序言

2021, 43(4): 0-0.

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三轴加载过程中大理岩力学及声波响应特征研究

孟英峰, 杨风强, 李诚, 尹瀚翔, 刘厚彬

2021, 43(4): 1-10. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.04.29.04

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深部地层岩石所处力学环境异常复杂，高应力下岩石力学性能、破坏规律及声波响应特征研究可为深井关键参数科学化设计提供依据。对大理岩开展了不同围压条件下的三轴力学实验，分析了不同围压条件下加载过程中大理岩的应力-应变、声波特征，探讨了强度准则适用性和岩石应力-应变与动态声学响应机制。研究表明，力学加载过程中，岩样波速变化分为“迅速增加-匀速增加-阶梯下降”和“迅速增加-匀速增加-保持稳定-阶梯下降-减速下降”两种类型，在岩样破坏之前，岩样的波速和振幅均有不同程度的减小；随着围压的增加，大理岩抗压强度和弹性模量均增加，岩样破坏形式由劈裂式向剪切式过渡。围压对大理岩次生裂纹的产生有抑制作用，直线型Morh-Coulomb准则和单参数Bieniawski强度准则分别适用于低围压和高围压条件下大理岩的强度特征描述。研究为深井岩石破裂的预测以及强度准则的建立提供了重要理论依据。

川南深层各向异性页岩井壁失稳力学机理

李郑涛, 张震, 吴鹏程, 马天寿, 付建红

2021, 43(4): 11-25. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.04.28.05

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川南页岩埋藏深、岩性复杂、质地硬脆、层理发育、地应力复杂，水平井钻井井壁失稳事故时常发生，严重阻碍了深层页岩气高效开发进程。为此，以川南深层龙马溪页岩为对象，实验测定了页岩各向异性弹性和强度参数，通过成像测井分析了层理产状，通过室内实验和测井资料确定了地应力大小和方位，建立了各向异性页岩井壁坍塌压力模型，分析了不同地层条件的坍塌压力，并以川南深层页岩气井为例进行了验证。结果表明，页岩基质黏聚力和内摩擦角为13.00 MPa、39.50°，层理黏聚力和内摩擦角为11.10 MPa、28.50°，层理倾角5°～15°、倾向NE110°～NE120°；水平最大主应力114.69～117.23 MPa、水平最小主应力93.79～94.57 MPa、垂向地应力108.42～112.81 MPa；综合考虑弹性和强度各向异性计算的坍塌压力最高，强度各向异性的影响明显大于弹性各向异性；沿水平最大主应力钻进的水平井稳定性最好，其次为直井和小角度定向井，沿水平最小主应力方向钻进水平井时稳定性最差； L20X井实钻情况与预测结果基本一致，证实了模型的准确性。

库车北部构造侏罗系煤层井壁稳定对策研究

李宁, 郑何光, 卢俊安, 邵长春, 何世明

2021, 43(4): 26-34. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.04.29.02

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为解决塔里木盆地库车北部构造带侏罗系煤系地层井段井壁稳定问题，采用X射线衍射、扫描电镜等方法对煤岩理化性能和微观结构进行分析，明确了煤系地层井壁失稳机理；建立考虑多割理面影响的煤层井段坍塌压力模型，评价了煤系地层地质力学参数和井壁稳定性，并优化了煤系层段井眼轨迹；根据煤岩微观结构特征，开展了钻井液封堵材料优选，形成煤层段水平井井壁稳定对策。结果表明，煤系地层主要为力学失稳，推荐煤层沿最大主应力方位、井斜45°～80°钻井，钻井液密度1.70～1.74 g/cm³，钻井液封堵复配体系为3%磺化沥青+3%乳化沥青+3%超细钙；应用发现煤系层段定向钻井无复杂事故，煤层斜井段井壁稳定防治效果好。研究成果对塔里木盆地库车北部构造带侏罗系油气安全高效开发具有重要指导作用。

环空注气气举反循环钻井工艺及关键参数设计

李黔, 张小林, 李郑涛, 李娟, 代锋

2021, 43(4): 35-43. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.04.29.01

