摘要：中国拥有储量巨大的非常规油气资源,近年来各油气田纷纷建立了难动用油气资源的开发试验区,以“井工厂”大型化设计、定向钻井“一趟钻”作业、井下电加热开采及煤层气高效开发为代表的高新技术不断得以深化研究和广泛应用,极大地促进了非常规油气资源的经济高效开发。为了给非常规油气资源的高效开发提供油气井工程方面的技术支持,在简要综述国内外相关研究进展的基础上,重点介绍了中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室的相关创新研究成果:①页岩气“井工厂”大型化设计方面,给出了定向钻井延伸极限设计模型和防碰绕障设计方法;②阐述了定向钻井“一趟钻”作业关键技术研究进展,包括高效PDC钻头、导向钻具组合、钻井参数优化及新型钻井液等方面的技术进展;③论述了井下电加热系统与原位转化开采技术发展概况,重点介绍了井下射频加热技术及其模拟实验系统的研究成果;④简要论述了煤层气开发利用的重大意义与技术挑战,重点介绍了我国在复杂储层煤层气高效开发方面取得的一项代表性成果,包括地质评价、磁导向钻井、水平井双管柱完井洗井及低压低渗煤层气储层氮气前置与活性水复合压裂等技术创新内容。结论认为,通过综述上述研究进展,可以为非常规油气井工程设计控制提供有益的参考。

摘要：以水平井为基本特征的复杂结构井,包括大位移水平井、多分支水平井、"U"形井及丛式水平井等,是实现低渗透、非常规、深水、深层等复杂油气藏高效开发的先进井型,相关研究与实践在国内外已取得重大进展,有望在页岩油气高效开发中发挥重要的作用。在中国山区页岩气开发过程中,为了满足安全环保、节约用地、降本增效等基本要求,迫切需要加快创建独具特色的页岩气高效开发模式,为此提出了基于大型丛式水平井工程的山区页岩气高效开发模式及其工程技术支撑体系,建立了单个钻井平台"井工厂"可允许布置水平井的最大布井数量计算公式,阐明了大型丛式水平井工程"降本增效"的设计控制理念与关键技术内容;重点分析了大位移井技术的研究发展概况,阐明了大位移井及其钻井延伸极限的基本概念,给出了水平井大位移钻井裸眼延伸极限的预测计算方法,最后简要介绍了大位移井管柱力学与机械延伸极限研究所取得的相关成果及其工程意义。结论认为,该项研究成果遵循了油气田"地质与工程一体化"的高效开发思路,在今后山区页岩气开发工程中具有可预见的良好推广应用前景,将有助于推进中国"页岩革命"(Shale Revolution)取得新的进展。

摘要：中国南海的石油天然气资源十分丰富,但其大多数都埋藏于深水区,油气勘探开发工作面临着许多难题和挑战。历经多年的探索与实践,我国海洋油气钻探工程已经实现了从浅水(水深300 m以内)到超深水(水深超过1500 m)的跨越,并在南海发现了丰富的天然气与海域天然气水合物(以下简称水合物)资源,亟待进行安全高效开发,因而对相应的天然气及其水合物高效开发模式与技术支撑体系提出了迫切的需求。为此,针对深海天然气及其水合物安全高效开发的重大课题,提出了适用于常规天然气的“水平井或复杂结构井浮式钻完井+水下钻采系统+浮式生产、集输与浮式液化天然气生产储卸装置(FLNG)处理系统+船运外输”的开发模式及其技术支撑体系,以及适用于非常规天然气——海域天然气水合物的“水平井或复杂结构井浮式钻完井+水合物原位分解开采+水下或浮式生产与集输处理系统+管道或船运外输”的开发模式及其技术支撑体系;论述了大位移井、“U”形井等先进井型的开发模式及其适用的海洋地质环境,并给出了“U”形井的连通控制模型;此外,还介绍了与深水钻井力学和设计控制技术相关的研究进展。结论认为,建立先进适用的工程模式及其技术支撑体系,寻求实现“地质-工程-市场”一体化的解决方案,同时加强相关的信息化与智能化建设,是深海天然气及其水合物安全高效开发的关键之所在。

摘要：在页岩气开发工程中遭遇了井筒完整性问题,主要包括页岩气井水泥环密封失效引起的环空带压问题和页岩气井压裂过程中的套管变形问题。基于目前已有的相关研究成果,总结分析了页岩气井井筒完整性失效问题的相关研究进展情况。随着国内外学者对页岩气井压裂过程中套管变形研究的逐渐深入,认为页岩气井套管变形的主要影响因素包括压裂过程中的温度应力、储层非对称压裂、固井质量差及断层或裂缝滑动等。其中,压裂过程中断层或裂缝滑动造成的页岩气井套管剪切变形机理已经受到越来越多的研究人员关注,并提出可以通过提高套管强度和固井质量、避开断层或裂缝滑动区域来有效降低套管变形的技术对策。页岩气井水泥环密封失效主要由套管内压变化和套管偏心引起的水泥环屈服破坏、界面裂缝引起的窜流等问题造成的,通过采用膨胀水泥、柔性水泥及环空预应力等技术措施可有效减小水泥环密封失效的风险。通过优化设计页岩气井的特殊水泥浆体系,对于有效提高页岩气井水泥环密封完整性具有重要意义。考虑到水泥浆固井密封能力的局限性,还可以附加考虑在井眼环空局部采用机械密封方法达到密封完整性要求。关于页岩气井井筒完整性的研究结果,对于通过体积压裂完井的其它非常规油气井工程相关设计控制也具有重要的参考意义。

