基于数字孪生的油气井井喷失控抢险技术研究

井喷失控是石油天然气工业领域的灾难性事故,尤其是高压高产高含硫井井喷失控着火后,复杂抢险环境对抢险技术、抢险装备和作业人员的安全带来了极大的挑战。将数字孪生技术应用于油气井井喷失控抢险领域,通过对失控井场、抢险机具等进行虚拟映射,模拟构建真实的复杂抢险环境,有助于解决井喷失控抢险的关键问题。首先分析了井喷失控抢险面临的挑战和数字孪生技术的难点,针对技术难点开展了井喷失控抢险数字孪生关键技术研究,初步形成了恶劣抢险环境大覆盖高速网络构建、抢险机具数字孪生控制、多源信息融合、井喷失控抢险决策指挥等技术,实现了井喷失控抢险技术与数字孪生技术的深度融合,并取得了一定的应用效果。最后指出该技术仍处于起步阶段,下一步将在提升恶劣抢险环境下高速网络的稳定性、抢险机具孪生控制协同性、多源信息融合模型的准确性等方面持续攻关。该技术将推动井喷失控抢险由“近井口无人化”向“信息化、智能化”转变,促进了国内陆上油气井井喷失控抢险技术的突破和提升。

井喷发生后硬关井的井口压力分析

井涌或井喷发生后,成功关闭防喷器是保护井筒、避免事故恶化的重要措施;而确定关井载荷、界定关井时机对研制与安全运营高压井口装置具有重要意义。以超高压防喷器国产化研制为背景,针对井喷/井涌时地层气体大量侵入井筒、推动钻井液柱加速上行的极端恶劣工况,利用瞬变流理论建立硬关井后井筒环空水击波传播数学模型,计算大量气侵发生后不同时刻实施硬关井引起的井口动载荷,为设计、选用和校核井口装置提供载荷依据。针对防喷器压力等级,给出关井时机界定条件,提出在井口安装钻井液返速监测装置,当流速达到预警值时自动关井,确保井口装置安全。

基于虚拟现实技术的井喷抢险模拟平台开发

井喷着火抢险作业的培训模式普遍存在着实地模拟危险性高、视频教学经验积累慢的缺点。有必要开发一个不受时间和场地限制的虚拟现实(Virtual Reality,VR)培训平台。利用Unity3D引擎搭建虚拟井场环境,使用粒子表面渲染和粒子系统实现井喷着火效果模拟,并建立多点源火焰热辐射模型,动态计算人员受到的热辐射伤害,以不同热辐射伤害等级划定安全范围。同时基于分层式复合碰撞体实现救援设备的人机交互和结果事件响应,完成一体化救援流程。结果表明:井喷着火时,安全距离应在70米以上;随着火焰倾角增加,最大安全距离都会向火焰倾向方向不同程度增大,最小安全距离会向火焰倾向的反方向不同程度减小。上述平台的开发建立,对安全救援作业有一定的借鉴意义。

海上浅层气井喷燃烧场景模拟

海洋油气钻采过程中,当钻井遇浅层气时容易引发井喷事故,井喷可燃气体泄漏引起的火灾对海上平台及钻采装置构成严重威胁。基于计算流体力学(CFD)与有限元分析方法,利用热-流-固耦合与扩散原理构建了井喷燃烧场景,预测了井喷燃烧过程中火焰的扩散与发展规律,并获得井口装置在高温下的热力学响应。结果表明:随着井喷可燃气体的蔓延,高温区域不断扩大,火焰及热辐射对相邻井口装置的服役状况产生显著影响,风速与井喷速度为影响火焰延伸及井口装置热力学响应的主要因素。所建立的热-流-固耦合模型与分析方法可应用于井喷事故中海洋平台的安全评估。

防火围油栏和撇油器在海上井喷溢油处置中的适用性分析及展望

随着我国海上石油勘探开发强度的不断加大,海上井喷溢油事故风险持续增高。针对井喷溢油事故这一最为严重的海洋环境污染事故,有必要结合井喷溢油事故现场可能出现的工况环境和相应的处置策略,对用于处置井喷事故的防火围油栏、撇油器的适用性进行分析。同时通过对比行业内溢油应急设备制造及现今装备制造自动化、智能化的发展动态,明确我国溢油应急设备现状的不足和今后溢油应急设备的发展方向,以达到在井喷溢油这一极端工况下,有效控制和回收溢油、最大限度降低环境污染风险的目的。

国内外井喷失控抢险技术现状与发展建议

油气井井喷失控是石油天然气勘探开发中的灾难性事故,带来的财产损失、环境破坏和社会影响较为巨大,为将井喷失控所带来的损失或者影响降到最小,井喷失控抢险技术随之发展。文章阐述了国内外陆上油气井井喷失控抢险技术的发展现状,分析对比了各项技术的优势及差距,并指出国内陆上油气井井喷失控抢险技术经过近三十年的快速发展,在技术装备与实战能力方面已达到国际领先水平。针对油气勘探开发的趋势,建议当前井喷失控抢险技术接下来从高压高产油气喷射扩散与干扰冲击、失控井周边温度场分布、近井口可视化等方面进行技术突破,从高效水力喷砂切割装备、远距离火焰切割装备、小型化抢险机具等方面升级迭代抢险装备,以不断推动井喷失控抢险技术的发展,满足极端恶劣抢险工况下的抢险需求。