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利用气举反循环钻井技术解决长宁页岩气表层钻井漏失问题，需要解决常规气举反循环钻井技术井口敞开、井底压力控制不精确等问题。为此，在常规气举反循环钻井技术的基础上，设计了一种环空注气气举反循环钻井新工艺，新工艺加装旋转防喷器、钻杆旋塞等工具，具备井控能力。通过调节注气量、钻井液排量等关键施工参数，控制井底压力，减少钻井漏失。在多相流理论基础上，建立了与新工艺匹配的环空注气气举反循环井底压力计算模型，分析了关键施工参数对井底压力的影响规律，建立了关键参数设计方法，在安全窗口范围内优选关键施工参数，保证安全钻井。结果表明：井底压力随注气量的增大先减小、后增大，存在临界注气量；井底压力随井深增大而增大；井底压力随钻井液排量增大而增大。在长宁某井表层进行了现场试验，与同井段井漏地层相比，较常规钻井工艺技术井漏减少83.6%。研究成果为解决四川长宁页岩气表层井漏问题提供了一种新的技术措施。

气体连续循环钻井技术在博孜区块砾石层的应用

李露春, 练章华, 蒲克勇, 颜海

2021, 43(4): 44-50. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2020.08.03.01

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博孜区块上部地层发育着近5 000 m厚的砾石层，砾石层硬度大、可钻性差，导致了上部大尺寸井眼常规钻井机械钻速低、钻井周期长，近年来尝试了多种提速工具、工艺技术，效果都不理想。为此，进行了气体连续循环钻井技术研究，设计了气体连续循环钻井技术方案，制定了井斜控制、沉砂清理等工艺技术措施，形成了适合巨厚砾石层地质特征的气体连续循环钻井工艺技术，并开展了6口井、9井次现场应用，显著提高了机械钻速，缩短了钻井周期，较大节省了钻井成本。气体连续循环钻井技术克服了沉砂30 m以上无法接立柱的困难，有效延长了微出水地层气体钻井进尺，将最大井斜控制在5°的安全范围内，未影响后期技术套管下入及完井改造工艺实施。气体连续循环钻井技术正在成为博孜区块巨厚砾石层钻井提速提效的一项关键技术，它为博孜-大北区块万亿方产能建设目标提供了有力的技术支撑。

准噶尔南缘深井机械比能分析与钻井参数优化

路宗羽, 徐生江, 蒋振新, 田龙, 钟尹明

2021, 43(4): 51-61. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.04.29.11

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准噶尔盆地南缘深部地层具有埋藏深、岩石抗压强度高、可钻性差等特点，导致复杂情况多、钻井周期长，单井平均钻井周期335 d，深部地层平均机械钻速在2 m/h以下，提高机械钻速是南缘深部地层钻井的迫切需求和巨大挑战。针对南缘深部地层复杂条件，建立井口载荷与钻头载荷之间的关系，分析螺杆钻具输出特性，推导复合钻井机械比能模型。以HT1井五开ϕ190.5 mm井段实钻数据为基础，针对不同地层分析南缘深部地层机械比能与机械钻速之间的关系，优选钻井方式，确定合理的钻井参数范围。机械比能分析表明，连木沁组对转速不敏感，推荐采用常规钻井方式并适当增加钻压；胜金口组和呼图壁河组推荐采用复合钻井，适当提高钻压；清水河组和喀拉扎组扭冲提速效果不明显，建议尝试新型提速工具，考虑尝试高钻压、适当转速的参数组合。研究结果可为后续南缘深部地层提高钻速提供参考。

四川盆地双鱼石区块深井钻井井斜规律研究

米光勇, 袁和义, 王强, 缪遥, 董广建

2021, 43(4): 62-70. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.05.05.01

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针对双鱼石区块井斜控制问题，考虑钻头与地层互作用、地层倾角、井斜角、地层各向异性指数、地层自然造斜力、钻头侧向力，综合建立了钻头侧向力模型，根据不同影响因素探讨了井斜变化规律，通过实钻资料验证了模型的正确性。结果表明，与常规钻井方式相比，空气钻井条件下地层自然造斜力增加，且增加幅度较大。随着地层倾角增加，地层自然造斜力增加。随着井斜角的增大，钻头综合侧向力减小，在空气钻井中和常规泥浆钻井中，钻头综合侧向力均存在零值平衡点。随着地层各向异性指数的增加，地层自然造斜能力增大导致井斜角增大。结合理论研究，通过钻具组合优化、钻井参数优选提出井斜控制措施，将该区块深层易斜地层井斜角降低至0.50°～1.15°，机械钻速提高了40%～85%。研究结果可为超深层井斜规律的研究和高效控制提供重要的参考和指导。

