储气库采–关作业油管气相波动压力分析

为优化储气库采–关作业,降低油管气相波动压力,减少冲击载荷导致的阀芯和油管疲劳失效,考虑气相压缩性、流动速度、压力波速等因素,基于质量及动量守恒方程,建立了储气库采–关作业油管气相波动压力数学模型,并采用特征线法编程求解。以呼图壁储气库H2井为例,分析了储气井日产气量、油管深度、油管内径、关阀时间和气体流量等因素对油管波动压力的影响。随着阀门关闭时间延长,波动压力峰值减小,达到峰值的时间增长;随着油管内径减小、日产气量增大、关阀时间缩短,波动压力呈增大趋势。日产气量从50×10^(4)m^(3)/d增至600×10^(4)m^(3)/d,井口波动压力最大峰值减小10.05 MPa,井底波动压力最大峰值减小4.01 MPa。研究表明,油管气相波动压力数学模型具有较高精度,可以为储气库采–关作业提供指导。

控压钻井起下钻波动压力影响因素研究

控压钻井通过精确控制井筒压力剖面有效降低井控风险,起下钻过程中具有明显的抽吸、激动效应,对井筒压力的影响显著。本文基于钻井液流变模式优选,建立了波动压力计算模型。并以川渝深井为例,讨论了不同起下钻速度、钻井液性能及井身结构的波动压力变化情况。结果表明,模型计算结果与实际误差控制在0.5MPa以内,起下钻速度、钻井液流变性能、井筒特性等对波动压力影响规律各不相同。为了保证井控安全,在储层段起下钻时需综合考虑。

波动压力对浅层大位移井安全密度窗口的影响

浅部地层承压能力低,井壁失稳与井底压力控制密切相关,过大的波动压力易导致井漏等井下复杂情况。基于起下钻过程中引发的波动压力为目标,以起下钻引发的波动压力为研究对象,建立了大位移井起下钻波动压力计算模型,并开展起下钻速度、钻柱加速度、钻井液密度、流性指数、稠度系数及环空间隙对波动压力影响的定量分析。结果表明:当起下钻加速度为0.15m/s^(2),波动压力当量密度增加0.08g/cm^(3);起下钻速度由0.2m/s增大至0.5m/s时,波动压力当量密度增加0.17g/cm^(3);同时,钻井液性能参数的增加和环空间隙的减小,也引起波动压力增加,进而导致安全泥浆密度窗口变窄。研究结果给出了保证井壁稳定的合理工程参数范围,为现场施工提供指导。

高温高压油井套管下放波动压力研究

波动压力是破坏井眼压力平衡系统导致井喷、井漏、井塌及其他复杂情况的重要原因,其预测及应用在钻井工程中占有重要地位。在固井作业下套管过程中,主要表现为激动压力,通过控制套管下放速度来控制激动压力,从而实现全过程平衡压力固井,不压漏低压层和保护薄弱地层。波动压力预测作为非常规套管柱设计的主要因素,在海洋高温高压钻井中显得尤为突出。尽管动态计算方法能较准确地计算井底波动压力,但是从安全角度来考虑,稳态法更适合实际工程计算。

钻井泥浆泵失控/重载引发的波动压力

泥浆泵失控/重载引发的不稳定流动对泥浆泵设备损害较严重,容易给钻井作业带来安全隐患。考虑钻井液压缩性、管道弹性,结合井口泥浆泵及其管路的特殊结构,建立了钻井中泥浆泵失控/重载等事故引发的泵入口管线的波动压力模型。以一个具体的工程实例为背景,借助计算机编程对其求解。计算结果表明,当立管压力为18 MPa时,双泥浆泵失控引发的波动压力高达6.77MPa,双泥浆泵重载引发的波动压力高达11.59 MPa;随泥浆泵数量增多/立压增大,增大了泥浆泵高速运转的惯性,从而泥浆泵入口管线所受波动压力增大;随泥浆泵入口管线长度增大,增大了波动压力的摩擦阻力做功,减小了波动压力动能及压力势能的转换,从而泥浆泵入口管线所受波动压力减小,波动压力叠加时间滞后。

井内波动压力

管柱(钻柱、套管和油管等)在充满流体的井内运动,会产生波动压力,这个附加压力会影响井内压力系统的平衡关系。本文介绍了稳态波动压力计算方法的要点,并指出其粘附系数K值计算曲线所存在的问题。这是因为常用的钻井液多为幂律流体和宾汉流体,而原作者用牛顿流体的K值曲线计算井内波动压力,显然不符合井内实际情况。在分析波动压力机理的基础上,本文推导出适合井内幂律流体和塑性流体K值的计算公式。稳态波动压力计算方法,由于未考虑流体的压缩性和流道的膨胀性等具体井内条件,故只适用于浅井。1977年以来,美国AMOCO公司的研究人员,以弹性-可压缩流体理论为基础提出了瞬态波动压力计算方法,由于所考虑的条件更符合井内实际情况,所以更具有普遍性和准确性。

