油页岩原位开采井筒结构设计

在油页岩原位开采过程中,需要300℃以上高温持续对地层加热数月甚至数年,造成井筒密封完整性失效。目前国内外关于油页岩原位开采的研究集中于加热方式的实验介绍,没有可参考的实钻井筒结构设计。依据吉林松南青一段油页岩的实际情况,设计电加热、注热氮气加热两种不同开发方式下的井筒结构,利用有限元软件对加热体、套管、水泥环、围岩组合体密封完整性模型进行模拟分析。结果表明,采用600℃电加热方式进行开采时,热量传入地层迅速衰减,有效开发半径仅2. 0 m,难以适用于油页岩的开采;采用注热氮气加热开发时,有效开发半径仅5. 0 m,考虑后期压裂,热氮气可通过裂缝有效加热地层,适用于油页岩的开采;套管在加热段热应力可达1 094 MPa,需选用偏梯扣TP110H抗高温套管。     

中国未熟-低熟油的基本特征及成因

低熟油是一种重要的非常规能源矿产资源。中国中、新生界陆相含油气盆地中,多发现未熟-低熟石油。在大量查阅、整理与综合前人资料的基础上,对我国低熟油的分布、物理化学特征、判别标志、成因等进行了归纳、总结与论述。生物标志化合物是低熟油判别的有效手段之一,无机催化作用在低熟油的形成中具有重要意义,因此,在有相关的微量元素等无机因素存在的情况下,低熟烃源岩区的低熟油勘探就可能具有一定的潜力。     

吉木萨尔页岩油水平井开采实践

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油矿场开发试验表明,纵向上不同地质甜点,平面上同一甜点层的不同区域水平井生产特征差异很大,水平井单井产能及EUR主控因素不清,给油藏开发方案编制、储层改造方式选择和效益评价带来了诸多困难。为此,通过地震、录井、分析化验一体化综合研究,明确了源储高频互层的地质特征,源储配置和保存条件是影响芦草沟组含油性的先天因素;利用特殊测井、微地震监测明确了水平段长度、复杂缝网是影响产能的重要因素;利用室内物模实验,结合油藏生产动态综合分析,初步确定了压裂后水平井合理的排采制度。研究认为,页岩油甜点体具有较强的非均质性,高优质甜点钻遇率和改造缝网复杂程度最大化是提高水平井产能必须追求的目标,合理的排采制度有利于充分发挥水平井的生产能力。     

二氧化碳注入条件下井筒水泥环完整性若干研究进展

井筒水泥环完整性是实现二氧化碳(Carbon dioxide,CO₂)地质封存长期安全有效的重要保障。在CO₂的捕集、利用及封存过程中,低温CO₂流体注入过程将引起井筒结构温度和压力的分布变化,易造成井筒水泥环完整性失效。为评价CO₂注入条件下井筒水泥完整性和优化注入参数提供理论指导和分析方法,文章在简要综述前人相关研究的基础上,重点介绍了笔者的相关创新研究成果：1)简述了CO₂注入井井筒完整性失效的研究现状,重点介绍了CO₂注入过程中井筒流动模型以及不同注入参数对井筒温度分布的影响;2)简述了含缺陷水泥环完整性的研究现状,重点介绍了井筒裂纹断裂参数计算方法,定量分析了CO₂注入井含缺陷水泥环的完整性,揭示了水泥力热性能对径向裂纹和界面裂纹扩展行为的影响规律。文章可为CO₂注入过程施工参数优化、井筒水泥环完整性评价等方面的相关研究与应用工作提供有益参考。     