考虑扭矩影响的弯曲井眼内钻柱屈曲特性分析

庞东晓, 卢齐, 邓虎, 彭炽, 付建红

2021, 43(4): 71-80. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.06.03.03

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分析了弯曲井眼内钻柱屈曲特性，推导了考虑扭矩影响下的弯曲井眼内钻柱屈曲微分方程和屈曲临界载荷计算模型。针对ϕ215.9 mm井眼内的ϕ127.0 mm钻杆，建立了增斜和降斜井段钻柱的有限元模型，对比分析了考虑和不考虑扭矩影响时的钻柱屈曲特性。结果表明，钻柱正弦屈曲构型与扭矩无关，而只与钻柱所受轴向载荷有关，扭矩对螺旋屈曲构型影响较大。数值模拟得到的弯曲井段不同造斜率下的钻柱屈曲临界载荷与解析解的相对误差在15%以内，证明了数值模拟的可靠性。弯曲井眼内施加扭矩后，螺旋角位移增大，正弦和螺旋屈曲临界载荷降低。钻柱正弦屈曲形态变化较小，扭矩对螺旋屈曲变形的影响更大。增斜井段钻柱从顶部开始发生正弦和螺旋屈曲，钻柱底部保持平衡状态；在降斜井段，不考虑扭矩时，初始正弦和螺旋屈曲均首先出现在钻柱下部，考虑扭矩影响时，降斜段初始正弦屈曲出现在钻柱上部，初始螺旋屈曲同时出现在钻柱上部和下部。相对于增斜段，降斜段钻柱屈曲临界轴向载荷非常小，说明增斜井段发生屈曲的可能性相对较小，降斜井段则很容易发生屈曲。结果有望为水平井、大位移井弯曲井眼内钻柱设计、屈曲控制与强度校核提供参考。

无机盐作用下伊利石水化特性的分子模拟

刘梅全, 蒲晓林, 张谦, 苏俊霖

2021, 43(4): 81-89. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.04.29.15

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伊蒙混层水化导致井壁失稳的现象相当突出，蒙脱石的水化研究较多。为研究伊利石在无机盐作用下的水化机理及膨胀特性，通过分子模拟技术建立了1M-tv和1M-cv两种在油气储层中较常见的伊利石晶体模型，并进一步通过分子动力学方法研究了伊利石层间粒子的微观分布和进入层间的无机盐阳离子的水化参数。结果表明，伊利石层间距随吸附水分子数的增大而增大，当水分子数为20时达到饱和状态； 1M-tv构型比1M-cv构型更容易发生水化膨胀； K⁺和Ca²⁺分别是一价阳离子和二价阳离子中水化数和水化半径最小的，且K⁺可以嵌入四面体片层的硅氧六元环中而难以发生离子交换，可有效阻止水分子进入伊利石晶体结构内部；实验结果很好地验证了KCl和CaCl₂对伊利石水化膨胀的抑制性。该结果对于页岩的防塌机理研究和钻井液水化抑制剂的研究具有一定的理论指导意义。

温敏清洗剂原位乳化清洗油基钻井液室内研究

任妍君, 李淼, 蒋其辉, 石静康, 易多

2021, 43(4): 90-98. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.04.29.14

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对井筒中残留油基钻井液的高效清除，是实现优质固井、保证井筒完整性的关键。为适应耐温耐盐清洗要求，采用温控乳液转相效应与浊点效应相协同原理，将清洗液直接接触井内油污，原位生成微/纳米乳液以高效清除油污。通过模拟井下温变规律以及浊点、电导率测试，确定了清洗剂配方及其温敏特性，即脂肪醇聚氧乙烯醚与异构羰基聚氧乙烯醚以3： 2复配，在75℃附近从水溶液中开始析出并富集在油污表面，促进油污脱落；油污与清洗液充分混溶，混合液在降温过程中通过形成微/纳米乳液从而促进油污增溶。通过清洗率、润湿角、胶结强度测试，评价了清洗液浓度、温度、盐度及时间对清洗效果的影响，结果表明，50～90℃及含20%钙盐条件下，10 min内5%清洗剂能够高效地清除壁面附着的油基钻井液，清洗效率高达99%以上；除污后壁面可由油润湿状态恢复为水润湿状态，固井胶结强度显著提高。

