵珂刘磊廖波王金堂陈龙桥孙金声中国石油大学(华东)石油工程学院青岛266580 中国石油集团工程技术研究院有限公司北京102206 中国石油集团海洋工程有限公司北京100028

在深水天然气水合物储层钻井过程中,钻井液易侵入储层导致井筒内温度和压力变化,引起水合物分解,造成井壁失稳。考虑钻井液作用下的水合物解离和井筒-储层传热传质,建立了深水天然气水合物储层多孔介质非稳态传热多场全耦合模型,并进行... 详细信息

在深水天然气水合物储层钻井过程中,钻井液易侵入储层导致井筒内温度和压力变化,引起水合物分解,造成井壁失稳。考虑钻井液作用下的水合物解离和井筒-储层传热传质,建立了深水天然气水合物储层多孔介质非稳态传热多场全耦合模型,并进行数值分析。结果表明,当钻井液侵入后,水合物储层的温度和压力呈现不同程度的上升,沿地层方向的温度变化率为0.618 K/m,压力变化率为0.39 MPa/m。水合物饱和度沿地层向下逐渐降低,平均变化率为0.06m^(-1)。水合物分解导致井筒周围力学强度下降,等效塑性应变增加,20h后井筒周围塑性应变达到90%,井筒失稳风险增加。因此,在水合物储层钻井过程中,应降低钻井液温度,或进行井筒-储层传热和传质屏蔽,以实现安全高效钻井。

关键词：天然气水合物钻井液侵入井筒-储层耦合多物理场耦合井壁稳定

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基于回压激励响应的实时地层压力反演方法

石油学报 2024年第6期45卷 1009-1018页

作者：徐宝昌尤香凝孟卓然刘伟尹士轩中国石油大学(北京)信息科学与工程学院北京102249 中国石油集团工程技术研究院有限公司北京102206

随着石油勘探技术不断向深层复杂地层发展,深层复杂油气藏钻探过程中易发生气侵现象,准确、快速地反演出气侵发生时的地层压力,使井底压力快速回到安全窗口内,抑制更多气体从地层流入井筒是井控的关键。传统钻井过程中,大多数气侵发生... 详细信息

随着石油勘探技术不断向深层复杂地层发展,深层复杂油气藏钻探过程中易发生气侵现象,准确、快速地反演出气侵发生时的地层压力,使井底压力快速回到安全窗口内,抑制更多气体从地层流入井筒是井控的关键。传统钻井过程中,大多数气侵发生时的地层压力反演依靠关井压力恢复曲线得到,但关井求取地层压力需耗费大量时间,时效性差,基于此提出了一种无需关井的回压激励下地层压力反演方法。首先,建立简化两相流模型模拟环空内气液两相流动行为,通过与OLGA多相流模拟器对比,验证了简化两相流模型具备较高的计算精度,可用于提供地层压力反演算法所需的实时环空数据;其次,考虑到气侵过程中各组分体积关系,结合油藏模型,推导出地层压力反演公式,该方法需要在井口处施加回压激励气侵响应参数(井底压力、出口流量等)的变化,利用回压激励后控压钻井系统获得的地面测量数据和简化两相流模型计算的环空数据,反演出地层压力。仿真实验结果表明,回压激励法与递推最小二乘算法相比反演精度更高;最后,考虑钻井液密度、出口流量存在误差的情况,对回压激励算法进行鲁棒性分析。实验结果表明,钻井液密度、出口流量存在误差时,回压激励算法的反演结果仍准确,算法的鲁棒性好。

关键词：气侵地层压力反演油藏模型控压钻井两相流模型

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基于边缘强化神经拉动模型的三维表面重建

红外与激光工程 2024年第6期53卷 202-212页

作者：徐宝昌王毅豪郝围围尹士轩王威李雅飞中国石油大学(北京)信息科学与工程学院/人工智能学院北京102249 中国石油集团工程技术研究院有限公司钻井工艺研究所北京102206

通过学习空间点云数据的符号距离函数(Signed Distance Functions, SDFs)进行三维表面重建是当前的研究热点。为重建出高精度的水密模型,神经拉动(Neural-pull, NP)采用点云拉动,以训练同步更新SDFs,但在实际重建过程中,重建模型会因为... 详细信息

