声波远探测技术在救援井中的应用研究

石油钻井过程中一旦发生井喷事故,带来的损失往往不可估量。救援井是控制事故井的有效技术手段,其在实施过程中需要准确探测事故井的位置。研究了声波远探测技术在救援井技术中定位事故井的可行性。基于三维时域有限差分法,模拟偶极声源激励时的邻井散射波场,分析同时存在2个不同方位邻井时不同类型极化波的响应特征。在此基础之上,利用实测数据完成邻井位置成像。结果表明,声波远探测技术能够在救援井中对不同方位的邻井进行精确成像,对于事故井的定位具有重要意义。

基于多相流理论的救援井动态压井模拟方法研究

目前救援井动态压井模拟方法多为各类软件模拟,鲜有结合实井试验验证过其可靠性的模拟方法,且试验存在缺乏模拟模型、试验参数设计难的问题。因此,提出了一种救援井动态压井模拟方法,可用于救援井动态压井全过程模拟,也可用于救援井动态压井及试验的方案设计。该方法建立了救援井动态压井模拟模型,模型由井身结构、钻井液、地面设备等数据搭建,并嵌入了可实现模拟过程中井下安全性(套管鞋处压力、管柱受力)监测、地面泵注设备智能超压保护、模拟压井流程一体化等多项作用的功能模块,为救援井动态压井的方案设计提供模拟支持。模拟结果表明:高压井排量、高密度压井液有助于快速压井。试验结果表明:本方法模拟结果与实测数据变化趋势具有较高吻合度,整体试验过程、动态压井阶段模拟的平均相对误差均小于10%,验证了模拟方法的合理性和可靠性。该救援井动态压井的模拟方法对科学有效地进行救援井动态压井、提升救援井动态压井成功率具有重要意义。

救援井磁测距时电极与探管最优距离的计算

测距精度是影响救援井与事故井连通的关键因素。为提高基于注入电流主动磁测距系统的测量精度,分析了各介质中的电场分布情况,建立了事故井套管电流密度分布模型;通过分析事故井套管电流密度的分布规律,建立了基于测点处磁感应强度最大原则的电极与探管最优距离计算模型,并且通过与试验结果对比验证了模型的有效性。实例计算表明,电极与探管的最优距离不仅与电极到事故井的距离有关,也与相对井斜角有关,但与注入电流的强度无关;事故井套管电流密度的峰值点距事故井坐标点的距离,近似等于电极到事故井探管的距离;电极与探管的最优距离,近似等于电极到事故井距离与相对井斜角余割的乘积。研究结果表明,合理设计电极到探管的距离,有利于提高基于注入电流主动磁测距系统的测量精度。

储气库救援井磨料水射流管外开窗试验研究

针对井筒不完整和存在落鱼的废弃事故老井出现井下封堵困难和气窜问题,如何实现有效封堵已成为老井改造储气库的关键。为此开展了储气库救援井磨料水射流钻杆成孔试验。试验结果表明:随着喷射距离的增大,单位时间内钻杆成孔深度显著减小;随着喷射压力的增大,钻杆成孔所需的时间缩短;钻杆成孔所需的最佳磨料质量分数为6%~8%,磨料粒径分布在40~60目范围内,可实现较好的破坏效果。通过正交试验分析认为,钻杆成孔的极限喷距随着喷射压力的增大而增大,随着喷射距离增大而减小;为缩短作业时间,应调整参数为高喷射压力(>25 MPa)和短喷射距离(<20 cm)。所得结论可为现场作业提供技术借鉴。

救援井在穿越井段提高测量精度的计算方法研究

在救援井工程中,为确保救援井与事故井在设计连通点处精准连通并压稳地层,需要使用磁测距工具直接测量救援井与事故井的相对距离。受限于磁测距工具的测量精度,为避免提前碰撞并提高连通的可能性,在救援井轨道设计时需要增加穿越井段以提高测量精度。一般认为通过穿越井段可以将相对距离测量误差由20%减小到10%,但由于相关理论模型未见报道,目前仍缺乏具体的定量分析方法。为实现穿越井段前后测量误差的定量分析,基于救援井工程实际、测量平差理论及测距误差模型,本文建立了两种在穿越井段提高测量精度的计算模型。基于该计算模型的数值模拟计算表明:在算例条件下事故井被测点N-E坐标系的初始值由(108.00 m,28.00 m)修正为(110.14 m,29.24m)和(110.07 m,29.23 m),被测点坐标精度(误差椭圆的长半轴)分别提高了19.0%和21.5%。研究结果表明,两种计算模型均能有效提高测距精度,且计算结果相近,计算精度可以基本满足救援井测量需求,所建立的计算模型可以为救援井井眼轨道及测量方案设计提供理论指导。

