中國(guó)石油大學(xué)(北京)研究生暑期學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)總結(jié)

1、2014年全國(guó)研究生暑期學(xué)校（油氣資源）研討會(huì)感想與收獲姓名學(xué)校中國(guó)石油大學(xué)（北京）完成時(shí)間：2014年7月10日懷著期盼、懷著欣喜，2014年6月30日，我非常榮幸的與來(lái)自全國(guó)各大石油院校的優(yōu)秀研究生一起，懷揣著共同的夢(mèng)想?yún)⒓恿擞山逃亢蛧?guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)主辦，中國(guó)石油大學(xué)（北京）承辦的研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目。該項(xiàng)目主要包括兩個(gè)部分：一是由道達(dá)爾石油公司（Total）安排有多年工作經(jīng)驗(yàn)的具有豐富專業(yè)知識(shí)的專業(yè)人員使用全英文教學(xué)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際講解石油工程領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)；二是由中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院依據(jù)實(shí)際需要組織安排的鉆井、開發(fā)及海洋工程資深教授親自授課，講解目前該方向的發(fā)展前沿。

2、雖然我的研究方向與教授所講的方向不盡相同，但是通過(guò)對(duì)其研究方向前沿的了解，仍使我受益匪淺，感觸頗多。董平川老師所講的非常規(guī)油氣開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)當(dāng)前頁(yè)巖氣的開發(fā)現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并結(jié)合其研究?jī)?nèi)容，系統(tǒng)明白的給我們講述了油氣藏流固耦合理論、油氣藏多場(chǎng)耦合理論及其數(shù)值模擬方法，并結(jié)合實(shí)例對(duì)復(fù)雜理論簡(jiǎn)明化，從而使我們更加容易理解。而董老師給我們播放的CT實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫，更是讓我們對(duì)微觀世界產(chǎn)生了好奇心，同時(shí)也讓我們開闊了自己的視野，拓寬了研究思路，為以后做科研提供了新的思路。我們知道：非常規(guī)油氣特殊的形成機(jī)制和賦存狀態(tài)異于常規(guī)油氣藏，因此需要針對(duì)其特色研究勘探開發(fā)技術(shù)。目前提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度和油氣單井產(chǎn)

3、能是技術(shù)攻關(guān)的重點(diǎn)。國(guó)內(nèi)、外長(zhǎng)期針對(duì)致密砂巖油氣、頁(yè)巖氣、煤層氣等的勘探開發(fā)實(shí)踐，形成了一套較為成熟有效的核心技術(shù)，這些技術(shù)各展所能、相映成彰，推進(jìn)了非常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)進(jìn)程。而針對(duì)低滲、致密甚至頁(yè)巖氣藏，董教授引入CT掃描技術(shù)，對(duì)礦場(chǎng)巖心進(jìn)行微觀掃描，從而將實(shí)體巖心數(shù)字化，而數(shù)字化后的巖心，既可以計(jì)算出相應(yīng)的物理參數(shù)，同時(shí)也可以使巖心進(jìn)行重復(fù)性的利用，而且還大大的降低的實(shí)驗(yàn)成本。并且數(shù)字化后的巖心，可以清晰明白的了解巖心的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與孔喉分布，從而可以從微觀的角度對(duì)現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題進(jìn)行解答。而對(duì)于頁(yè)巖氣的開發(fā)，目前主要采用的技術(shù)為水平井鉆井技術(shù)外加大型水力壓裂技術(shù)。水平井鉆井技術(shù)是利用特殊的井底動(dòng)

4、力工具與隨鉆測(cè)量?jī)x器，鉆成井斜角大于86°，并保持這一角度鉆進(jìn)一定長(zhǎng)度井段的定向鉆井技術(shù)，是頁(yè)巖氣、致密砂巖氣、煤層氣等非常規(guī)油氣低成本高效開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。與直井相比，水平井具有泄油氣面積大、單井產(chǎn)量大、穿透度大、儲(chǔ)量動(dòng)用程度高、節(jié)約土地占用、避開障礙物和環(huán)境惡劣地帶等優(yōu)點(diǎn)。大型壓裂技術(shù)突破了常規(guī)壓裂理論的束縛，主要采用大排量、大砂量在地層中造出超過(guò)常規(guī)壓裂長(zhǎng)、寬、高的裂縫，擴(kuò)大泄油氣半徑，創(chuàng)造“人造滲透率”，提高單井產(chǎn)量，大幅度增加了對(duì)非常規(guī)油氣儲(chǔ)量的動(dòng)用程度。目前水平井分段壓裂、直井分層壓裂等核心技術(shù)已經(jīng)成為美國(guó)非常規(guī)油氣資源有效開發(fā)的核心技術(shù)。在楊進(jìn)老師的海洋深水鉆井技術(shù)挑戰(zhàn)及