通过学习空间点云数据的符号距离函数(Signed Distance Functions, SDFs)进行三维表面重建是当前的研究热点。为重建出高精度的水密模型,神经拉动(Neural-pull, NP)采用点云拉动,以训练同步更新SDFs,但在实际重建过程中,重建模型会因为点云存在噪声和缺失而导致重建结果不够精细,带来错误的表面重建。针对以上问题,引入边缘提取强化输入点云的边缘信息,提出利用残差学习机制的边缘强化神经拉动模型(Neural Pull based on Edge Enhancement, NPEE)。为确保重建表面平滑的同时能够获取更多的表面细节,该方法在保留原本神经网络用于学习SDFs的基础上引入一个新的网络,利用残差学习机制学习点云的边缘SDFs。同时在原始点云的基础上,引入边缘因子σ,结合学习的边缘SDFs,通过点云边缘的鲁棒提取强化输入点云。为验证算法模型的优化效果,采用目前广泛使用的ABC数据集、斯坦福扫描模型和模拟扫描数据集设计对比实验,实验结果以及评估指标(CD)表明,NPEE可以有效改善神经拉动算法在边缘表面重建的缺陷,同时和其他重建方法相比,NPEE在面对稀疏点云和含噪点云时仍能保证重建的精确性和完整性。

关键词：深度学习三维点云表面重建符号距离函数

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中国深层—超深层钻完井关键技术及发展方向

石油学报 2024年第1期45卷 312-324页

作者：刘岩生张佳伟黄洪春中国石油集团工程技术研究院有限公司油气钻完井技术国家工程研究中心北京102206

深层—超深层油气资源是中国油气增储上产的重要接替资源,实现深井、超深井安全优快钻完井对于深层—超深层油气资源效益开发具有重要意义。通过回顾中国深井、超深井发展历程,梳理对比深井、超深井钻完井技术发展现状、关键技术进展及... 详细信息

深层—超深层油气资源是中国油气增储上产的重要接替资源,实现深井、超深井安全优快钻完井对于深层—超深层油气资源效益开发具有重要意义。通过回顾中国深井、超深井发展历程,梳理对比深井、超深井钻完井技术发展现状、关键技术进展及应用效果,结合面临的主要问题指出了下一步的发展方向。通过对比全球及中国深井、超深井钻完井关键钻井装备、井身结构优化与拓展、钻井提速、钻井液、固井、随钻测控技术与装备、试油完井关键技术指标及应用情况,指出抗高温高压、高稳定性是当前存在的主要技术差距。剖析了支撑中国实现陆上8000 m超深井常态化,钻深能力迈上9000 m台阶,正向万米挺进的深井自动化钻机、井身结构优化、控压钻井、高效PDC钻头、抗高温超高密度油基钻井液、高效堵漏、高强度韧性水泥浆及自动化固井、抗高温酸压、深层连续管作业机等一批高端装备、尖端工具、核心助剂的最新进展及应用情况。针对超深层超高温、超高压、复杂地应力和多压力系统等给安全高效钻完井带来巨大挑战,提出进一步开展井身结构拓展、抗超高温高压井下工具仪器、超高温井筒工作液、超深高效破岩及提速工具、超高温特高压试油完井工具、超高温低伤害压裂液和酸液体系、数字化智能化钻完井装备与技术等攻关研究,加速关键核心技术的突破与迭代升级,为深层—超深层油气资源高效勘探开发提供支撑与保障。

关键词：深层—超深层油气钻完井关键技术发展现状发展方向

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纳米材料提高水基钻井液页岩稳定性研究进展

中国石油大学学报（自然科学版） 2024年第2期48卷 74-82页

作者：孙金声李贺吕开河黄贤斌杨峥中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 中国石油集团工程技术研究院有限公司北京102200

维持井壁稳定一直是油气钻探过程中的技术难题。由于页岩微纳米孔缝与层理发育、水敏性高,井壁失稳问题在页岩层尤为突出。提高钻井液的性能是减少井壁失稳的重要途径。纳米材料因其独特的尺度和性质,可作为水基钻井液添加剂以提高页岩... 详细信息

维持井壁稳定一直是油气钻探过程中的技术难题。由于页岩微纳米孔缝与层理发育、水敏性高,井壁失稳问题在页岩层尤为突出。提高钻井液的性能是减少井壁失稳的重要途径。纳米材料因其独特的尺度和性质,可作为水基钻井液添加剂以提高页岩的稳定性。通过对国内外技术的跟踪与分析,阐述纳米材料提高页岩稳定性的评价方法、纳米材料类型及其作用机制。开展纳米材料在非均质地层的基础理论研究,开发在高温高压及高盐环境下稳定有效的新型纳米材料,建立纳米材料提高页岩稳定性的微观评价方法,是纳米材料的重要发展方向。