超支化聚合物HP-NH₂的合成及防塌机理研究

魏云锦, 黄学刚, 邹源红, 徐伟宁, 谢刚

2021, 43(4): 99-108. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.04.30.01

摘要 ( 177 )

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井壁稳定是当前水基钻井液钻深层页岩气的技术难点。以二乙烯三胺和N，N-亚甲基双丙烯酰胺为原料，通过迈克尔加成反应合成了超支化聚合物HP-NH₂。采用红外光谱法、液相色谱-质谱联用法、凝胶色谱法、粒度分析法和热失重分析法表征了HP-NH₂的结构和特征。研究发现，HP-NH₂的数均分子量为3 371 g/mol，多分散指数为2.7，分子量分布较宽，粒径280～1 900 nm，抗温能力达到280℃。通过线性膨胀实验、回收率实验、泥饼分散实验和“人造泥饼”法分析了HP-NH₂作为防塌剂的防塌性能。研究表明，随着HP-NH₂浓度的增加，膨润土的线性膨胀率逐渐降低（最低为19.11%），岩屑的滚动回收率逐渐升高（最高为75.18%），人造泥饼的渗透率逐渐下降。小分子HP NH₂能够插入蒙脱石的晶层间，交换出层间易水化的阳离子，拉紧基底间距，抑制蒙脱石的水化分散；大分子HP-NH₂能有效封堵泥饼的微纳米孔缝，起到一剂多用的功效。因此，HP-NH₂可作为一种潜在的一剂多用防塌剂应用于水基钻井液体系。

深井超深井裂缝性地层致密承压封堵实验研究

王强, 袁和义, 刘阳, 米光勇, 罗乐

2021, 43(4): 109-117. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.05.06.01

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深井超深井裂缝性地层钻井过程中极易发生钻井液漏失，桥接堵漏材料形成的裂缝封堵层在高温、高压、高地应力等复杂环境下失稳破坏加剧，导致堵漏成功率和裂缝封堵效果难达预期。基于多级多粒桥接堵漏的思路，以川西地区双鱼石区块超深井钻井常用的WNDK-1型架桥材料和耐高温橡胶颗粒为研究对象，系统开展了高温老化环境下堵漏材料性能评价与裂缝封堵模拟实验。实验结果表明，在150℃钻井液中老化24 h后，WNDK-1型刚性材料的粒度分布未产生明显变化，摩擦系数最高降低1.89%，抗压强度降低1.15%；橡胶颗粒的粒度分布D₉₀值增加3.55%，摩擦系数增加1.59%，抗压强度保持不变；将刚性材料、弹性材料和纤维材料以适当浓度与钻井液复配并进行裂缝封堵，形成的封堵层承压能力普遍高于13 MPa，且封堵层具有低孔低渗特征；观察封堵失稳后裂缝内封堵层结构形态可知，高温老化环境下多级多粒桥接堵漏形成的封堵层主要发生摩擦/复合失稳和剪切错位失稳。

深井含硫工况C110套管环境开裂及表面防护技术

邓虎, 李玉飞, 张智, 卢齐, 侯铎

2021, 43(4): 118-128. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.04.28.06

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深井地质复杂、井眼轨迹变化大且面临高温高压含硫等苛刻工况，套管面临磨损、腐蚀损伤、断裂失效等各类风险，针对套管C110服役于含硫腐蚀环境且承受高水平拉应力时频繁发生环境敏感断裂的问题，采用慢应变速率拉伸实验（SSRT）法，研究了表面电镀Ni-W合金的套管C110在某气田模拟地层水中的环境开裂行为，分析研究表面电镀Ni-W合金对套管C110抵抗环境敏感开裂的防护效果。结果表明，套管C110在该模拟地层水中环境开裂敏感性较高，即使腐蚀速率较低仍存在环境开裂风险，且在慢应变速率拉应力作用下呈现典型脆性断裂特征；表面电镀Ni-W合金后套管C110的抗拉强度和屈服强度分别提高2.3%和6.3%；当表面电镀Ni-W合金并经过热处理后，套管C110在模拟地层水中的抗拉强度、屈服强度、断后延伸率和应变能均明显提高、环境开裂敏感性降低，断裂方式转变为韧-脆混合型断裂，说明在套管C110表面电镀Ni-W合金并进行热处理的方式，能够有效抑制套管C110发生腐蚀、开裂及破坏的风险，显著提升其抵抗环境开裂的能力及其在深井复杂含硫工况中的适用性。