幂律流体偏心环空波动压力数值解

钻井液性能和环空几何形状对波动压力影响很大。本文建立了双极坐标下非牛顿流体偏心环空稳态波动压力的控制方程，利用盒式积分法和有限差分法推导了椭圆型变系数非齐次偏微分方程的数值模型，以幂律流体为例计算了下套管作业时所产生的激动压力梯度和偏心环空速度分布。模型计算结果表明：随偏心度增加，波动压力减小，偏心环空宽、窄间隙内速度分布差异增大。管柱完全平躺于井眼下侧时的波动压力大约只有管柱居中时的一半。文中还把数值模型计算结果与经验模型和近似模型计算结果进行了对比。

赫-巴流体在偏心环空中的波动压力计算模型

在窄环空间隙中下套管、小井眼钻进、深水钻进和大位移井钻进等作业中,精确的波动压力计算模型是准确预测井底压力的前提。以往利用CFD软件模拟赫-巴流体在偏心环空中流动的波动压力计算方法不仅对计算机性能要求高,而且时间成本高,导致现场应用受限。用窄槽流动模型模拟偏心环空建立了流体流动的物理模型,在稳态层流条件下,结合流体流动的控制方程和赫-巴流体的流变方程,建立了波动压力数学模型和基于自适应辛普森积分与黄金分割理论的数值求解方法,利用室内试验结果对模型的合理性进行了对比验证。结果表明:建立的赫-巴流体在偏心环空中的波动压力数学模型结果准确;采用的数值求解方法精度高、速度快,与室内试验数据对比误差在10%以内,满足现场精度需求;分析了波动压力的影响因素,在管柱处于完全偏心的情况下,波动压力梯度降低为同心环空的50%左右,在窄环空间隙中作业时,应严格限制起下钻的速度。

起下钻过程中井筒稳态波动压力计算方法

为了避免起下钻过程中井涌、井漏等复杂情况的发生,需要提高井筒波动压力计算精度。以槽流模型为基础,结合起下钻过程中的流体真实速度分布情况,根据井筒流体的连续性及相应的边界条件,分别讨论层流、紊流状态下的波动压力,建立了基于钻柱运动的稳态井筒波动压力计算模型,并采用数值解法对模型进行求解。结合现场生产数据分析发现:当起下钻速度由0.2 m/s增大至0.6 m/s时,波动压力由0.21 MPa增大至0.27 MPa;钻柱运动速度、流体流变性等条件不变,环空内外径之比由0.55增大至0.95时,井筒波动压力增加幅度由0.30 MPa增大至0.50 MPa。采用文献数据进行计算对比,结果表明:Burkhardt模型的计算误差多数大于8%,波动压力模型预测值与实测值的计算误差基本小于5%,符合精细控压钻井计算误差要求。研究结果表明,采用井筒稳态波动压力计算方法可以精确分析非钻井过程井筒压力,指导现场安全生产。

在波动压力下操作人员人因可靠性分析

简述了人因可靠性的研究现状及操作人员的压力特征和压力、功效关系。运用马尔可夫随机过程理论对在波动压力下可靠性的定量分析进行了探讨 ,并从人机工程学的角度 ,提出了设计中应该重点考虑的对操作人员压力有显著影响的 3个要素 ,即操作空间和操作设备的设计。

基于赫巴流体的偏心环空波动压力数值模拟

基于牛顿流体、幂律流体以及卡森流体建立的偏心环空稳态波动压力预测模型计算过程对计算机的硬件要求较高,在现场条件下并不适用。为此,基于钻井液赫巴流变模式,利用Fluent软件对起下钻波动压力进行了计算,并将计算结果与现场广泛应用的压力模型及室内试验数据进行了对比验证。建模时采用一阶迎风格式对动量方程的对流项进行离散,壁面设为非滑移壁面。分析结果表明,数值模拟结果与现存的同心环空计算模型及同心、偏心室内试验结果具有很高的一致性,最大误差不超过8%;流动指数、钻柱井筒直径比以及钻柱偏心度对波动压力影响较大,在窄间隙工况或具有高流动指数流体的情况下应严格控制起下钻速度。

小井眼侧钻水平井波动压力计算模型

石油钻井过程中，准确确定起下钻引起的波动压力是保持井下压力平衡、防止井下复杂事故的发生和实施近平衡钻井的关键。随着近年来小井眼水平井钻井技术的不断应用，迫切需要解决钻小井眼水平井时的波动压力的计算问题。文中根据小井眼水平井的特点，用Ｈ－Ｂ模式描述钻井液的流变性，从流体运动的基本方程出发，建立起了小井眼侧钻水平井的波动压力计算模式。实例计算表明，该模式是可靠的，且具有较高的计算精度，完全可以用于小井眼侧钻水平井的钻井设计和施工。