5、發(fā)展趨勢(shì)研討會(huì)上，我們了解到了中國(guó)海洋石油事業(yè)的發(fā)展歷程，同時(shí)也側(cè)面的了解了海洋深水鉆井與陸地鉆井及淺水鉆井的巨大區(qū)別，讓我們對(duì)中國(guó)人民的智慧感到驕傲和自豪。同時(shí)楊教授還就海洋石油鉆井981平臺(tái)進(jìn)行了詳細(xì)的講解，使得我們對(duì)中國(guó)首次自主設(shè)計(jì)成功的超大型第六代3000米深水半潛式鉆井平臺(tái)有了更加詳細(xì)的了解。深水油氣開發(fā)設(shè)施與淺水油氣開發(fā)設(shè)施不同，其結(jié)構(gòu)大多從固定式轉(zhuǎn)換成浮式，因此開發(fā)方式和方法也發(fā)生了變化。國(guó)外深水油氣開發(fā)中常用的工程設(shè)施有張力腿（TLP）平臺(tái)、半潛式（SEMIOFPS）平臺(tái)、深吃水立柱式（SPAR）平臺(tái)、浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置（FPSO）以及它們的組合。而深水鉆井面臨的難題與挑戰(zhàn)則包括

6、以下幾個(gè)方面。一是水深的影響。由于水深大于 500 m，鉆井平臺(tái)由固定式向移動(dòng)式鉆井平臺(tái)和浮式鉆井船發(fā)展，同時(shí)水下設(shè)備對(duì)平臺(tái)的載荷增加，需要大型的鉆井平臺(tái)和復(fù)雜的水下裝備。二是海底低溫的影響。低溫能迅速引起井下鉆井液粘度、膠凝強(qiáng)度的上升、鉆井液觸變性的顯著增加，特別對(duì)于油基鉆井液體系，這些影響顯得特別突出。三是天然氣水合物的影響。天然氣水合物存在于高壓、低溫條件下，類似于冰的固體物質(zhì)，一旦在鉆井液循環(huán)管線中生成，則很難清除，會(huì)堵塞導(dǎo)管、隔水管、海底防噴組，造成嚴(yán)重的鉆井事故。此外天然氣水合物在分解（ 融解） 時(shí)，體積為固態(tài)時(shí)候的 170 倍，容易導(dǎo)致管道的爆裂，對(duì)深水鉆井作業(yè)安全構(gòu)成嚴(yán)重的威脅

7、。四是淺層氣體和淺層水流。淺層氣所處的層位淺，體積小，壓力高，難以預(yù)測(cè)且經(jīng)常出現(xiàn)，危險(xiǎn)系數(shù)大。淺層氣體的突然釋放，會(huì)對(duì)管道和平臺(tái)造成破壞，高壓淺層氣釋放會(huì)引發(fā)井噴、爆炸起火、燒毀設(shè)備，釀成重大的安全事故。五是嚴(yán)格的環(huán)保政策。有效的保護(hù)海洋環(huán)境，符合國(guó)際環(huán)保慣例，我國(guó)對(duì)鉆屑、廢棄鉆井液、廢水、鉆井噪聲、廢棄井口及平臺(tái)有著嚴(yán)格的要求，向海洋直接排放的廢棄物必須做到無(wú)毒、無(wú)污染、可生物降解。嚴(yán)格的環(huán)保政策對(duì)深水鉆井的施工工藝、鉆井液處理系統(tǒng)、深水管道等產(chǎn)生顯著的影響，同時(shí)也增加了鉆井作業(yè)成本。針對(duì)目前深水鉆井存在的問(wèn)題，大量學(xué)者對(duì)鉆井設(shè)備進(jìn)行研究，從而研究出了較為先進(jìn)的鉆井技術(shù)。一是大位移井和分支水