关键词：纳米材料页岩井壁稳定水基钻井液

控压钻井井下气侵工况的自适应参数及状态估计

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控制与决策 2024年第2期39卷 551-558页

作者：徐宝昌孟卓然陈贻祺刘伟吴楠中国石油大学自动化系北京102249 中国石油集团工程技术研究院有限公司北京102206 中国石化工程建设有限公司北京100101

针对控压钻井过程中井下可能发生气侵的特殊工况,提出一种可在异常工况下估计井底压力,并借此判断异常工况的方法.首先,基于简化的漂移通量模型,在传统控压钻井水力学模型中添加气体膨胀项,建立控压钻井气液两相流模型;其次,将井下环空... 详细信息

针对控压钻井过程中井下可能发生气侵的特殊工况,提出一种可在异常工况下估计井底压力,并借此判断异常工况的方法.首先,基于简化的漂移通量模型,在传统控压钻井水力学模型中添加气体膨胀项,建立控压钻井气液两相流模型;其次,将井下环空摩擦积分和井底气侵量视为未知参数,将井底流量视为未知状态,设计一种可对未知参数以及未知状态进行联合估计的自适应观测器,并以此为基础估计井底压力;最后,通过仿真实验验证所提方法的有效性.仿真结果表明,所建气液两相流模型可在井下发生气侵时模拟井底压力变化,且所提观测器能实时准确地跟踪井底流量及压力变化.

关键词：控压钻井气侵气液两相流模型联合估计自适应观测器

玛北地区二叠系风城组页岩油钻井优化实践与下步建议

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钻采工艺 2024年

作者：伊明范川闽赵志俊宗泽斌禹江中国石油西部钻探钻井工程技术研究院中国石油西部钻探准东钻井公司中国石油西部钻探克拉玛依钻井公司

近年来,玛湖风城组页岩油勘探取得重大突破,落实3.05×10～8 t储量规模,成为玛湖油田上产500×10～4 t的主要战略接替层系,玛湖页岩油在压力系统、埋深、岩性等方面与其他区块页岩油存在巨大差异,现有技术适用性差,单井投资高,难以支撑... 详细信息

近年来,玛湖风城组页岩油勘探取得重大突破,落实3.05×10～8 t储量规模,成为玛湖油田上产500×10～4 t的主要战略接替层系,玛湖页岩油在压力系统、埋深、岩性等方面与其他区块页岩油存在巨大差异,现有技术适用性差,单井投资高,难以支撑效益开发建产。为了进一步降低玛湖风城组开发成本,在玛51X井区进行钻井优化先导试验攻关,通过提高生产组织衔接、基于MSE机械比能科学优选钻井参数、强化井眼清洁措施、优选提速工具与优化钻头等一系列钻井优化实践,形成一套水平井钻井优化技术。通过攻关试验,大斜度井钻井周期由78.21 d减少至59.60 d,水平段趟钻最高进尺由296 m提升至460 m,极大地降低了钻井成本。但目前针对难钻高阻地层钻进仍需进一步优化,钻头复合片耐磨及抗崩性能需要进一步提升,配套大扭矩螺杆实现高效钻进。

关键词：玛湖玛北风城组页岩油钻井优化提速

热引发聚合方法制备抗240℃水泥浆降失水剂

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钻井液与完井液 2024年第1期41卷 98-104页

作者：林鑫刘硕琼夏修建孟仁洲中国石油勘探开发研究院北京100089 中国石油集团工程技术研究院有限公司北京102206

针对现有水泥浆降失水剂耐高温性能不足的问题,以高温热引发聚合方法替代传统水溶液引发剂聚合方法,设计并合成了抗温为240℃的三元水泥浆降失水剂HTFLA-A。通过实验确定了HTFLA-A的最佳合成条件:水与单体总质量比1∶1,控制温度为150℃... 详细信息

针对现有水泥浆降失水剂耐高温性能不足的问题,以高温热引发聚合方法替代传统水溶液引发剂聚合方法,设计并合成了抗温为240℃的三元水泥浆降失水剂HTFLA-A。通过实验确定了HTFLA-A的最佳合成条件:水与单体总质量比1∶1,控制温度为150℃,体系pH值为9,反应时间为32 h。并采用红外光谱(FT-IR)、热重分析(DSC/TGA)及核磁共振谱对HTFLA-A进行了表征。结果表明,HTFLA-A为目标预期产物,在439℃时的热失重仅为23.80%,这是由于高温合成过程中去除了单体中不稳定结构和有机合成过程中副反应产物,提升了高分子材料的抗温性能。对HTFLA-A的性能评价结果表明,当HTFLA-A加量为1.2%,可将水泥浆在180~240℃、6.9 MPa时API失水量控制在50 mL以内。

关键词：水泥浆降失水剂热引发聚合耐高温

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