庆城页岩油后期补能注伴生气吞吐注采参数优化

页岩油的开发缓解了中国石油能源供应紧张的局势,是未来重要的接替资源。长7页岩油开发方式以天然能量为主,随着开发的进行存在产量递减快、采收率低等问题;长期天然能量开发地层能量亏空较大,亟须补充地层能量实现二次有效开发。针对以上问题,为探索有效补充能量、提高采收率方式,基于长庆某页岩油区块,开展室内实验对比不同种类气体与原油体系性质差异,并利用油藏数值模拟手段,建立矿场尺度数值模拟模型,优化伴生气吞吐补能技术政策。优化参数为注气量90×10⁴ m³、注入速度3×10⁴ m³/d、焖井时间20 d、吞吐轮次10轮。在整体统一优化的基础上,针对补能效果较差的井进行个性化注气量优化设计,单井注气量增大至150×10⁴ m³,保障所有吞吐井整体能量补充水平一致,进一步提升了注气吞吐增油效果,注气吞吐较衰竭开发累产油量可提高33%。研究探索了页岩油后期有效补能提采方式,研究成果为长庆页岩油实现注伴生气吞吐有效开发提供了理论依据。     

页岩储层水平井固井水泥浆体系应用研究进展

中国的页岩储层具有埋藏深、地温梯度高、封固段顶底温差大等特点,能够在深层水平井高温及大温差条件下固井,并在后期大规模体积压裂期间保持井筒完整性的固井水泥浆体系的选择成为近年来的焦点。为明确页岩储层深层水平井固井水泥浆技术的发展方向,基于页岩储层水平井固井对前期水泥浆流变性能要求与后期水泥环力学性能要求,分别从外加剂适用条件、外加剂反应机理以及微观结构的形成3个方面探讨了页岩储层水平井的固井水泥浆技术难点及研究现状,汇总了国内外各大油气田页岩储层水平井固井硅酸盐水泥浆体系的应用实效,提出了相应的技术措施及未来固井水泥浆体系的研究重点。     

东濮凹陷地区东营组低熟原油地球化学特征及油源分析

对东濮凹陷文留地区东营组原油的族组分、饱和烃色谱特征和生物标志化合物等资料的分析,结果表明东营组含油砂岩抽提物饱和烃一般在50%左右、非烃+芳烃为50%、沥青质一般小于5%;饱和烃同位素变化范围为-27.3‰~-28.1‰,族组分之间的碳同位素分馏效应小;饱和烃色谱特征差别较大。这主要是与原油不同深度时生物降解作用的程度有关。甾萜烷系列中C27和C29重排甾烷含量低,重排甾烷/规则甾烷的比值在0.1左右,C2920S/(20S+20R)为0.2~0.4,三环萜烷、四环萜烷含量低,Ts大于Tm,奥利烷与γ蜡烷含量高,反映了高盐度沉积环境下形成的未熟-低熟油特征。油源对比结果显示文留地区西部沙河街组第三段源岩与东营组油藏具有较好的亲源关系。     

吉林桦甸油页岩原位近临界水热解开采室内实验

从多学科交叉角度出发,将油气生排烃实验地质技术、绿色化工等相关领域方法引入到油页岩原位开采中。选取吉林桦甸油页岩样品,利用地层孔隙热压生排烃模拟实验仪开展了原位干馏热解和近临界水热解实验。研究表明:近临界水热解促进了油页岩原位油气转化,高温高压近临界水、反应生成的高含CO2的气体和较高的地层流体压力提高了油页岩原位页岩油潜在可采率/回收率,展现了利用近临界水特性开采油页岩,尤其是低品质油页岩的良好前景。针对我国油页岩资源埋藏深、品位低、非均质性强的情况,可以考虑利用近临界水做热传导介质和水溶解性催化剂,对地下油页岩进行原位开采。     

高温氮气泡沫驱油数学模型研究

在对高温氮气泡沫驱油作用机理进行研究的基础上,建立了高温氮气泡沫驱油数学模型.该模型考虑了低界面张力体系驱油机理、泡沫封堵机理等.其中泡沫剂的运移方程充分考虑了对流、弥散及表面活性剂损失等机理.对该模型进行了自适应隐式方法数值求解.通过对实际的高温泡沫生产井进行历史拟合,可以看出,高温氮气泡沫驱油数学模型正确反映了热力采油和泡沫驱油的作用机理,具有较高的可靠性.     