8、平井鉆井技術(shù)。這些先進(jìn)技術(shù)在裝備方面主要包括可控馬達(dá)及與之配套的近鉆頭定向地層傳感器。在鉆頭向地層鉆進(jìn)時(shí)，近鉆頭傳感器可及時(shí)檢測(cè)井斜與地層性質(zhì)，從而使司鉆能夠在維持最佳井眼軌跡方面及時(shí)做出決定。二是深水雙梯度鉆井技術(shù)。其主要思想是:隔水管內(nèi)充滿海水（或不使用隔水管），采用海底泵和小直徑回流管線旁路回輸鉆井液;或在隔水管中注入低密度介質(zhì)（空心微球、低密度流體、氣體），降低隔水管環(huán)空內(nèi)返回流體的密度，使之與海水相當(dāng)，在整個(gè)鉆井液返回回路中保持雙密度鉆井液體系，有效控制井眼環(huán)空壓力、井底壓力，克服深水鉆井中遇到的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)的鉆井。三是噴射下導(dǎo)管技術(shù)。在深水區(qū)，由于海底淺部地層比較松軟，常規(guī)

9、的鉆孔/下套管/固井方式常常比較困難，作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)于日費(fèi)高昂的深水鉆井作業(yè)顯然不合適。因此常規(guī)做法是在導(dǎo)管柱內(nèi)下入鉆具，利用導(dǎo)管柱和鉆具（鉆鋌）的重量，邊開泵沖洗邊下入導(dǎo)管。四是動(dòng)態(tài)壓井鉆井技術(shù)。其測(cè)量原理是主要靠壓力傳感器進(jìn)行環(huán)空壓力測(cè)量，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下壓力參數(shù)的變化。它可以向工程師發(fā)出環(huán)空壓力增加的危險(xiǎn)報(bào)警，在不破壞地層的情況下，提供預(yù)防措施使井眼保持清潔。其主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)井涌監(jiān)測(cè)和ECD監(jiān)控、井眼凈化狀況監(jiān)控、鉆井液性能調(diào)整等，是深水鉆井作業(yè)過(guò)程中不可缺少的數(shù)據(jù)采集工具。五是隨鉆測(cè)井技術(shù)。具有地質(zhì)導(dǎo)向功能的LWD系統(tǒng)可通過(guò)近鉆頭伽馬射線確定井眼上下兩側(cè)的地層巖性變化情況，以判斷井眼軌

10、跡在儲(chǔ)層中的相對(duì)位置;利用近鉆頭電阻率確定鉆頭處地層的巖性及地層流體特性以及利用近鉆頭井斜參數(shù)預(yù)測(cè)井眼軌跡的發(fā)展趨勢(shì)，以便及時(shí)做出調(diào)整，避免鉆入底水、頂部蓋層或斷裂帶地層。而我國(guó)于2008年4月開工建造的海洋石油981深水半潛式鉆井平臺(tái)，整合了全球一流的設(shè)計(jì)理念和一流的裝備。該平臺(tái)采用美國(guó)F&G公司ExD系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化及增強(qiáng)了動(dòng)態(tài)定位能力，以及錨泊定位，是在考慮到南海惡劣的海況條件下設(shè)計(jì)的，所以它還有著“高精尖”內(nèi)涵。除了通過(guò)緊急關(guān)斷閥、遙控聲吶、水下機(jī)器人等常規(guī)方式關(guān)斷井口，該平臺(tái)還增添了智能關(guān)斷方式，即在傳感器感知到全面失電、失壓等緊急情況下，自動(dòng)關(guān)斷井口以防井噴。設(shè)

11、計(jì)能力可抵御兩百年一遇的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，首次采用最先進(jìn)的本質(zhì)安全型水下防噴器系統(tǒng)，具有自航能力，還有世界一流的動(dòng)力定位系統(tǒng)。該平臺(tái)于2012年正式投入到南海的油氣資源的勘探與開發(fā)當(dāng)中，其完全可以滿足我國(guó)在南海地區(qū)惡劣環(huán)境的鉆井要求，這也使得我國(guó)擴(kuò)大了對(duì)深水領(lǐng)域的油氣資源的勘探與開發(fā)的范圍，增大并提高了我國(guó)油氣資源量，降低了我國(guó)對(duì)國(guó)外油氣資源的依存度，從而提高了國(guó)防安全系數(shù)。由宋先知老師主講的，以高壓水射流技術(shù)在鉆完井工程中的應(yīng)用為主題的研討會(huì)，細(xì)致講解了高壓水射流的應(yīng)用領(lǐng)域。宋老師以高壓水射流技術(shù)的發(fā)展歷史為切入點(diǎn)，首先利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例提出使用高壓水射流的優(yōu)點(diǎn)與作用，然后講解了不同射流模式的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)及