复合管焊接接头整管段应力腐蚀试验方法研究

曾德智, 李祚龙, 李发根, 吴泽, 闫静

2021, 43(4): 129-137. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.04.30.09

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西南某高酸性气田拟采用双金属复合管作为内腐蚀控制手段，为了评估复合管焊接接头的耐腐蚀性能，根据其结构特点，建立整管段试件有限元力学模型，并通过加载应力应变测试试验验证了有限元模型的准确性，确定出焊缝合理的应力槽形式和试验总压。采用自主研制的双金属复合管整管段的腐蚀评价装置和方法，开展了X52/825冶金复合管焊接接头在苛刻应力状态和腐蚀工况下的耐蚀性能评价，结果表明，X52/825冶金复合管焊接接头在模拟工况下，经720 h腐蚀实验后，均未出现破裂或刺漏，100%射线探伤检验结果显示X52/825冶金复合管焊接接头无开裂性裂纹，具有良好的耐蚀性能。研究结果为酸性气田复合管的性能评估和安全使用提供了技术借鉴。

碳酰胺复合驱吞吐井缓蚀剂优选评价

赵海燕, 易勇刚, 于会永, 刘振东, 曾德智

2021, 43(4): 138-146. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.04.29.06

摘要 ( 160 )

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某西部油田碳酰胺复合驱吞吐井井筒温度最高可达260℃，CO₂分压预计为0.4 MPa，井筒管柱面临较高的腐蚀风险。为了解决井筒腐蚀问题，根据碳酰胺复合驱吞吐井井筒服役工况的特点，提出了一套适用于碳酰胺复合驱吞吐井的缓蚀剂优选评价技术流程。首先，对预选的缓蚀剂进行配伍性评价，然后，进行热滚耐温测试和电化学测试，优选出耐温性能和缓蚀性能良好的缓蚀剂，再采用高温高压釜模拟现场腐蚀工况对缓蚀剂防护效果进行评价；最后，结合碳酰胺复合驱吞吐井注-焖-采的工艺特点和不同阶段的腐蚀环境，确定了焖井降温阶段为缓蚀剂的最佳注入时机。研究结果表明，在温度180℃、CO₂分压0.4 MPa条件下，优选出的缓蚀剂XCN2-21可将N80管材的腐蚀速率降低至0.044 1 mm/a，满足油田腐蚀控制要求。

冀东油田深层油藏注氮气井管柱及井口装置设计

黄晓蒙, 王磊, 许晶晶, 路海伟, 邢丽洁

2021, 43(4): 147-156. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.04.29.09

摘要 ( 188 )

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冀东油田高5区块具有油藏压力高、注气井斜度大、管柱下入深等特点。根据该区块目前的注气井井身结构、地面设施状况和注气增效要求，设计了笼统注气的管柱结构方案。利用冲蚀模型优选油管尺寸，并按照不同工况条件开展高温高压动态腐蚀模拟实验，探究注氮气井的井筒腐蚀机理，确定各因素对腐蚀速率的影响。最后对管柱的剩余强度和服役寿命进行评价。结果表明，选用ϕ73 mm、13Cr油管作为笼统注气管柱能够应对注氮气产生的冲蚀、氧腐蚀等影响，并有着良好的服役寿命。配备地面安全阀等安全装置，可以大大降低高压注气井存在的安全风险。该设计方案能够满足冀东油田深层氮气驱的生产需要，具有广泛的应用前景。

基于多材质复合管柱的裸眼井壁支撑工艺及应用

黄亮, 邓宽海, 王森, 付豪, 林元华

2021, 43(4): 157-166. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.04.30.05

摘要 ( 163 )

