油气上窜速度的精确计算方法

上窜速度是反映油气活跃程度的一个非常重要的参数。对于钻井作业来说,直接影响钻井作业的井控安全。如果油气上窜速度不准确,很容易导致井涌、井喷等井控事故;同时也会造成钻井液密度的不合理,从而对油气层造成污染。现场用的迟到时间法计算油气上窜速度存在着较大的误差。根据油气在钻井液中运移的规律分析,得出油气上窜速度一种新计算方法,该方法综合考虑了钻具的排替作用、井身结构、以及开泵后油气在钻井液中的运移对其上窜高度的影响,对油气运移时间进行了修正,从而得到更加精确的油气上窜速度。经过现场实验表明,该计算方法可靠,可为准确判断油气活跃程度,为安全钻井作业提供依据。     

低渗透岩芯实弹射孔实验研究

针对低渗透露头岩芯进行了实弹射孔实验,对射孔孔眼穿透深度、孔眼周围渗透率变化情况进行了分析。结果表明:孔眼周围的渗透率变化规律和常规地层不同,沿孔眼轴线方向,渗透率呈单调下降趋势,孔眼末端的渗透率接近于原始值;在沿孔眼径向方向,渗透率也呈下降趋势,压实带特征不明显,且压实带部位的渗透率仍明显大于岩石原始渗透率;低渗透岩石射孔孔眼穿透深度明显比常规储层中小。由于常规射孔技术对低渗透储层的改造深度有限,应大规模推广采用复合射孔等新技术以改善射孔效果。     

井身结构设计必封点综合确定方法研究

在对库车地区深井超深井井下复杂情况分析的基础上，综合考虑地层岩性和地层压力等影响因素，根据已有资料，用随机理论方法确定发生井下复杂情况的概率密度函数，得出井下复杂情况发生的位置及可能性，提出新的井身结构必封点确定方法。应用实例表明，用随机理论方法确定井下复杂情况是可行和有效的，井身结构设计中必封点的确定原则并不惟一，设计者应根据经验和实际情况加以取舍。     

控压钻井井控过程中排量优化设计

控压钻井井控是处理气侵溢流问题的有效新方法,包括前期控制和循环排气两个阶段。基于快速施加井口回压控制方法,根据气液固多相流理论,建立控压钻井井控数学模型,并采用有限差分法迭代求解。在此基础上,分析排量对最大井口回压、最大套管鞋处压力和最大立管压力的影响,并提出基于井控安全目标函数的排量优化设计方法。模拟结果表明:在循环排气阶段,立管压力维持不变且为最大值,井口回压达到最大值与气体前沿运移到井口之间存在明显的时间滞后性,气体运移到套管鞋处时套管鞋处压力最大;验证了以出入口流量一致表征井底气侵停止的合理性。模型计算得到的压力值与实验测量值吻合较好。     

基于分步有限元法的多级压裂过程中套管应力敏感性分析

目前中国四川地区页岩气开发大多采用大排量分段压裂工艺技术,部分页岩气井在施工过程中出现套管变形的现象,导致后续施工改造无法顺利进行,严重影响了页岩气井的正常生产。因此准确了解压裂过程中套管应力的变化规律具有重要意义。区别于传统模型,基于分步有限元方法,考虑了钻井、完井、压裂整个施工过程,构建了页岩各向异性下套管-水泥环-地层组合体有限元分析模型,模拟多级压裂过程中组合体应力以及温度场随时间的变化特征。分析了两种模型下注液温度、套管内压、地应力变化、地层孔隙压力变化、水泥环弹性模量以及地层弹性模量等因素对套管受力状态的影响。研究结果表明:(1)压裂过程中,采用传统模型会低估套管应力的增大程度;(2)大排量压裂施工过程中,井筒内温度震荡变化,注液温降导致套管应力明显升高;(3)地应力分均匀性以及孔隙压力的增大会导致套管应力有所增加;(4)页岩各向异性对套管应力的影响较小,其中地层性质的下降会导致套管损坏的几率增加。因此在今后的页岩气压裂改造过程中,有必要采用分步有限元模型,综合考虑这些影响因素,合理优化相关的压裂作业参数,从而确保后续压裂完井作业的正常进行。     

