极地油气钻井关键技术与装备研究进展

摘要:极地油气资源丰富,随着全球能源需求的持续增长,极地油气资源的勘探与开发已成为国际能源战略的重要发展方向。然而,极地恶劣的自然环境(如超低温气候、巨厚冻土层、浅层地质灾害及井筒大温变等)给油气钻探带来了巨大挑战。为系统总结极地油气钻井技术与装备的适用条件和未来发展方向,系统分析了极地油气钻井面临的工程技术难题,从钻井地质灾害风险评价与环保技术、钻井关键装备及工具研发、钻井工艺及井筒工作液技术等方面,系统总结了极地油气钻井关键技术与装备的研究进展,并提出未来技术创新发展方向。研究结果表明:①极地浅层地质灾害风险识别与防护技术、冻土层钻井温控方法及环保废弃物处置技术是当前研究的重点;②低温环境下钻井装备的可靠性及工艺技术的适应性仍需进一步验证,特别是在- 50 ℃超低温工况下的工程应用仍存在较大挑战;③未来应加强极地地质灾害动态监测与防控技术研究,优化冻土层钻井井筒温度调控方法以提升井筒稳定性,研发适应超低温环境的高可靠性钻井装备及工具,完善极地环保技术体系以推动废弃物无害化处理技术的应用,加快极地钻井技术的现场验证与商业化推广。结论认为,研究成果可为极地油气钻井技术的进步提供理论支撑和技术参考,并可为我国极地能源开发战略的实施、装备产业升级及国际竞争力提升提供有力支撑,进而助力我国在全球极地油气资源开发中发挥引领作用。

中国含油气盆地富氦资源分布规律及勘探方向

摘要:中国氦气资源短缺,加大富氦资源勘探力度是解决这一问题的关键,但目前针对富氦资源分布规律与勘探方向的系统研究仍较为薄弱。为此,基于中国主要含氦气田的地球化学特征、天然气储量丰度及氦气含量等关键数据,结合富氦气藏的区域分布、层位特征与成因类型,系统总结了中国富氦气藏的分布特点与规律,并提出富氦气藏勘探方向。研究结果表明:①中国氦气资源分布广泛但整体品质偏低,天然气储量丰度与氦气含量呈显著负相关,富氦气藏数量少、规模小,仅少数气田具备提氦价值;②富氦气藏呈现层位分散、类型多样、天然气成因多元的特征,氦气来源以壳源为主,东部盆地受构造活动影响存在不同程度幔源氦混入,整体呈现东西分带性,与区域大地构造格局密切相关;③富氦资源集中分布于中西部含油气盆地,发育于古老基底之上经大幅抬升的构造活动带,与古老地下水发育区相伴,氦、氮呈富集耦合特征,多分布于封盖能力较弱的低- 常压带。结论认为,中国富氦资源勘探应聚焦中西部古老基底发育区,优先选择基底断裂发育、后期构造运动抬升幅度较大、天然气为中- 低丰度的常压/ 负压区域,同时可将富氮气藏作为富氦气藏的勘探指示标志。

中国海油深水及海上深层钻完井技术进展与展望

摘要: 深水和海上深层油气资源是我国海洋油气增储上产的关键,但其钻完井作业面临复杂工程地质条件、极端环境与高成本等多重挑战。系统综述了中国海油在深水及海上深层钻完井领域的关键技术进展,展望了未来发展方向,旨在为复杂场景下的安全高效开发提供理论支撑与实践参考。针对深水复杂井井控溢流监测、井筒完整性、高效完井等核心难题,中国海油创新研发了气侵早期海底预警技术、全寿命环空压力调控技术及多流道旁通筛管等装备,成功保障了“深海一号”超深水大气田等重大项目的安全投产;针对海上深部地层复杂、开发成本高等瓶颈问题,中国海油提出了多源信息融合构造识别、抗高温低成本防腐及硬地层裸眼侧钻等关键技术,显著提升了渤中19−6 等深层气田的开发效率。然而,深水超浅气层开发、深水深层高温高压工况叠加等复杂场景仍存在技术瓶颈,核心工具、装备及工程设计软件的自主化程度有待进一步提高。未来,中国海油需重点突破超深层钻井智能控制、全生命周期防腐优化及颠覆性绿色技术研发,以增强自主可控能力,推动我国深水及海上深层油气资源的高效开发。

