摘要：依据煤层气钻井工况,对旋转控制头动密封结构进行了设计.通过简化密封结构建立分析模型,应用有限元分析软件(ABAQUS)对其接触压力、摩擦扭矩进行了数值模拟研究.在此基础上进行了密封件磨损分析及规律研究,通过磨损试验验证了研究结果的正确性,并将具有该结构的旋转控制头应用于现场,结果表明所设计动密封结构合理,能够有效减少非钻时时间,提高钻井作业效率,满足煤层气欠平衡钻井的需要.

摘要：页岩储层压裂裂缝与天然裂缝相交后,其延伸方向是否改变是决定压裂能否形成复杂缝网的关键因素,转向角增大则有利于与天然裂缝相互连通,最终形成复杂裂缝网络结构。为计算多裂缝扩展时水力裂缝穿过天然裂缝后的转向角,基于线弹性断裂力学理论,建立了考虑远场地应力、裂缝尖端应力集中效应以及多裂缝扩展应力干扰下的页岩储层裂缝与天然裂缝相交后转向角计算模型。通过对比已有单缝模型,发现考虑多缝扩展产生诱导应力时,水力裂缝穿出天然裂缝后的转向角将增大,且裂缝长度、裂缝间距、天然裂缝分布位置、缝内净压力都影响转向角的大小。该模型可用于水平井多段压裂和井工厂压裂裂缝转向角计算,评价缝网压裂可行性、指导缝网压裂设计。

摘要：含有表面活性剂乳液的分离是污染物处理领域面临的难题之一。本研究通过原位发泡改性的方式,成功制备了不同离子型聚丙烯酰胺修饰的聚氨酯(PAM@PU)泡沫。聚丙烯酰胺(PAM)的引入提高了聚氨酯(PU)泡沫的疏水性能,其水接触角(WCA)可达(143±3)°,并且具备优异的耐酸、碱、盐和物理磨损等稳定性。阳离子型和阴离子型PAM的引入使聚氨酯泡沫的压缩应力由7.6 kPa(纯PU)分别增大至25.5 kPa和21.6 kPa,提高了PU的力学性能,有利于其实际应用。值得一提的是,PAM@PU对不同表面活性剂稳定的乳液表现出优异的分离效率:其中,阴离子型聚丙烯酰胺复合聚氨酯泡沫(APAM@PU)对阳离子表面活性剂稳定乳液的分离效率高达92.27%,相比PU提升了22.17%;阳离子型聚丙烯酰胺复合聚氨酯泡沫(CPAM@PU)对阴离子表面活性剂稳定乳液的分离效率为84.15%,相比PU提升了10.92%。本工作为高效破乳材料的设计开发提供了新的思路。

摘要：基于孔隙弹性力学和单结构面强度理论,建立层理性页岩水平井井壁稳定力学分析模型,分析层理面产状（走向、倾角）、井眼轨迹（井眼方位）和层理面强度弱化对水平井井壁稳定的影响。研究结果表明：页岩层理面产状和层理面强度弱化是导致水平井井壁坍塌失稳的主要因素;层理面倾角为0°-30°时,沿着任何方位钻水平井的井壁稳定性都比较差,而层理面倾角为30°-90°时,沿特定方位钻水平井的井壁稳定性却比较好的,这便为井眼钻进方位的优化设计提供重要依据;层理面强度弱化的影响可以比层理面产状的影响更大,不同产状下坍塌压力差异可达0.45 g/cm^3,而层理面强度弱化导致的井壁坍塌压力可增加约0.54 g/cm^3;钻井液在渗透作用下沿层理面侵入地层,导致层理面黏聚力和内摩擦角降低,使井壁岩石更容易沿层理产生滑移,从而加剧井壁坍塌失稳的风险。最后,采用该模型在四川东南部威远构造第一口页岩气水平井W201-H1井进行了验证,井壁坍塌压力分析结果与实际情况吻合良好。

摘要：微小井眼钻进过程中,连续管的直径小、刚度低,采用传统的钻铤施加钻压不能满足钻井需要,为此设计了一种用于88.9mm井眼的微小井眼水力加压器。综合考虑井下马达、水力加压器以下钻柱与井壁的摩擦力、水力加压器运动部件与缸体内壁的摩擦力等因素对井底钻压的影响,建立了水力加压器串联在井下马达上方时井底钻压计算模型,通过对模型的求解可以得到钻井液流量、喷嘴直径与钻压关系曲线,为水力加压器在微小井眼钻进中的应用提供了理论依据。

摘要：深层页岩气主要通过水平井分段多簇密切割压裂进行增产,但由于深层地应力变化较快以及缝间应力的干扰导致水力裂缝长短不一,亟需优化调控。针对深层页岩压裂多簇裂缝起裂时间不同、延伸不均匀的现象,建立了水力裂缝异步起裂延伸模型,同时考虑了各簇射孔位置地应力差异和缝间应力干扰对水力裂缝异步起裂、非均匀延伸的影响。模拟结果表明:采用常规均匀射孔工艺,射孔簇位置地层破裂压力越高,该簇裂缝起裂时间越晚,外侧裂缝延伸更快,裂缝延伸非均匀程度较大;采用非均匀限流射孔工艺,通过合理调整各簇射孔孔眼数量,可使各簇裂缝起裂时间与延伸速度差异明显减小,保证压裂结束时各簇裂缝长度基本一致,实现“抑长促短,均匀延伸”的目的。现场监测各簇进液比例与模型计算结果较为一致,验证了模型的可靠性。研究成果可有效降低目前非均匀限流射孔工艺参数设计的盲目性,对深层页岩气压裂优化设计具有重要的理论价值和指导作用。