井喷失控油气井喷量预测新技术

油气井井喷失控后,能否及时准确地预测失控井喷量是当前抢险方案制定和决策指挥面临的关键难题之一。文章通过对失控油气井喷射行为分析,提出了基于仿真反演、图像智能识别流速和气核流速直接测量等三种喷量预测方法,开发了相应的软硬件系统。带火喷射模拟实验表明,喷量预测精度最高能达到95%以上。喷量预测新技术的开发实现了井喷失控油气井喷射产量从定性到定量评估的升级,有助于进一步提升抢险效率和安全性。

油气井钻井过程中井喷预测机理研究

在油气井钻井作业过程中,井喷前会有各种预兆如:①钻井液返出量增加;②钻井液池中钻井液体积增加;③停泵后钻井液外溢;④循环系统压力上升或下降;⑤钻井时悬重增加或减少;⑥返出的钻井液中有油花气泡等。上述预兆对预防井喷起着至关重要的作用。为此,在分析井喷原因及井喷预测机理的基础上,利用钻压、大钩负荷、转盘转速、返出流量、泵压、钻井液密度、硫化氢浓度等,建立了井喷预测数学模型,提出了井喷事故发生的危险指数,通过对该指数的计算和分析,便可预测井喷事故发生的可能性。实例验证结果表明,该井喷预测模型能为防止井喷的发生提供科学依据。

钻井井喷失控因素分析及预防对策

井喷失控是钻井中的灾难性事故,有必要开展井喷失控研究,找到井喷失控发生的原因和提出防止井喷失控的对策。在统计分析1970年到2009年间中石油发生在钻进过程中的48例井喷失控事故的基础上,通过对防喷器、节流压井管汇、套管、井喷后爆炸起火等井喷失控因素分析,并利用MLS法对上述各种井喷失控因素危险值进行评估。最后,根据井喷失控因素分析和危险值评估结果,结合现有的钻井井控设计,提出了防止钻井井喷失控的对策。

深水地平线井喷失控事故——完井顶替阶段的井控问题分析

2010年4月20日发生在墨西哥湾的“深水地平线”钻井平台Macondo油井的井喷失控事故,导致了11名工作人员死亡及17人受伤,引发了大规模的海域污染,成为迄今为止全球最大的溢油灾难。通过事故调查发现,有多个关键阶段的问题导致了该事故的发生,本文特别聚焦于完井顶替阶段的井控问题,通过分析完井顶替作业过程,讨论了钻完井顶替作业中井喷预防与控制的重要性,并提出了管理建议以期为相关行业提供借鉴。

罗家16井井喷失控解读——过平衡钻井中的井控问题

由于井内平衡、过平衡条件可以演变成欠平衡引发井口溢流和诱发井喷,因此,钻井全过程中连续观察出口管流态和定时观察循环罐液面,起下钻中连续观察出口管,记录、核准应灌钻井液量仍然是发现溢流的最为有效的办法。有条件时,通过人工和仪表测量记录同时进行。特别是起钻灌浆的记录报表格式必须反映液面的动态变化,包含预测灌入量、实际灌入量、误差等内容,同时规定要求强制灌满见返的间隔时间。结合重庆“12.23”罗家16井井喷失控重大事故,收集整理了事故发生之后所能找到的有关的资料和数据进行分析推算,对该井在某些特定地质条件和井身状况下发生井喷的原因进行分析讨论。

井喷失控着火井口重置关键技术

在石油开采事业当中,针对喷失控所引发的火灾事故相关技术人员要采取恰当合理的应对措施,这一控制措施便是井口重置技术。在控制措施应用的过程当中,相关技术人员首先要充分明确井喷失控着火事故所带来的巨大危害和不良影响,引发生产设备的损坏以及停产问题,一线施工工作人员的生命安全受到不利威胁,应急救援工作无法有效开展,还会对自然生态环境造成污染和破坏。为此,相关技术人员要从不同角度充分明确井口失控火灾事故的具体发生原因,其中包括地质因素、人为因素以及技术因素等方面,真正意识到井口从事技术应用的价值和作用性,为石油开采事业的持续稳定发展带来支持和动力,明确井口重置技术的应用要点,采用恰当合理的技术应用策略,切实有效的开展处理以及安全设施的检修维护工作。

环境保护与井喷风险管理的综合分析

本研究首先阐明了井喷风险的定义、特征以及与环境保护相关的实例,然后分析了井喷风险管理对环境保护的重要性,最后把研究重点放在基于环境保护的井喷风险管理上,分成识别和评估、风险缓解两部分内容。希望通过研究明确井喷风险和环境保护之间的关系并提示井喷风险管理的要点,旨在构建安全的作业环境,同时最大限度地降低作业活动对环境的影响。