井下压裂工具用可溶铝合金材料研究进展

摘要:可溶铝合金(DAAs)具有良好的力学性能、较低的密度以及在特定环境下可溶解等优点,是油气开发井下压裂工具的重要基体材料之一。本文综述了近年来DAAs在制备工艺、活化溶解以及合金元素对性能影响等方面的研究进展,其中DAAs的制备工艺主要采用粉末冶金法和熔炼铸造法,影响DAAs溶解度的主要元素有Ga、In、Sn、Zn和Cu等,影响合金力学性能的有Mg、Si、稀土元素等,同时概述了DAAs的活化溶解机制,最后展望了DAAs的发展前景。

天然氢地面集输及处理工艺关键技术现状与展望

摘要:天然氢作为一种直接赋存于地下的氢源,因其潜在的低成本与低碳足迹特征,正成为国际能源领域关注的新兴方向。目前国内外对天然氢从井口到外输全过程的地面集输与处理工艺研究相对薄弱、相关技术体系尚不成熟,制约了天然氢资源的开发利用。为此,系统梳理天然氢地面工程相关技术现状与标准,结合全球天然氢开发实例开展针对性研究。研究结果表明:①天然氢生产的非稳态特征及气质高度异质性决定了其地面集输与处理流程需采用差异化配置与多技术耦合的工程模式,单一分离或提纯技术难以实现经济与效率兼顾;②鉴于天然氢共生组分物性相近带来的单一分离技术局限性,通过多种分离技术分级组合与协同运行,可有效平衡分离深度、能耗与设备规模,实现氢气高回收率与氦气高附加值利用;③天然氢地面工程系统的整体性能受产品规格、分离深度与外输方式等协同约束,需在开发早期同步开展产品定位、处理流程与储运路径的一体化设计,以减少重复建设并提升全生命周期经济性。结论认为,天然氢地面工程系统应以分阶段开发、多产品协同和工艺柔性配置为核心原则,推动形成适应气质组分波动和产量非稳态特征的集输与处理技术体系,为天然氢的规模化开发利用及相关标准制定提供参考。

渤海深部中生界火山岩探井钻井关键技术

摘要: 针对渤海油田中生界火山岩地层存在异常压力圈闭、裂缝发育和易漏失等地质难点,以及使用无固相钻井液保护储层的特殊要求,在深入分析渤海深部中生界火山岩探井钻井过程中面临漏失风险高、耐高温无固相钻井液耐温性能差、地层硬度高导致机械钻速低和非均质性强易发生井斜等技术难点的基础上,通过研究防漏堵漏技术、耐高温高密度无固相钻井液、钻井提速技术和动力防斜钻具组合,形成了渤海深部中生界火山岩探井钻井关键技术。渤海油田的2 口深部中生界火山岩探井应用了该关键技术,显著提高了钻井效率,降低了钻井成本,并且这2 口井测试获得了高产。研究和现场应用表明,渤海深部中生界火山岩探井钻井关键技术可以解决渤海深部中生界火山岩探井的钻井技术难题,为渤海油田中生界火山岩地层的后续勘探开发提供了技术支持,对类似复杂地质条件下的油气勘探也具有参考价值。

油气综合立体调运关键技术现状与趋势

摘要:油气调运系统是以油气管道为主体,道路、轨道、水路等多种调运方式协同构成、既相互独立性又彼此关联的交通运输网络系统,但中国的油气调运仍以单一管道、道路、轨道、水路调运方式为主。统筹考虑各种方式的油气调运规律,以及不同调运方式之间的匹配衔接关系,实现多种油气调运方式与运载工具组合、调运路径与设备设施的全局优化配置,是保障国家能源供应安全的重大需求。文章总结了天然气、成品油、原油的调运模式及管道、道路、轨道、水路调运的关键技术现状;指出了推动管道、道路、轨道、水路多种调运方式融合,建立油气综合立体调运系统,提升油气调运经济性、安全性、时效性、灵活性和韧性的发展趋势;阐述了油气综合立体调运大数据技术、调运网络耦合机制、调运系统一体化大模型仿真、调运优化决策、油气综合立体仿真优化调运平台开发5个方向面临的挑战;提出了4方面的理论技术研究和政策建议。