12、其在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用情況，最后講解了最為先進(jìn)的高壓水射流技術(shù)。所謂高壓水射流，是指以水為介質(zhì)，通過(guò)高壓發(fā)生設(shè)備增壓獲得巨大能量，經(jīng)一定形狀的噴嘴噴出的一股能量集中的高速水流。目前高壓水射流技術(shù)在鉆完井工程中的應(yīng)用范圍十分廣闊。根據(jù)瞬態(tài)流和水聲學(xué)理論建立了流體自激振動(dòng)調(diào)制機(jī)理和噴嘴設(shè)計(jì)理論模型，研究成功了新型高效自振空化射流，研究得出了各參數(shù)影響規(guī)律，脈動(dòng)幅度高24%-37%，破巖效果高1-3倍。自振空化射流技術(shù)是根據(jù)該理論成果研制成功的自振脈沖噴嘴鉆頭（第二代鉆頭），現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)300多只，平均機(jī)械鉆速提高20-60%。水力和機(jī)械聯(lián)合破巖技術(shù)是綜合利用斷裂力學(xué)、彈塑性力學(xué)和巖石力學(xué)的基本原理，建立了水力

13、和機(jī)械聯(lián)合破巖過(guò)程中裂紋形成和發(fā)展規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，實(shí)驗(yàn)研究了齒型、射流沖擊角和沖擊位置、噴射距離等因素對(duì)破巖效果的影響規(guī)律。研制出的新型水力-機(jī)械聯(lián)合破巖鉆頭（第三代鉆頭），正在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，預(yù)計(jì)可提高機(jī)械鉆速40-50%，提高鉆頭進(jìn)尺30-40%。為進(jìn)一步提高脈沖空化作用，將水力脈沖和自振空化射流耦合，使進(jìn)入鉆頭連續(xù)流動(dòng)調(diào)制成振動(dòng)脈沖流動(dòng)，鉆頭噴嘴噴出脈沖空化射流，產(chǎn)生三種效應(yīng)：一是水力脈沖，通過(guò)改善井底流場(chǎng)，提高井底凈化和清巖效率，減少壓持和重復(fù)破碎；二是空化沖蝕，輔助破巖，提高破巖效率；三是瞬時(shí)負(fù)壓，井底瞬時(shí)負(fù)壓脈沖，局部瞬時(shí)欠平衡，改變井底巖面應(yīng)力狀態(tài)。通過(guò)大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，該射流鉆井

14、技術(shù)具有較好的適用性。超高壓射流鉆井技術(shù)包括地面全增壓鉆井、超高壓雙管柱鉆井、井下增壓器鉆井和新型井下增壓裝置及配套鉆井技術(shù)。雖然其增壓方式有所差異，但是通過(guò)井下增壓，可以提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期。對(duì)于新型高效旋轉(zhuǎn)射流技術(shù)，使用特殊設(shè)計(jì)的造斜器和旋轉(zhuǎn)射流鉆頭，在老油井中對(duì)應(yīng)生產(chǎn)層位置鉆出多個(gè)超短半徑（0.3米）的徑向水平井網(wǎng)，使老井更新、死井復(fù)活，有效地開發(fā)稠油藏、薄油藏，大幅度提高原油采收率。旋轉(zhuǎn)射流破巖機(jī)理不同于普通圓射流。它不單純以沖擊、拉伸、水楔作用破巖，而是以剪切破壞為主，并伴有沖蝕、拉伸破壞等多種形式。剪切破碎利用巖石抗剪、抗拉強(qiáng)度低的特點(diǎn)，依靠旋轉(zhuǎn)射流切向速度對(duì)巖石產(chǎn)生剪切破碎