摘要：煤层气井排水阶段是产煤粉的关键时期,煤粉运移不但会降低煤层渗透率,而且还会堵塞井筒和损坏设备。基于水动力学原理、扩展DLVO理论和JKR接触理论,开展了单相水流阶段裂缝面黏附煤粉的受力分析,建立了以"压力梯度"为判决条件的煤粉启动力学模型,分析了颗粒尺寸、颗粒类型、裂缝缝宽和离子强度对煤粉启动的影响,并围绕"适度出煤粉"和"阻止煤粉运移"两大思路提出了相应的防控对策。结果表明:煤粉启动压力梯度随着粒径的增加,先减小、后增大;裂缝缝宽越大,煤粉启动压力梯度越小;在不利化学黏附条件下有机质颗粒的启动压力梯度小于黏土矿物微粒,但在有利条件下却大于黏土矿物微粒;有利条件下的煤粉启动压力梯度远大于不利条件下的启动压力梯度。基于"适度出煤粉理论"设计煤层合理压力梯度区间时,应以优先改善最大缝宽裂缝的渗透性为原则,向煤层中注入煤粉稳定剂可提高煤粉-裂缝面间的黏附力,从而有效阻止煤粉运移。

摘要：试验设计多个回路,各个回路的孔隙流体压力不同,每一回路在孔隙流体压力不变,增加和降低围压方式下进行。试验过程中采用稳态法测定不同围压和孔隙流体压力下的岩芯渗透率,并用响应面法对试验结果进行处理分析。结果表明,有效应力系数α随围压和孔隙流体压力的变化而变化。当围压很大时,试验研究得到的有效应力系数很小,这与过去试验研究的结果差别很大。最后用有效应力系数α=1.0和本次试验获取的有效应力系数对低渗砂岩岩样进行应力敏感性评价。用有效应力系数α=1.0评价的结果是储层存在强应力敏感,而用本次试验获取的有效应力系数的评价结果是储层表现为弱应力敏感性。

摘要：碱液不仅能增强黏土矿物的水化能力,而且对黏土矿物和石英等硅质矿物具有侵蚀作用。添加抑制剂或采用油基钻井液虽然可以有效抑制水化作用,但是高pH值钻井液的侵蚀作用仍可继续进行,从而可能导致泥页岩力学强度降低,故推测碱液侵蚀作用可能是导致泥页岩井壁失稳的原因之一。基于此认识,设计并开展了石英、黏土矿物和不同粒级页岩粉末样品的碱液侵蚀实验,结合扫描电镜(SEM)观察和岩石力学性质测试,探讨了碱液侵蚀对泥页岩结构和力学强度的影响。研究表明,在微米尺度范围内,当石英与黏土矿物粒径相当时,矿物碱液侵蚀序列为:蒙脱石>石英>高岭石>伊利石>绿泥石;泥页岩碱液侵蚀率受矿物组成和粒度控制,通常由黏土矿物主导;碱液侵蚀后,泥页岩产生大量侵蚀孔,结构变疏松,岩石抗压强度大幅下降。泥页岩碱液侵蚀作用,不仅在油基钻井液钻进时存在,而且在水基钻井液钻进中更加明显。因此,弱化并有效控制碱液侵蚀作用的程度及范围是控制泥页岩井壁失稳的重要方式之一。

摘要：为了解决常规水力压裂普遍存在的砂堵、残渣伤害、设备磨损、裂缝远端难以得到有效支撑等问题,提出了一种自支撑相变压裂技术,即:向储层注入由相变流体和非相变流体组成的相变压裂液体系,在地层温度的刺激下,相变流体发生相变,由液体变为固体的相变支撑剂颗粒从而支撑水力裂缝,而非相变流体占据的空间在其返排后则成为油气高速流动的通道;在此基础上,进行了材料性能评价、工艺参数优化和现场应用。研究结果表明:①在30℃下,相变压裂液体系是一种无固相的液体,流动性好,随着温度的升高,逐渐生成相变支撑剂颗粒;②相变流体相变时间可调,能够适合不同温度的储层;③在不同配方、不同剪切速度条件下,相变压裂液体系能够形成粒径介于0.1~5.0 mm的相变支撑剂;④裂缝导流能力与粒径大小呈正比,导流能力优于石英砂和陶粒。现场应用效果表明,缝长及导流能力优化、注液排量设计、温度场模拟计算等配套手段进一步完善了自支撑相变压裂技术体系,能够有效地指导自支撑相变压裂现场实施。结论认为,现场应用的成功,验证了该项技术的可行性,可以为储层改造提供一种新的压裂技术。