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已完钻超深裸眼水平井侧钻技术是经济、高效开发油藏剩余油的主要手段之一，传统的磨铣钢套管开窗侧钻技术存在下入摩阻大、磨铣耗时长导致开窗失败等问题。为此，提出了基于多材质复合管柱的超深水平井裸眼井壁支撑工艺，结合中国西北油田已完钻超深裸眼水平井井况，首先，提出了基于“铝合金+碳钢”的多材质复合管柱组合及设计方法；其次，开展了基于管柱实物屈曲实验数据的管柱临界屈曲载荷计算模型适用性评价，并优选出了适合于“铝合金+碳钢”多材质复合管柱的屈曲临界载荷计算模型；最后，研究了综合考虑管柱扭矩、摩阻、刚性、井眼条件、管柱强度及材质的多材质复合管柱下入性分析方法，并利用下入性分析软件对西北油田顺北X1井、X2井、X3井、X4井复合管柱进行了下入可行性评价。该方法在X1井和X2井得到成功应用，进一步论证了该工艺现场应用的可行性。研究成果可为超深水平井裸眼井壁支撑的复合管柱设计和下入可行性评价提供理论参考。

水平井大规模压裂固井水泥石性能设计方法

尹虎, 赵修文, 李黔, 钟守明, 李维轩

2021, 43(4): 167-174. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.04.28.09

摘要 ( 201 )

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水平井大规模压裂对固井水泥石性能提出了更高的要求，不仅要求水泥石有一定的抗压强度，还需要具备一定变形能力。目前普遍采用的标准已不能满足水平井大规模压裂对水泥环密封性的要求。基于压裂工况条件下水泥环受力分析模型，综合考虑水泥环拉伸破坏和界面剥离破坏两种失效形式，提出了一种能满足大规模压裂密封要求的固井水泥石性能设计方法，建立了包含弹性模量、泊松比以及抗拉强度（或屈服强度）的固井水泥石性能指标控制图版，量化了水泥石的杨氏模量、泊松比、抗拉强度（或屈服强度）之间的关系。根据该指标控制图版进行水泥石性能设计，可以有效减少水泥环破坏的风险。建立了玛湖油田大规模压裂水平井固井指标控制图版，并根据该控制图版优选了弹韧性水泥浆体系，该体系现场应用10余口井，顺利完成了井口压力增量90 MPa的储层压裂改造，效果良好，达到了预期产量。

深水井精细控压下套管研究

童传新, 张海荣, 徐璧华, 赵琥, 崔策

2021, 43(4): 175-182. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.04.28.07

摘要 ( 123 )

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深水窄压力窗口地层给下套管带来了巨大挑战，下套管时产生的波动压力将导致井筒压力超过压力窗口上限而出现井漏，大大增加了作业时间，采用传统方法下套管时为了防止波动压力过大而超过安全压力窗口只能降低下套管速度，这样虽然在一定程度上减小漏失风险但增大了作业成本，且这种方式不一定有效。因此，针对深水窄安全压力窗口地层下套管漏失风险问题，基于动态波动压力建立了深水窄安全压力窗口井筒压力控制模型；并在此基础上提出深水精细控压下套管方法。利用建立的模型分析井筒压力影响因素发现，井筒压力随着套管下入深度、最大下入速度、钻井液密度以及钻井液的屈服值、黏度的增大而增大。计算表明，深水精细控压下套管不但降低了漏失风险，还缩短了作业时间，降低了作业成本。

基于拉伸胶结强度的水泥环一界面完整性评价

杨远光, 方仲旗, 袁彬, 谢应权, 颜爽

2021, 43(4): 183-190. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.04.29.13

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油气井工作液密度降低或油气开采必将导致井筒内压降低，使水泥环一界面受到拉伸作用，造成水泥环与套管发生剥离，从而产生微环隙。过去由于没有拉伸胶结强度测量装置和方法，在进行水泥环封隔完整性研究和设计时，均采用水泥环一界面的剪切胶结强度或者水力胶结强度，导致在水泥浆体系优选和封隔完整性设计时存在不足。为此，根据水泥环工作时的受力过程，研制了水泥环一界面拉伸胶结强度测试装置并提出了相应的测量方法，基于该装置进行了水泥浆体系优选及一界面封隔完整性评价。通过对比水泥环一界面拉伸胶结强度和剪切胶结强度，发现前者约是后者的0.37～0.45，采用剪切胶结强度进行水泥浆体系优选或封隔完整性评价可能导致水泥环一界面封隔失效。实验发现，在高压养护条件下胶乳水泥浆体系一界面拉伸胶结强度大于膨胀增韧水泥浆体系和自愈合水泥浆体系一界面拉伸胶结强度。将水泥环一界面拉伸胶结强度作为油气井固井水泥浆实验设计、评价水泥环封隔完整性的重要依据之一，更能保证油气井安全生产运行。

