项目名称高陡构造井壁失稳及对策研究.docx

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项目名称高陡构造井壁失稳及对策研究

项目1：

井筒声波信息传输技术研究（集团公司项目）

一、项目简介

随钻信息传输方式主要有泥浆脉冲、电磁波、光纤、智能钻杆和声波遥传。

泥浆脉冲的传输速度一般小于10bps，远不能满足大量数据传输的需求，也不能在欠平衡钻井中有效工作。

电磁波传输系统利用电磁波穿越地层传输信息，传输速率为20-100bps，只有当地层电阻率大于10Ωm时才能有效地进行信息传输。

智能钻杆通信技术是利用特制的钻杆建立智能钻杆网络系统，其传输速率可达2Mbps，但是因需要特制的钻杆或改造的钻杆及特制的接头，导致钻井成本大幅提高。

利用声波沿钻杆传输信息的优点是成本低、数据传输速率可达20-100bps，还可通过中继装置增加信息传输的距离，且声波传输受钻井液干扰较小。

其存在主要问题是信息传输不稳定。

随着声波沿钻柱传输理论研究的进展[9-11]以及钻柱传输系统的传输容量理论的建立，随钻声波传输技术的潜力和优势逐渐明显，引起国内外研究者的关注，成为近些年随钻数据传输领域的重要研究方向之一。

西部钻探经过多年研究,于2011年将“声波信息传输”列入集团公司“钻井新技术新方法”项目，通过前三年持续攻关，掌握了一些核心技术，取得了重要进展，首次研制出了基于中继的声波信息通讯样机，填补了一项国内技术空白，但是无论是国外还是国内都没有实现在较低传输误码率的条件下实现可靠传输。

根据科技管理部的顶层设计，“十二五”后两年，本课题转入“钻井新装备新工具研制”项目的研究内容，力争通过持续攻关，研制出高传输速率的声波信息传输系统，提高工程技术服务业务的保障能力和市场竞争力。

二、博士生研究内容和目标

（1）建立强背景噪声条件下的微弱线性调频信号混沌检测理论及算法，检测灵敏度达到-40dB.利用混沌振子相变原理检测淹没在强噪声中的有用微弱信号，特别线性调频信号，能够极大改善通讯质量。

（2）建立一套适合井筒介质的信号时空聚焦模型，精度达到5%以内。

不需要传输介质和换能器的先验知识，通过虚拟时间反转实现自适应信号聚焦，克服声波信道的信号畸变，获得更高的速率和可靠性。

（3）选择一种适合井筒介质的声波波形，衰减系数降低30%。

某些非正弦声波（如孤波等）具有衰减小于正常衰减（距离平方R-2）的特性，其衰减为（R-2δ，0<δ<1）,有利于提高声波传播距离和抗干扰能力。

三、现场指导老师：

陈若铭：

工作年限30年，高级工程师，获得多项国家及省部级成果，在机电一体化项目研究做出重要贡献。

目前承担多项国家级、集团公司级科研项目。

宋朝晖：

工作年限30年，高级工程师，获得多项国家及省部级成果，在机电一体化项目研究做出重要贡献。

目前承担多项国家级、集团公司级科研项目。

四、博士生专业名称：

测控技术

项目2：

高陡构造井壁失稳及对策研究

1、项目简介

井壁不稳定问题在国内油田、海外区块油田钻井过程中广泛存在，属于当前世界性的技术难题。

我国在深井的钻进过程中频繁钻遇水敏性、破碎性、盐膏岩性、裂缝性、压力体系复杂地层，及高温、高压、高陡地层，使得发生井壁坍塌、井漏和井喷的风险大大增加，尤其是复杂地层深井的井壁不稳定问题尤为突出，可导致井下复杂事故多、钻井速度慢、钻井周期长、成本高，对安全、优质、快速、高效钻井带来很大障碍，甚至关系到钻井成败，严重阻碍了复杂地质条件、深层油气资源钻探开发的进程和效益。

目前井壁稳定研究存在的问题。

井壁稳定问题研究以往多数从钻井液化学或岩石力学单方面开展研究，虽然自上世纪90年代初，国内外有关学者开始认识到化学/力学耦合研究的重要性，并取得了一些进展，但采用的研究手段和实验方法还存在不同程度的局限性，缺乏系统深入及定量化研究，难以确定钻井液水化作用下合理安全密度窗口（特别是坍塌压力），不能满足防塌技术定量优化研究的需要。