南海东部油田深水救援井井控技术研究及应用

我国南海深水海域油气资源,是保障国家能源安全的重要战略接替区域。水深达数千米的深水井控是难上加难,在油气井钻完井等作业过程中,一旦发生严重井喷和井喷失控的恶性事故。针对这种灾难性的井控事故,提出救援井是一种有效的压井方法,而且在压制住井喷的同时还能够以救援井代替事故井继续进行钻探或油气生产,具有“双赢”的特点。

基于深度相机的大直径救援井三维模型重建研究

大直径钻孔救援是一种有效的矿山灾害应急救援方法,通过向人员被困位置施工大直径救援井,采用提升舱将被困井下的人员通过大直径救援井安全可靠提升至地面。大直径救援井的结构参数及其变化对提升舱的通过性能具有重要影响,实时获取大直径救援井的结构参数是大直径钻孔救援科学操作与决策的基础。为了满足大直径救援井结构参数的监测需求,研制了基于双目结构光原理的Intel RealSense D435i深度相机和ROS操作系统的大直径救援井结构参数检测与三维模型重建系统。针对大直径救援井井筒纹理光滑不明显的问题,对比分析了SIFT、SURF、ORB三种图像特征点提取算法提取大直径救援井井筒图像特征点的效果;采用ICP-PNP混合算法,估计深度相机的位姿,并根据相邻帧之间的运动误差筛选关键帧,优化三维点云模型;最后基于大直径救援井提升过程模拟试验平台进行了大直径救援井三维模型的重建试验。研究结果表明:在大直径救援井井筒纹理结构不明显情况下,相同时间内SURF算法具有更好的特征点提取效果;根据相邻帧之间的运动误差筛选关键帧图像,可以稳定地构建大直径救援井三维模型;对大直径救援井三维点云模型进行截面采样,与实际井筒半径误差在2%以内;基于最小二乘圆法对大直径救援井三维点云模型的采样截面进行圆拟合,与实际井筒半径误差在0.4%以内。重建的大直径救援井三维模型能够准确地反映实际大直径救援井的结构参数,为地面应急救援提升的科学操作和决策提供了保障。

基于矩量法的救援井电磁测距正演建模及响应特性分析

采用电磁测距技术精确地探测救援井与事故井之间的距离是救援井导通成功的关键,准确的电磁测距算法是电磁测距技术的核心。文章基于矩量法理论建立救援井与事故井之间的电磁测距正演模型,研究了地层电导率对事故井套管电流分布的影响及发射电极尺寸与位置、事故井套管长度与直径、救援井套管长度与位置和救援井井斜角对信号强度的影响。结果表明:事故井套管上电流呈近似正弦波分布;地层电导率越高,发射电极长度与直径越大,越有利于向地层注入电流,信号强度越大;发射电极应远离救援井套管、事故井井底和探管,减小对信号传输的干扰;较大的事故井套管尺寸和较小的救援井井斜角有利于增大信号强度,扩大测距范围。文章建立的正演模型和响应特性研究成果可为救援井钻井电磁测距技术的研发与应用提供理论指导。

救援井磁导向钻井技术研究进展

救援井磁导向钻井技术是近几十年发展起来的高新技术,是保障救援井与事故井精准连通的核心技术之一。回顾救援井磁导向钻井技术在国外发展起来的简要历程,重点介绍中国在救援井磁测距工具研发、与事故井相对位置不确定性分析、探测定位方案设计等方面的最新研究进展,以及存在的一些问题等,并提出未来需要加强研究的重点内容,以期为中国救援井磁导向钻井技术创新发展提供有益参考。分析认为:今后应针对救援井磁导向钻井关键技术难题加强多学科交叉研究,自主建立一套相应的先进技术体系;应破除已有测距技术的桎梏,加强救援井导向钻井随钻磁测距技术创新研究。