中国油页岩原位开采可行性初探

中国油页岩资源量为11 602×108 t,其中埋藏深度在500～1 500 m 的油页岩资源量为6 813×108 t,原位开采技
术是开发该部分资源的有效手段。中国油页岩原位开采技术处于实验阶段,通过对油页岩热分解、热破裂规律、渗透
变化规律等方面的研究,初步探索了油页岩原位开采的可行性。油页岩热分解过程可以分为3 个阶段：干燥脱水、热
解生油、无机矿物质的分解。在这3 个阶段中,由于油页岩内部物理化学反应的程度不同,导致孔隙和裂缝发生了不
同程度的变化,变化最大的是热解生油阶段。利用非稳态数学模型研究了油页岩电加热原位开采的温度场分布,表明
加热5 a 后可以对页岩油进行开采,产油时间至少可以维持2 a。     

苏北陆相页岩油储层井壁稳定性能评价

为解决苏北陆相页岩油储层钻进过程中卡钻频发、成井难度大等技术难题,开展了地质特征和室内实验评价分析,结果表明苏北陆相阜宁组二段泥页岩黏土矿物含量高,以伊/蒙混层为主,具有一定的水化分散性能,并具有明显的双亲性润湿特征。阜宁组二段泥页岩层理性强,钻井液滤液在压差和自吸作用下沿地层微裂隙侵入地层,引起泥页岩的局部水化,产生水化膨胀压,导致大量微裂缝延伸扩展,岩石整体性破坏,力学参数显著劣化,致使井壁失稳。据此针对性的制定了“强化抑制+高效封堵+润湿反转”的井壁稳定控制技术对策,达到“外防水侵、内控膨胀”的井壁稳定效果,可为后期陆相页岩油气水平井施工提供参考和借鉴。     

高压工频热解扶余油页岩的温度场模拟

利用高电压工业频率电流加热油页岩,可以在油页岩内部形成等离子体的通道,利用产生的等离子体与导电通道碳化的内表面对油页岩进行加热,实现油页岩的原位裂解.本文采用有限元分析软件建立油页岩三维耦合模型,通过数值计算获得高压工频裂解油页岩的温度场分布.在电压为1000V,工业频率电流为5A时加热6min,油页岩电极中心部位的温度达到597℃,在电极附近30mm范围内,温度达到347℃,满足油页岩裂解需求;随电流的增加,相同时间内油页岩被有效加热的温度增加,并且有效热解的范围增大.从数值模拟结果分析可知,高电压工业频率电流加热裂解油页岩技术,升温速率快,能量有效利用率高.     

注蒸汽井筒隔热油管接箍散热损失所占比例研究

蒸汽沿井筒流动过程中,蒸汽参数(压力、温度及干度等)、径向散热损失和轴向压力,沿流动过程变化。运用传热学、热力学及流体力学等学科知识,建立了井筒数值模拟综合计算模型,并进行了模拟计算。所建模型,对接箍散热量的计算没有采用估算的方式,而是采用接箍视导热系数的方法。计算结果表明,各级别的隔热油管,井筒传热中接箍散热损失所占比例差别较大,从A级到E级,散热损失所占比例12.8%～74.7%,因此接箍散热损失按30%估算是不合理的。     

稠油热采硅酸盐水泥抗高温技术研究进展

由于常规油井水泥无法适应热采带来的高温环境,采用改性硅酸盐水泥是稠油热采井固井的主要手段。针对耐高温改性硅酸盐水泥进行了调研与梳理,分析了G级油井水泥的高温衰退机制,总结了目前中外的硅酸盐水泥抗高温技术及其抗高温机理。调研发现:加砂是目前最重要的硅酸盐水泥抗高温手段,在300℃以上的热采井中,常规密度水泥浆体系应掺入45%～60%、细度200目左右的硅粉。在此基础上,选择合理的颗粒级配并添加各类水泥外加剂可以进一步增强高温环境下水泥石的性能。除硅粉以外,中外学者也开发了其他抗高温添加剂,廉价优质的新型抗高温添加剂仍是该领域的研究重点。     