通过研究，揭示钻井液对地层坍塌压力影响及其作用机理，建立钻井液对地层坍塌压力影响的评价实验方法，优化钻井液对地层坍塌压力影响的控制原理及技术对策。

形成适应复杂深井的钻井液防塌技术。

2、博士的研究内容和目标

研究内容。

针对我国深井超深井的地质条件复杂、井壁不稳定突出问题，从钻井液角度出发，开展钻井液对地层坍塌压力的影响研究。

（1）复杂地层井壁/钻井液耦合作用机理研究

①复杂地层井壁/钻井液压力传递和滤液侵入规律、主要影响因素及评价；

②钻井液/复杂地层井壁的水化作用、主要影响因素及评价；

③井下液柱压力对井壁有效支撑作用及主要影响因素。

（2）钻井液对地层坍塌压力的影响及控制方法研究

①钻井液作用下井壁稳定分析模型及其适用性分析；

②钻井液引起地层坍塌压力的变化及控制方法研究；

③钻井液作用下泥页岩坍塌压力及合理钻井液密度预测方法分析

目标：

（1）建立钻井液作用下井壁稳定分析模型，符合率≥90%；

（2）建立钻井液对地层坍塌压力影响的评价实验方法。

3、现场指导老师

黄治忠：

工作年限30年，高级工程师，获得多项国家及省部级成果，目前承担的科研项目为：

国家重大专项《复杂地质条件下深井钻完井液新技术研究》的攻关研究工作。

刘灵：

工作年限17年，高级工程师，获得多项国家及省部级成果，承担多项国家及项目和集团公司的攻关研究工作。

4、博士生研究专业

岩石力学

项目3：

试井综合分析新方法研究

一、项目概况

准噶尔盆地历经了半个多世纪的勘探开发，随着勘探程度的不断深入，勘探难度越来越大，主要表现在勘探目标多以低孔低渗储层为主，同时还往往具有岩性复杂、非均质强、局部微裂缝相对发育，纵向上油水关系复杂等特征。

钻井、测井、录井等静态资料评价储层深部特征存在一定的局限性，亟需利用试油试井等动态资料对储层进行产能评价，为勘探试油选层提供指导；勘探开发生产中也需通过试井分析方法来评价完井方式的合理性和改造措施有效性。

根据现场生产需求，需解决：

低渗储层产能预测、致密油储层渗流机理研究，对压裂压降数据试井分析评价技术等问题。

二、研究内容和目标

1）利用试油试采资料，建立储层产能预测模型；预测符合率大于75%；

2）致密油云质岩储层渗流机理研究，建立致密油储层试井解释评价方法；解释出参率大于70%；

3）利用压裂施工参数（压降数据），结合压后排液及试采数据，对直井、水平井压后评价；形成压裂效果评价新方法。

三、现场指导老师

王新河，西部钻探公司试油公司经理，高级工程师，中石油集团公司试油技术专家，从事试油、井下工程技术工作三十余年，目前主持中国石油天然气股份有限公司油气勘探重点工程技术攻关项目《准噶尔盆地复杂岩性低渗储层试油（含储层改造）配套技术研究》工作，多次荣获省部级科技成果奖。

魏少波，西部钻探公司试油公司总工程师，高级工程师，西部钻探工程有限公司油气层测试技术专家，从事试油测试工作二十余年，目前主持集团公司“新疆和吐哈油田油气持续上产勘探开发关键技术研究”专项中底14个课题的研究工作，多次荣获省部级科技成果奖。

四、博士生研究专业

油藏工程专业

项目4：

耐高温聚合物压裂液研究

一、项目概况

天山南北山前构造带高温高压深层油气藏是新疆油田公司、塔里木油田公司勘探开发主要领域，新疆油田勘探主攻准噶尔盆地南缘下组合背斜群，井温154~173℃，“十二·五”末需提交探明天然气储量7.2×108m3，目前已部署实施独山1井、大丰1井。

塔里木库车前陆冲断带油气资源丰富，目前正投入开发的大北-克深区块，井温150~191℃，是国内典型的高温高压深层气藏，酸化压裂可以大幅度提高单井产量，提高深层油气资源开发效益，但目前压裂液还不能完全满足工程施工要求，亟需开发低伤害低摩阻高温压裂液体系。