储气库救援井水力喷砂定向射孔封井技术及应用

针对储气库老井改造中井下落鱼水眼封堵的难题,提出了救援井与水力喷砂定向射孔相结合的封井技术。首先,救援井须在落鱼层段与老井眼伴行,然后利用水力喷砂射孔工具在伴行井段对井下落鱼实现定向射孔,从而为后续挤注水泥封堵水眼作业提供良好的流体通道。文章以M215井为例开展现场试验,阐述了救援井水力喷砂射孔封井工艺,设计研制了井下装置,制订了水力参数,并通过现场试验验证了水力喷砂射孔工具的适用性。试验结果表明:施工过程中地面监测到储层气和铁屑的返出,施工后工具存在明显反溅痕,环空挤注水泥后整体承压能力及封固性得到提升,证明工具喷射方位正确,可有效实现落鱼开孔,解决了老井眼封堵前落鱼水眼不通的问题。该技术为处理老井眼井下落鱼封井和储气库发生气窜的问题提供了新途径。

大直径救援井干孔透巷关键技术及应用

为了实现地面大直径救援井安全透巷,在大直径井覆盖层和基岩层常规泥浆正循环、多级扩孔钻进基础上,研究了影响大直径救援井干孔透巷因素,主要包括反循环环空压力控制、反循环透巷遇强-弱含水层、透巷段预留安全距离及高效固完井方式。通过重点分析预留透巷段干孔透巷钻进技术原理、干孔透巷反循环装置、透巷分段排浆排渣钻进、安全透巷工艺、透巷位置选择及透巷距离确定,形成了一整套针对大直径干孔透巷高效钻进关键技术体系,实践验证效果良好,为地面大直径救援井干孔透巷钻进提供了技术支撑。

基于三电极系救援井与事故井连通探测系统

通过调研救援井与事故井连通探测系统工作原理,分析了三电极系注入地层的低频交变电流在地层及事故井套管中的传播与衰减规律,建立了事故井套管上聚集电流产生的交变磁场空间分布模型,得到了救援井与事故井间距和相对方位的计算方法。通过数值模拟与试验验证,将三电极系应用于救援井与事故井连通探测系统,提高了系统测距范围和探测精度;通过对比基于单电极救援井与事故井连通探测系统,基于三电极系的探测系统对探管灵敏度的要求更低,更有利于在实际工况中的应用,为中国自主研发救援井与事故井连通导向工具提供理论支持。

深水救援井动态压井设计方法及应用

通过救援井向井喷井高排量泵入不同密度的压井液进行压井的方法,已成为救援井压井方案的首选。简单阐述了动态压井技术原理,给出动态压井设计的关键点和设备选型的方法。通过1口井实例给出了动态压井设计的流程,并根据最恶劣工况(WCD:Worst Case Discharge)进行了多层储层井喷时动态压井模拟,基于动态压井给出了压井液密度、平台设备选择等方法。认为深水动态压井设计应考虑井喷井流体类型、井喷流通通道、水深影响下的井筒流量等因素。与常规压井方法相比,深水动态压井具有排量大(最大达到12 m3/min)、地面泵压高(最高达到26 MPa)、所需压井液体积大(最大达到2 100 m3)等特点,可以为救援井动态压井设计思路、平台钻井液泵、钻井液储存能力等设备选型提供参考。

救援井用大直径贯通式潜孔锤及钻头的研制

研制了大直径贯通式潜孔锤及反循环钻头,并进行模拟仿真电算及现场试验。试验结果表明:潜孔锤最高钻进效率可达6m/h;平均钻进效率为4.5m/h,且反循环排渣顺畅、井底无沉渣、成井质量好,可以解决大直径应急救援井的碎岩和排渣两大难题,能够充分满足应急救援井对钻进效率和成井质量的要求。

救援井与事故井连通探测方法初步研究

钻救援井是目前解决井喷漏油问题的最有效方法,而救援井与事故井相对位置的精确探测是救援井技术成功的关键环节之一。为了能够成功连通救援井与事故井,初步研究了利用救援井与事故井连通探测工具确定两井相对位置的计算方法。将事故井套管近似为地层圆柱体,通过分析井下电极注入地层的低频交变电流在地层及事故井套管中的传播与衰减规律,得到了利用救援井与事故井连通探测工具确定两井间距和方位的方法,同时分析了井下电极注入地层的交变电流大小、井下电极与探管间距等因素对该探测工具测量精度的影响。研究结果表明,应用提出的确定救援井和事故井两井间距和方位的计算方法,可以引导救援井与事故井垂直连通或平行连通;分析认为,救援井与事故井连通探测工具基本可以满足救援井现场施工需求。