15、，從而大大提高破巖效率。沖蝕破碎是在垂直沖擊力和橫向流的聯(lián)合作用下，圓環(huán)面積內(nèi)巖石顆粒的膠結(jié)物或?qū)永淼热趺媸紫缺粵_蝕而脫離母體，射流對(duì)圓錐面的沖蝕作用使巖石顆粒迅速離開母體，減少了重復(fù)破碎，提高了破巖效率。拉伸破碎是旋轉(zhuǎn)射流沖擊井底的同時(shí)，對(duì)圓錐面產(chǎn)生拉應(yīng)力，使巖石更容易產(chǎn)生垂直裂紋，裂紋在水楔作用下產(chǎn)生破碎。旋流磨削是指攜帶著巖屑的返回流沿孔壁旋轉(zhuǎn)返回，像磨粒一樣磨削已形成的孔壁，擴(kuò)大并光滑孔眼，提高了鉆孔質(zhì)量。磨料射孔是根據(jù)水動(dòng)力學(xué)動(dòng)量-沖量原理，固體顆粒受水載體加速，高速?zèng)_擊套管和巖石，產(chǎn)生切割作用。利用高壓磨料射流射孔原理，可射入地層約1米，穿透近井污染帶，且松弛地層，大幅度提高射孔深

16、度和質(zhì)量，在產(chǎn)層創(chuàng)造出清潔的油氣通道，避免炮彈射孔二次污染。高壓水射流深穿透射孔技術(shù)主要利用高壓水射流破巖鉆孔的原理，在生產(chǎn)層創(chuàng)造出較大深度的清潔無(wú)阻的油氣通道，射孔深度達(dá)3.0米之多，孔徑達(dá)14-25毫米，可以有效克服常規(guī)鉆井、完井和炮彈射孔造成的地層污染，是新井完井、低滲改造的一項(xiàng)有效新技術(shù)。分段壓裂改造技術(shù)是我國(guó)低滲油氣增產(chǎn)的重大需求。為了適應(yīng)這一需求，學(xué)者研究出水力噴射分段壓裂技術(shù)，該技術(shù)集射孔、壓裂、隔離一體化新技術(shù)，無(wú)需封隔器、一趟管柱多段壓裂，安全高效。雖然這三個(gè)研討會(huì)僅有短短的幾個(gè)小時(shí)，但是卻讓我學(xué)到了很多的知識(shí)，同時(shí)也讓我開闊了自己的視野，讓我對(duì)石油工業(yè)的發(fā)展有了全新的認(rèn)識(shí)，

17、同時(shí)也讓我認(rèn)識(shí)到技術(shù)的發(fā)展對(duì)石油工業(yè)所帶來(lái)的巨大的影響，而這也要求我們新一代的石油工人必須學(xué)好前人所總結(jié)的先進(jìn)知識(shí)理論，同時(shí)也要掌握先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，將理論知識(shí)與先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，并將其應(yīng)用于石油工業(yè)，便可給石油工程的發(fā)展帶來(lái)革命性的改變。如今，三個(gè)講座都已經(jīng)完成了，但是作為一名研究生二年級(jí)的學(xué)生，對(duì)這種講座感觸頗深。全國(guó)所有石油院校的研究生培養(yǎng)計(jì)劃安排是對(duì)研一的學(xué)生安排相應(yīng)的專業(yè)課程，以此來(lái)引導(dǎo)學(xué)生在本科階段石油工程知識(shí)的基礎(chǔ)上，加深對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解與掌握，以便于為后續(xù)工作打好基礎(chǔ)。進(jìn)入研二階段，碩士研究生們就要參與到課題組的油田項(xiàng)目中，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，結(jié)合已有學(xué)術(shù)知識(shí)解決油田開發(fā)過(guò)程中所遇到的各種問(wèn)題，同時(shí)對(duì)油田開發(fā)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)與預(yù)測(cè)，以滿足油田的生產(chǎn)要求。在自己做項(xiàng)目的過(guò)程中遇到了各種各樣的問(wèn)題，這些問(wèn)題通過(guò)自己調(diào)研文獻(xiàn)以及請(qǐng)教師兄、老師便可以得到有效的解決。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，自己也得到了相應(yīng)的鍛煉。但是畢竟只有短短的一年時(shí)間，