高温高压复杂井身结构气井井筒温度计算方法

 西气东输的气源井以高温高压气井为主,气井生产依赖于井底温度和压力,生产过程中温度起着重要的作用。为了确保高温高压气井的正常生产,必须对井筒温度压力进行深入研究。井筒压力的研究已有较为成熟的结果,但对井底温度的研究还很不成熟,尤其是井身结构对井筒温度的影响国内外尚未见报道。本文基于Ramey经典井筒温度计算模型建立了两种考虑复杂井身结构井的井筒温度分布计算模型,即在复杂井筒条件下从井底到井口的温度计算模型和从井口到井底的温度计算模型。通过与实测资料对比,给出了计算模型的误差对比,分析了井身结构对井筒温度分布计算的影响。研究结果表明,从井底到井口的温度分布模型计算结果优于从井口到井底的温度分布模型。     

深层页岩气水平井井筒瞬态温度场研究与应用

深层页岩气水平井钻井过程井筒瞬态循环温度对旋转导向工具的选择具有重要作用。基于井筒与地层间的对流换热机理及能量守恒原理,建立了井筒瞬态温度场模型;分析了循环时间、排量、水平段长度和入口温度对井筒瞬态温度的影响;优选了页岩气水平井轨迹控制方法,提出了降低井底循环温度的工程措施。结果表明,上部井段环空钻井液循环温度随循环时间和排量的增加而增加,而下部井段环空钻井液循环温度反而降低;随着水平段长度增加,环空钻井液循环温度增加,水平段越长,循环降温效果越低;随着钻井液入口温度增加,钻井液出口温度增加,下部井段环空钻井液循环温度随入口温度的变化较小。当垂深超过4 000 m后,水平段较短时,可采用旋转导向钻井工具;水平段较长,井底循环温度高于135℃后,推荐采用螺杆配LWD测量工具。采用增加循环时间、排量及边循环边下钻的方式可降低井底循环温度,以确保旋转导向工具和LWD工具处于安全工作温度内。     

稠油热采井井筒温度模型研究及应用

在稠油开采过程中,准确地预测井筒温度是选择合适的采油工艺,防止稠油结蜡增黏的基础。采用对流-扩散模型计算油管与抽油杆之间的环空内的流体传热,建立了稠油井井筒加热温度场的二维非稳态数学模型;并使用控制容积法实现模型的数值求解,模拟结果和现场实测井筒温度吻合度较好。通过模型计算,分析了电加热生产和热流体循环加热过程中影响井筒温度的诸多因素。结果表明加热流体的入口温度和流量对井筒温度场影响最明显、热流体的掺入深度存在最优范围、空心杆循环热流体的加热方法优于套管掺液,对提高稠油油井采油效率具有指导意义。     

薄层油页岩电加热原位改性温度场数值模拟

原位开采是油页岩未来主流开采技术,目前油页岩原位开采技术研究对象多为厚层油页岩,但中国存在大量的薄层油页岩,故研究薄层油页岩原位电加热温度分布规律具有重要的意义.针对中国特殊薄层油页岩结构,采用ANSYS软件中瞬态热分析模块,建立薄层油页岩原位电加热模型,研究加热5年内薄层油页岩中温度场分布.仿真结果表明:油页岩的有效加热体积随加热时间增加而增大,且加热前3年增加速度显著快于3年之后,加热3年后继续加热增热效果已不明显,故加热薄层油页岩在加热3年可以使利益最大化.研究结果为中国薄层油页岩的开发提供了数据支撑.