西部钻探井下作业公司在聚合物压裂液研究与应用方面虽然具备一定的技术基础，但在高温压裂液增稠剂研发方面，技术能力欠缺，为加快高温压裂液体系研究进度，有必要引进博士后，为耐高温人工合成聚合物压裂液体系研究提供技术支持。

二、主要研究内容级考核目标

攻关目标

根据据自由基聚合原理，创建人工合成聚合物稠化剂分子模型，完成分子量测定及结构表征，形成适合耐温200℃压裂液体系人工合成聚合物稠化剂合成方法、生产工艺。

研究内容

1、人工合成聚合物稠化剂分子建模

针对高温压裂液200℃性能要求，创建人工合成聚合物分子模型，并根据聚合原理合成聚合物稠化剂，完成聚合物分子量测定及结构表征。

2、人工合成聚合物稠化剂合成方法研究

根据实验室合成方法与制备流程，在中试厂完成人工合成聚合物稠化剂工业化试制，并加深合成方法研究，适应工业化生产。

3、人工合成聚合物稠化剂性能评价

主要考核指标

1、人工合成聚合物稠化剂适应耐温200℃压裂液体系；

2、与胍胶基液相比，基液摩阻降低20%；

3、基液岩芯伤害率低于20%；

三、指导老师

吴刚，西部钻探井下作业公司经理，教授级高级工程师，2002年毕业于西南石油大学油气田开发专业，并取得博士学位。

秦文革，西部钻探井下作业公司副经理，高级工程师，2000年毕业于西南石油大学石油工程专业，并取得硕士学位。

四、博士后专业方向

高分子材料

项目5：

云质岩致密油体积压裂设计方法研究

一、项目概况

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组湖相云质岩致密油平均孔隙度6%，渗透率0.04mD，试油4井均获油流，吉25井分层压裂，日初产油20.3m3，岩性主要以白云质泥岩、白云质粉砂岩为主，分布稳定，见连续大跨度油气显示，呈现出满凹含油特征。

2012年，吉木萨尔致密油共完钻6口直井、3口水平井。

其中直井实现地质认识，通过单层或者多层大规模压裂，获得工业油流，水平井通过多级压裂，获得高产，但成本较高，无法实现经济有效开发。

致密油体积压裂技术思路虽然来源于北美页岩气开发实践，但由于云质岩致密油储层地质差异较大，需针对致密油储层评价开展体积压裂优化设计研究，降低致密油开发成本，满足致密油有效开发要求。

致密油水平井体积压裂优化设计的关键是致密油储层复杂压裂缝网形成机理及控制方法研究，公司目前缺乏岩石力学专业高端人才，无法完成相关的基础研究工作，需博士后流动站提供技术支持。

二、主要研究内容及考核目标

攻关目标

针对准噶尔盆地二叠系致密云质岩储层特点、岩石脆性及天然裂缝发育程度，开展体积压裂缝网形成机理及控制方法研究，并在此基础上形成以岩石力学和地应力为基础的致密油水平井体积压裂一体化设计技术。

研究内容

1、致密云质岩储层体积压裂实验评价研究

从实验评价入手，分析致密云质岩储层力学性质，针对岩石脆性特征以及储层岩心敏感性等实验评价关键技术，开展致密云质岩储层体积压裂实验评价研究，包括岩石矿物分析、压前测井分析、岩石力学特性分析、岩心物性分析及敏感性分析，并对其体积压裂可压性进行综合评估，为致密油体积压裂缝网扩展机理研究及缝网优化设计、施工控制提供参考。

2、致密云质岩储层体积压裂缝网扩展机理研究

根据致密云质岩储层岩性、物性、力学特性、天然裂缝条件及地应力差异，根据力学假设，采用不同的力学模型，研究体积压裂剪切裂缝形成机制，分析形成缝网的力学条件。

3、致密云质岩储层体积压裂缝网控制方法研究

从压裂液、支撑剂、完井方法、同步压裂及施工参数优化与控制等方面，研究体积压裂缝网控制方式，提出缝网压裂施工方法及有效开发思路。

主要考核指标

1）复杂缝网形成规律与压裂监测结果基本一致；

2）设计改造体积与实际改造体积误差不大于30%。

三、指导老师

荆江录，西部钻探井下作业公司副总工程师兼研究所所长，高级工程师，中国石油大学石油与天然气工程专业毕业，工程硕士。

秦文革，西部钻探井下作业公司副经理，高级工程师，2000年毕业于西南石油大学石油工程专业，并取得硕士学位。

四、博士后专业方向

岩石力学

项目6：

水泥密度测井仪系列化理论研究

一、项目概况

西部钻探测井公司已经于2012年成功研制RCB/RCD固井质量综合评价系统。

用水泥密度测井仪RCD评价环空水泥密度、水泥充填和分布情况。

主要原理：

伽马源向周围发射伽马射线，伽马射线与套管、水泥环等作用后到达接收探头，得到套管壁厚度计数率曲线和水泥密度计数率曲线。

组成:

1个Cs137伽马源（250毫居里），1个套管厚度探头（源距0.21m），6个扇区水泥密度探头（源距0.42m）。

现有的的水泥密度测井仪（RCD）外径为110mm，压力、温度指标为（100MPa、175℃），塔里木油田库车山前的井目的层均采用5″套管（内径115mm）完井，套管下深在6500m-7500m之间，井下压力、温度高（135MPa、170℃）。

RCD无法满足塔里木油田库车山前区块的小井眼水泥密度测井需求。

同时，油田还提出用RCB/RCD固井质量综合评价技术评价技套固井质量的需求。

研究的难点和技术关键是：

水泥密度测井理论模型的建立，高温高压条件下的仪器承压、屏蔽体等结构设计，放射源强度和源距的设计选取。

通过放射源强度、仪器几何尺寸、承压耐温及测量环境影响因素研究，为RCD仪器小型化研制提供理论支持。

二、研究内容和目标

研究内容：

1、水泥密度测井理论模型研究；

2、研究不同尺寸井眼与水泥密度测量的响应关系；

3、研究放射性源强、源距及源窗几何尺寸与水泥密度测量的响应关系；

4、研究仪器外壳材质、壁厚与水泥密度测量的响应关系。

目标：

1、建立水泥密度测井理论模型，校验误差≤10%；

2、建立不同尺寸井眼的水泥密度测量响应模型，形成图版1套；

3、建立放射性源强、源距及源窗几何尺寸的水泥密度测量响应模型，形成图版1套；

4、建立水泥密度仪器外壳材质、壁厚的测量响应模型，形成图版1套；

三、现场指导老师

陈斌：

西部钻探测井公司副经理，教授级高工。

从事测井研究30年，参与和组织多项国家、集团公司课题研究，获得多项省部级和公司级成果。

余刚：

高级工程师，参与多项国家、集团公司课题研究，获得多项省部级和公司级成果。

戴月祥：

高级工程师，参与多项国家、集团公司课题研究，获得多项省部级和公司级成果。

四、博士后研究方向

博士研究专业：

核辐射测井（量）理论研究

项目7：

非常规储层岩石物理（声学）实验及方法研究

一、项目概况

致密砂砾岩、火成岩等非常规储层已成为新疆油田勘探开发的主要接替区,这些储层需要采用非常规勘探开发手段才能获得较好的产能。

在非常规储层领域岩石物理声学特性在其勘探开发地质及工程中发挥重要作用。

近年来，测井公司一直致力于声波测井资料的地质、工程推广应用，非常规储层及水平井的破裂压力、压裂裂缝延伸预测模型需要优化研究。

二、研究内容和目标

研究内容

1、致密砂砾岩破裂压力及裂缝延伸预测模型及实验研究；

2、火山岩储层破裂压力及裂缝延伸预测模型及实验研究；

3、水平井破裂压力及裂缝延伸预测模型研究。

研究目标

破裂压力预测相对误差小于10%；

压裂裂缝延伸符合率大于90%。

三、现场指导老师

现场指导老师简介：

高秋涛：

现为西部钻探测井公司副经理兼测井研究所所长，教授级高级工程师。

1984年7月毕业于江汉石油学院矿场地球物理专业，取得学士学位，2001年在石油大学（北京）获得工程硕士学位。

大学毕业后从事过8年的野外测井资料采集，1992年至今从事测井资料解释、综合评价与应用研究，享受2008年度政府特殊津贴。

2010年聘为西部钻探技术专家，2011年被聘为集团公司技术专家。

近3年负责的重要科研项目有：

《新疆和吐哈油田油气持续上产勘探开发关键技术研究》课题12“复杂储层及特殊井筒条件测井技术研究”；集团重大专项《测井成套装备研制与软件开发-碎屑岩储层测井产能预测技术研究与软件开发》专题《自然产能预测方法优化及应用》等。

四、博士后专业

岩石力学、声波测井