以转制为契机,开创石油科研工作新局面

中国石油大学（北京）2000年划转教育部管理以来，学校科研工作在教育部的直接领导下，在国家科技部、北京市、四大油公司以及各油田厂矿、炼油化工企业等单位的大力支持与帮助，经过全校教职员工的共同努力，在研究规模、学校水平、实验室建设、人才培养等方面，取得了较大的进步。     

热交变压力下水泥环界面微间隙产生机理研究

目前中国四川地区页岩气开发均采用大排量分段压裂工艺技术,压裂改造过程中套管内温度以及压力的变化可能会导致油气井水泥环界面微间隙的产生。为此利用ABAQUS软件建立了热力耦合下的套管-水泥环-地层组合体有限元瞬态分析模型。基于前人实验的基础上,对温压耦合下的固井界面力学响应进行了模拟;同时分析了交变压力下微间隙的产生对组合体温度场分布的影响。研究结果表明:1微间隙的产生改变了组合体温度变化的连续性,后续施工过程中,套管温度基本接近注液温度;2井筒内的温度变化、套管内压作用下的水泥环塑性变形以及泄压后的井筒内压是导致微间隙产生的主要原因;3不同注液温度下,微间隙尺寸随着水泥环弹性模量的增大而增大。上述研究成果为压裂施工作业中油气井发生气窜以及环空带压的产生机理提供了理论依据。     

水力压裂模拟实验中的相似准则

目前预测裂缝的几何形态多采用数值模拟方法,所应用的模型是比较简单的二维或拟三维模型,无论是从研究裂缝扩展机理的角度,还是从发展,验证新模型的角度来讲,模拟实验都是最基本的环节。相似理论可用来指导实验的根本布局。文章通过相似理论中的方程分析法将压裂控制方程无因次比,并导出对水力压裂模拟实验具有指导意义的相似准则与相似比例系数。该相似准则与de.Pater基于二维模型所得结果大体吻合。     

气体钻水平井井筒两层流动机理研究

目前关于气体钻水平井的理论研究大都集中在最小注气量的选择上;而对气体钻水平井水平段井筒内的多相流动的机理缺乏深入的理论研究。在研究水平井段多相流动机理的基础上,应用气固两相流动力学理论,结合扩散理论,建立了适合气体钻水平井水平井段两层流动的理论模型,即上层悬浮层、下层为滑动床流动。根据现场某井数据进行了实例计算结果表明:气体钻水平井井筒携岩的最优速度应大于岩屑的沉降速度;岩屑稳定输送的条件为水平井井筒环空内为分层稳定流动;沿程阻力在低速主要来自于底层滑动床中岩屑颗粒与井壁之间的摩擦阻力,高速区来自于悬浮层内岩屑与井壁之间的摩擦阻力。最后结合计算结果,对比前人在水平气固流动中的实验结果,对气体钻水平井的最优注气量、井筒压降计算等给出了合理的建议。     

气体钻井井底低温对岩石破碎的影响机制

首先分析井底钻头喷嘴的Joule-Thomson效应,其次,建立急剧冷却条件下井底岩石的温度场分布模型,并以此建立井底岩石动态热应力分布模型,对气体钻井井底热冲击应力进行深入剖析。此外,通过引入井底岩石裂纹尖端应力强度因子,对钻头载荷和热应力共同作用下的井底岩石裂纹扩展失稳进行分析,对砂岩岩样进行液氮冷却试验,并对其进行声波实时测量。结果表明:在热应力的作用下岩石裂纹的抗扩展阻力存在极小值,气体钻井岩屑粒度较小;随着温度的降低,波速在岩石中呈线性衰减,声波的首波波幅也有明显的延迟,说明冷却处理对岩心内部结构产生了很大影响。