基于固体钙含量的CO₂腐蚀水泥石规律预测

袁彬, 袁坤峰, 徐璧华, 颜爽

2021, 43(4): 191-198. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.04.29.03

摘要 ( 173 )

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CO₂会腐蚀油井水泥环，导致其强度衰退，使其失去保护套管和封隔油、气、水层的作用，从而缩短油气井寿命，造成巨大经济损失。如果能够预测CO₂在井下的腐蚀深度和腐蚀规律，那么就可以预测油井寿命，进而对水泥环耐腐蚀性能进行改进。然而，目前的CO₂腐蚀深度模型，大多是基于实验数据拟合建立的半经验模型，不具普遍适用性。针对这一问题，根据质量守恒定律结合扩散对流方程及钙离子沉淀速度，建立了CO₂腐蚀深度预测模型。该模型考虑了CO₂的扩散作用以及钙离子的沉淀，具有较强的适用性。通过CO₂腐蚀实验验证了该模型的可靠性，并利用该模型分析了水泥石基质被腐蚀后的变化规律，结果表明，随着腐蚀时间增加，水泥环孔隙度、渗透率增加，孔道迂曲度减小从而导致物质对流扩散加快、腐蚀速率加快；距离腐蚀端面越近孔隙度、渗透率越大，孔道迂曲度越小。

基于测井资料的页岩油储层甜点预测

夏宏泉, 赖俊, 李高仁, 杨赟

2021, 43(4): 199-207. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.04.28.10

摘要 ( 306 )

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页岩油储层甜点预测受很多因素的影响，明确其主控因素并赋以合理权重是快速、高效地进行甜点评价的关键。传统的页岩油甜点预测法在赋以权重以及划分标准方面不尽合理。为此，首先，采用灰色关联分析法进行主控因素分析；其次，利用复相关系数法对优选的主控因素按照其所属储层类型进行合理的赋值；最后，综合建立储层的地质工程甜点系数来实现页岩储层甜点的精准预测。以长庆油田陇东地区长₇段页岩油储层为研究对象，利用测井资料从烃源岩特性品质（SQ）、储层物性品质（RQ）和完井品质（CQ）评价方面优选了10个具有代表性的地质和工程甜点参数，并建立了工区页岩油储层地质工程双甜点评价标准：X_SQ>0.581、X_RQ>0.494和X_CQ>0.715，该标准预测得到的工区甜点与实际高低产区吻合度高，证实了该方法的准确性。本研究可为陇东地区长₇段页岩油储层的甜点预测和井位部署提供理论依据。

长宁页岩地层井下复杂及裂缝三维展布规律研究

刘厚彬, 于兴川, 张震, 万秀梅, 孙航瑞

2021, 43(4): 208-218. DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2021.04.29.05

摘要 ( 195 )

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长宁区块龙马溪组页岩气储量丰富，是中国石油天然气资源增产上产的重要支撑点。但长宁区块页岩储层钻井中井漏、阻卡事故频发，阻碍了该地区页岩气资源效益化开发进程。通过梳理长宁区块重点井区已钻井工程复杂信息数据，基于区块三维地震数据体利用蚂蚁追踪方法预测了页岩地层裂缝发育及三维空间展布规律，对比研究了井漏与裂缝发育之间响应关系，为长宁区块龙马溪组页岩水平钻井井下复杂预警及安全钻井奠定基础。研究结果表明，基于蚂蚁体的裂缝预测方法在长宁区块应用效果较好，井漏复杂与裂缝预测结果响应度高，裂缝发育、斜交缝与层理缝交叉贯通是诱发井漏事故的主要原因。茅口组-五峰组页岩裂缝发育具有三维空间差异性，构造高部位、大断层附近裂缝发育，岩体较为破碎，井漏复杂更为突出。研究成果解释了长宁区块井下复杂的主要原因，预测了长宁区块裂缝三维展布规律，可为长宁区块后期井下复杂预测及防治措施的制定提供科学依据。

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