天然氢气资源分布特征、勘探开发技术现状与挑战

摘要:传统化石能源的使用影响可持续发展,而天然氢气因热值高、零排放、价格低,被视为理想的清洁能源,目前已在多地发现天然氢气。但天然氢气藏专属勘探开发技术尚未成熟,系统性钻探实践较为有限,制约了中国天然氢气资源商业化开发利用。为此,分析了天然氢气藏的成因与分布、国内外勘探开发技术发展现状与挑战,展望了中国天然氢气藏勘探开发前景。研究结果表明:①天然氢气主要源于地核地幔脱气、蛇纹石化、水的辐解等地质作用,经断层裂缝向上扩散并聚集、形成天然氢气藏,是消耗- 补充的动态过程;②天然氢气藏勘探需结合遥感、地球化学、地球物理、测井等技术,在传统油气勘探方法基础上改进,研发更高灵敏度的传感器等以提高探测精度和效率;③天然氢气藏安全钻探需开发新型抗氢脆钻杆、井口装置、套管等全套钻具,以及专用钻井液添加剂和体系,并结合随钻录井技术实时分析地层特性和氢气显示,建立实时井控与钻井优化方法。结论认为:中国具备天然氢气成藏地质环境,通过对天然氢气成藏机理、分布特征的深入认识和勘探开发技术的创新,有望较快实现天然氢气资源商业化开发利用。

海域天然气水合物稳定井壁钻井液研究进展

摘要:天然气水合物(以下简称水合物)是我国重要的潜在高效清洁油气接替资源,绝大部分赋存于海域深水浅部地层之中。水合物因其复杂的赋存形态与特殊的储层特性,在钻探过程中易引发水合物相态变化进而造成钻井井壁失稳,而高性能钻井液是维持井壁稳定的关键。为研制适用于海域水合物储层钻探的低成本高性能钻井液体系,系统梳理了全球海域水合物深水浅部储层特点与钻井难点,系统分析了海域水合物井壁失稳机理及研究现状,对现阶段的水合物井壁稳定钻井液体系进行了总结归纳,提出了未来水合物钻井液体系的设计思路与发展方向。研究结果表明:①海域水合物储层钻井常面临浅部地层疏松、安全密度窗口窄、水合物相态变化和钻井液性能变化等因素带来的井壁失稳难题;②在钻井过程中,钻井液与水合物储层会发生传热和传质反应,影响井壁周围力学性能,进而造成井壁失稳,现阶段主要使用物理控温或化学抑制的方法来延缓水合物的分解;③水基钻井液仍是海域水合物钻井过程中的首选,目前研发的胺基聚合物钻井液体系、稀硅酸盐钻井液体系、聚合醇钻井液体系等均具有较好的水合物抑制性与稳定井壁性能。结论认为,未来应继续加强高效低成本水合物相态控制化学剂与无毒高性能钻井液的研发,构建出更多可用于海域水合物钻探、有效维持井壁稳定的低成本高性能环保型钻井液体系,为全球海域水合物开发和深海油气增储上产提供有力的技术支撑。关键词:海域天然气水合物;钻井液;井壁稳定;地层蠕变;安全密度窗口;相态控制;封堵材料;流变调控5 纳米类钻井液体系

地下储氢库井筒完整性研究现状与发展建议

摘要:地下储氢库作为大规模储氢的核心技术方案,展现出广阔的应用前景。但地下储氢库井筒受周期性载荷、氢气反应性与氢气高渗透性的耦合作用影响面临失效风险。为此,重点梳理了地下储氢库运行期间井筒可能出现的失效类型,系统阐明了周期性注采过程与氢致井筒部件损伤之间的耦合作用机制,并在此基础上提出针对性的防控建议与未来研究方向。研究结果表明:①地下储氢库主要井筒失效类型包括注采循环与氢协同作用下的井筒金属部件损伤、非金属密封件失效、水泥环的密封完整性失效;②现有防护材料(如表面涂层、抗氢合金、高分子复合材料)可在一定程度上缓解氢脆、微生物腐蚀及弹性体失效,但在真实复杂工况下的长期有效性尚未得到充分验证;③基于多物理场耦合框架,引入套管氢脆临界应力,建立的环空压力预警阈值计算方法进一步明确了环空压力安全边界;④地下储氢库井筒失效的防治需要从管柱氢脆防治、抗氢材料研发、氢-水泥环相互作用机制及完整性智能监测、环空压力管理等多方面持续开展工作。结论认为,地下储氢库井筒失效是多因素耦合作用的结果,未来研究应基于实际工况构建覆盖材料、结构、监测的完整性技术体系,为地下储氢库安全运行提供理论支撑与工程指导。