摘要：深水钻井是深水条件下海洋油气工程关键环节之一。与近海浅水钻井不同,深水钻井必须面对更为复杂的海洋深水环境和作业条件,面临"下海、入地"的双重挑战,需要使用浮式钻井作业平台,采用特殊的深水管具系统(包括深水导管、送入管柱、钻井隔水管、套管柱等)、水下智能控制系统等,建立安全稳定的水下井口与钻井系统,具有高科技、高投入及高风险等基本特征。深水钻井管具是实施深水钻井工程不可或缺的基本工具,深水钻井管具系统在服役过程中受到海洋深水环境载荷和作业载荷的作用,表现出复杂的力学行为。通过主要介绍深水送入管柱、深水导管、深水钻井隔水管及深水水下井口等方面的研究进展,对深水钻井管具力学研究与工程实践具有参考价值。

摘要：螺线管随钻测距导向系统是一种邻井距离随钻探测的前沿技术,可用于精细控制蒸汽辅助重力泄油(SAGD)双水平井的井眼轨迹。螺线管随钻测距导向系统主要包括螺线管短节、传感器组和地面测距计算软件。把通电螺线管短节看作磁偶极子,得到了通电螺线管短节远场磁场分布规律;分别给出了两口水平井平行、会聚/发散和异面时的测距导向算法,这些算法不仅可以用来计算SAGD双水平井的间距和相对方位,而且可以用来确定这两口水平井会聚/发散及异面的程度。对螺线管随钻测距导向系统的测距导向算法进行的算例验证和分析表明,螺线管随钻测距导向系统测距导向算法的计算精度可以满足实际工程的需求,具有直接探测邻井距离的技术优势,避免了累积误差的产生,可以用来引导SAGD双水平井的钻进。

摘要：针对油气井套管挤毁的研究多局限于强度分析,忽视了套管侧向稳定性问题。除小直径或特厚壁的套管外,常用套管的失效形式应属于失稳损坏。基于外压作用下套管侧向屈曲机制,分别采用API标准和圆筒屈曲分析的方法,计算套管侧向屈曲的临界压力。另外,对减小套管计算长度的井下加强工具进行探讨和设计。结果表明:套管纵向长度对侧向屈曲的临界压力具有重要影响;若把套管的计算长度减小到某一范围,可有效地提高套管的抗失稳能力。结果为提高套管抗失稳能力提供了一种新途径,可作为完井后高挤毁风险套管的加强补救措施。

摘要：深水钻井隔水管紧急解脱后的反冲响应是隔水管系统设计分析的重要内容之一。基于多自由度质量—弹簧—阻尼系统,建立了深水钻井隔水管紧急解脱后反冲响应分析的力学模型和控制方程,采用子空间迭代法求解了系统振动的固有频率和主振型,获得了隔水管底部组合(LMRP)紧急解脱后的振动响应曲线,并讨论了张紧器活塞运动振幅及运动频率、解脱初相角、水深和隔水管壁厚对LMRP振动响应时程曲线的影响。结果表明:随着作业水深和张紧器运动幅值的增加,LMRP与水下防喷器发生碰撞的可能性增大;解脱初相角对隔水管反冲响应具有较大影响;顶部张紧器活塞存在某一运动频率最不利于深水钻井隔水管的紧急解脱;壁厚对隔水管反冲特性的影响不大。

摘要：针对水平井尾管导向钻井技术存在的钻机旋转系统负载大、地面扭矩传动效率低、使用与维护成本高等问题,提出了水平井双管柱尾管差速旋转钻进新方法,揭示了相应的技术原理,设计了双管柱差速旋转传动、复合旋转导向及悬挂器等井下专用工具,优化了相关工艺流程;提出了导向钻具组合工具面控制方法,建立了水平井双管柱尾管差速旋转钻进延伸极限计算模型。结果表明:水平井双管柱尾管差速旋转钻进技术配备常规随钻测量仪器和螺杆钻具,通过调节钻柱转速可以控制导向钻具组合的工具面,实现了水平井双管柱尾管差速旋转导向钻进;基于鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气水平井工程案例计算水平井双管柱钻进延伸极限,与常规尾管钻井方式相比,采用双管柱尾管差速旋转钻进方式显著增大了水平井延伸极限,为水平井尾管完井与钻井一体化设计控制提供了参考。

摘要：在石油钻探过程中,地层压力预测对钻井液密度的选择和合理井身结构设计起着非常重要的作用,也是钻井安全技术中的一个重要问题。传统的地层压力预测是通过对钻前的地震资料进行处理而获得预测结果,而在钻井过程中,则是利用随钻录井数据来监视正钻地层的地层压力变化。由于钻前地震预测的地层压力精度一般较低,因此,预测钻头下部未钻开地层的孔隙压力,只靠钻前的地震预测,其精度不能满足钻井施工的需要。文章基于灰色理论,提出了钻头下部未钻开地层的孔隙压力预测新方法,建立了地层孔隙压力随钻预测灰色模型。该模型根据上部已钻井段的随钻监测结果,对钻头下部未钻开地层的孔隙压力进行随钻预测。应用大量的随钻录井数据对上述模型进行了验证,并成功应用于某油田几口探井。应用结果表明:该模型是合理的,其预测精度较高,能够满足现场施工的安全和技术要求,是一种值得推广的地层孔隙压力随钻预测方法。