海洋深水救援井钻井关键技术

深水钻井具有较高风险,在救援井设计方面,国内外没有相关标准规范可参照,深水井实施救援井作业的数量也很少。为了保证深水油气田安全高效开发,结合中国南海深水钻井的需要,对深水救援井的井位选择、井眼轨迹设计方法、探测定位技术、连通技术、动态压井方法等一系列关键技术进行了整理和分析。救援井的井位选择需考虑海底地质条件、洋流、风向、热辐射、商业保险等因素,救援井井眼轨迹需根据连通点位置、探测定位工具的要求、轨迹实施难度进行设计,连通方式首选直接钻通事故井井眼,动态压井方案的制定应结合钻井船的能力优选最高效安全的压井方案。研究结果对于建立深水救援井设计体系具有一定的参考价值。

深水油气勘探救援井精确探测技术研究

深水油气勘探开发已成为石油工业的热点,但井喷等事故时有发生。钻救援井是解决井喷事故的有效方法,其中救援井与事故井相对位置的精确探测是实施救援的关键。利用软件模拟半径为139.7 mm的井喷井,在其附近设置一个1 A电流源和一个接地电极,研究电流源和事故井距离、两电极距离、事故井半径对事故井套管上电流密度的影响。研究结果表明:事故井和救援井距离越近,事故井套管上的电流密度越大,且事故井套管上电流密度最小值的位置点越接近电流源所在处的位置;事故井中电流密度最小值的位置点所在处是由点电流源所在处的位置决定的;事故井半径越小,电流密度的幅值变化就越大,其上的电流密度的幅值也越大。研究结果对海上钻井救援提供了一定的理论依据。

基于点源的救援井探测模型分析与仿真

钻救援井是目前控制井喷事故的有效方法。为了研究救援井电磁探测方法,采用井地电流注入法,构建了基于点源的救援井探测模型,并利用有限元软件,分析了电极布局方式、电流大小、事故井与电极间距、套管长度对事故井套管汇聚电流密度的影响。研究结果表明:接地电极置于套管处更利于事故井套管的电流汇聚;电极与套管的间距越大则汇聚电流密度越小,且注入电流大小与套管的汇聚电流密度大小呈线性关系;汇聚电流密度大小随套管长度的增加而增大,但增大的幅度随着套管长度的增加而减小。验证了事故井套管汇聚电流模型的有效性与可行性,为研制救援井连通测量工具提供了一定的理论依据。

瞬变电磁阵列救援井近距离探测方法

为了提高救援井与事故井之间的连通成功率,提出一种瞬变电磁阵列探头救援井近距离探测方法。以井下瞬变电磁探测系统的阵列信号处理为基础,结合Radon变换原理和瞬变电磁阵列探头的对称特性,对被测范围内的一段事故井套管与救援井的相对姿态进行判断。模拟试验结果表明:该方法可有效改善救援井近距离探测性能,识别事故井与救援井的相对姿态,为救援井的跟随钻井阶段提供关键信息。

南中国海深水救援井井位优选方法

分析了深水救援井井位选择影响因素,针对南中国海深水作业环境及不同平台定位方式提出了救援井与井喷井最小安全距离计算方法,并进行了实例分析。进行深水救援井井位选择时,除了考虑浅水救援井井位选择的影响因素,还存在深水作业环境造成的难点,需要考虑作业期间海况、井场调查资料、井喷井状态和发展趋势,选择的井位对救援井轨迹设计、探测程序、探测工具施工难度、后期动态压井作业的影响,以及平台火灾热辐射半径、平台定位方式等。南中国海深水救援井井位选择要考虑台风和内波流这两个关键因素。对于锚泊定位平台,主要考虑布锚方案、内波流及台风影响;对于动力定位平台,主要考虑平台作业窗口和其他作业船只的影响。基于南中国海深水救援井井位选择影响因素的分析,结合实例给出了救援井井位优选方法。