农村抽水用电负荷井喷式增长应对措施

1产生原因为改善营商环境,各地响应国家发展改革委、国家能源局《关于全面提升“获得电力”服务水平持续优化用电营商环境的意见》,实施零费用接入。低压抽水用电容量都不到100 kW,按零费用接入政策,用电客户不需支付接入费用,可就近接入电网用电,由于用电比用油要节省得多,极大地推动了抽水灌溉用电。以湖北省为例,2021年新增农业排灌用电3.56万户,容量47.24万kW,年用电量87269.63万kWh;2022年新增农业排灌用电3.57万户,容量46.65万kW,年用电量120589.10万kWh;2023年新增农业排灌用电4.67万户,容量55.65万kW,年用电量108223.17万kWh。

汇川技术井喷式增长源自哪里?

从闯入纺织行业的黑马到纺织全流程自动化系统方案专家,汇川技术纺织团队凭借十多年的努力成为了越来越多纺织客户信赖的战略合作伙伴。而今,在各个细分行业,汇川技术都在全力构建行业健康发展生态,通过技术端发力,向能源要效益,惠及产业链上各合作伙伴。2024年时间过半,他们又取得了怎样的“战绩”?我们采访到了汇川技术纺织行业总监齐志远。

井喷的危害及其预防和处理措施

试油测试中极度重视井喷的预防工作。但因井下作业自身带有一定的危险及不可预测性,所以当事故发生后,应分析井下具体情况,积极采取措施,让事故的损失降到最低是不容延误之事。

新疆油田钻井井喷风险分级及井控管理

为了减少新疆油田钻井溢流井喷事件,杜绝井喷失控事故,在统计新疆油田影响钻井井喷风险的地质环境因素的基础上,利用模糊数学理论建立了油田基于地质环境因素的钻井井喷风险分级模型,对各个区块的钻井井喷风险程度进行了分级,结果表明南缘山前构造勘探开发区块及克拉美丽气田的钻井井控风险值最高。建议对新疆油田钻井井控进行分级管理,针对不同的钻井井喷风险等级,制定了针对性的井控对策,建议在井控设计时考虑钻井井喷风险分级设计。

浅层天然气井喷对地层的损伤影响与桩基工程危害分析

针对杭州湾大桥在勘探过程中发现桥址区地层有浅层天然气分布并发生井喷这一现象,基于现场勘探时浅层气井喷特点与影响因素,认为引起井喷的主要原因是起钻抽吸作用和灌浆不及时所致。井喷是含浅层气土体的渗透比降超过其气压临界比降条件下的非饱和渗流破坏过程,对地层的影响表现为对土体的损伤和扰动,按扰动程度可分为剧烈扰动区、严重扰动区、轻微扰动区和含气层压密区。桥址区粘土层中的浅层气不会对桩基工程产生明显的危害,但砂土层中的浅层气可能会引起土体剧烈扰动显著降低桩基承载力、桩基发生不均匀沉降或桩腿下沉、桩基中产生负摩擦力和阻碍桩基础顺利施工等不利影响,应从桩基础合理选型、预先进行不扰动土体控制释放浅层气、充分考虑不利因素的安全设计,以及在施工过程中增高钻孔桩作业平台与增大泥浆比重等几方面进行灾害防治。

井喷失控井喷流出口速度预测方法研究

失控井喷流出口速度、喷口内压力、喷层产量都是井喷失控处理方案设计、作业施工中重要的基础数据。由于井喷失控井井口环境条件复杂,井喷失控后无法在井口安装测量仪表及在高速喷流中放入参照物,不能直接获取以上数据。文章利用地质、钻井过程获得的地层物性参数和气体动力学方程,探讨井喷失控井天然气喷流在不同井筒流动尺寸及组合的喷流速度预测模型,可应用薄剪切模型或RNG修正的k—ε模型定量描述速度场、温度场、浓度场分布。为井喷失控井处理方案设计、施工作业提供基础数据。

特种凝胶在处理“井漏井喷”中的应用

川东北罗家2井在第二次完井中发生套管破裂,引发严重井漏和井喷,井底的高压、高含硫化氢气体从破口处窜入地层,沿套管外质量差的水泥环上窜到断层处经裂缝上窜到地面,天然气和地层水在距井口1.2km的地方窜出地面,造成险情。为此,选用特种凝胶ZND进行堵漏。该特种凝胶ZND不同于一般的聚合物堵漏剂,它不需要交联,在地面配好后直接使用,特种凝胶在地面管线钻具水眼及环空中容易流动,而进入漏层后黏度迅速增加,流动阻力大,具有很强的黏弹性,可以占据漏层附近的漏失空间。特种凝胶ZND难以与地层水混合而被冲稀,如果被气体吹散,细小的颗粒不与地层水混合,可以在地层重新集结,形成结构。特种凝胶ZND在川东北罗家2井中的成功应用,验证了其处理恶性漏失的技术可行性。