基于四参数流变模式的钻井液稳态波动压力计算

现存的波动压力计算模型主要是基于宾汉流体、幂律流体以及赫巴流体所建立的。这几种流变模式在适用范围上都存在一定的局限性,近几年有人提出来一种四参数钻井液流变模式,该模式在不同剪切速率情况下都能精确的描述钻井液的流变特性。基于四参数流变模式提出了一种直井条件下起下钻稳态波动压力计算模型,通过与现存的模型相对比可以得知,该模型具有很好的适用性。将该模型与Crespo室内实验相对比,结果也吻合较好。此外还分析了起下钻速度、钻井液流动指数、钻柱井筒尺寸比等参数的敏感性。该模型的提出可以对现场精确计算起下钻波动压力、确定安全起下钻速度提供有效的指导。

小井眼钻具升降产生的孔内波动压力

钻具在充满钻井液的钻孔内运动时所产生的波动压力是影响钻孔稳定的主要因素。为了研究影响孔底波动压力的因素,对俄罗斯学者的试验数据进行回归分析,得出波动压力与起下钻速度、钻孔深度成正比关系,并受钻井液性能、钻孔结构等参数影响,得出波动压力计算公式。经过工程实例验证,该公式计算结果准确可靠,能满足工程实际需要。

带屈服值的假塑性流体同心环空稳态波动压力研究

管柱在充满钻井液的井眼内运动时所产生的波动压力是影响井眼稳定的主要因素．其大小是制定泥浆附加密度的主要依据．因此要求对实际波动压力的预测有较高的精度，而其精度与泥浆流变模式的选择密切相关．屈服假塑性流体属于三参数模式，因其精度高，近年来国外多用其描述钻井液的流变性．文中以该模式为基础，从理论上推导了定向井同心环空中起下钻或下套管过程中，稳定层流条件下钻井液粘性产生的波动压力计算模式．为便于现场应用，绘制了不同情况下波动压力系数的变化规律．并给出了计算示例．对准确预测钻并作业过程中波动压力的大小、控制起下钻速度提供了理论依据．

井内瞬态波动压力分析

本文用混合隐式特征线法求解了井内流道中的瞬态波动压力问题,给出了弹性管和可压缩流体在井内各流道组合的压力波波动方程和定解条件。文中对运动管柱(钻柱,套管)在常规井身结构内的各流道组合进行了合理的划分,得出了各种情况下瞬态压力的数值解。本文瞬态波动压力计算结果比过去通用的稳态波动压力计算值更符合井内实际,因此用本文的方法能更准确地计算井内波动压力及确定合理起下钻速度。

宾汉液体直井稳态波动压力计算模式研究

为避免井下复杂情况的发生,严格控制起下钻或下套管等钻井作业过程中井内产生的波动压力,是钻井设计和施工必须考虑的重要问题之一。这就要求对实际波动压力的预测要有较高的精度,即需要精度较高的预测模式。多年来常用的波动压力计算模式为近似模式,存在一定的误差。为此,本文以宾汉流变模式为基础,从理论上推导并建立了直井起下钻或下套管过程中稳定层流条件下钻井液粘性所产生的波动压力计算模式——稳态波压模式。给出了便于现场使用的计算公式和图表。对钻井现场更好地控制起下钻或下套管速度和钻井液性能有一定的参考作用。

起下钻时井眼内动态波动压力的预测

以流体力学不稳定流动的基本理论为基础，建立了钻井起下钻作业过程中井眼内动态波动压力预测的理论模型。介绍了动态波动压力的基本方程及求解该方程的特征线差分和方格网加插值的求解方法。给出了考虑不同井身结构、钻具组合、钻头和喷嘴（包括泥包钻头）、起下速度和加速度变化等因素后边界条件及初始条件的处理方法。以算例的形式介绍了模型的应用情况。

波动压力约束条件下套管与井眼之间环空间隙的研究

利用一维不稳定流动的基本方程，对套管与井眼环空间隙不同时的波动压力进行了计算，绘出了环空间隙与最大井底波动压力之间的关系曲线。根据此曲线及地层破裂压力的最大极限值，可以确定某种尺寸套管与并眼之间间隙的最小值。研究结果表明，在套管与并眼间隙相同的条件下，套管尺寸越大，井底最大波动压力也越大。从控制井底最大波动压力的角度考虑，在确定套管与井眼之间的环空间隙时，大尺寸套管应采用较大的间隙。从波动压力因素方面考虑，由浅井条件所确定的套管与井眼之间的环空间隙同样适合于深井条件。

基于卡森流体的水平井波动压力预测新方法

针对水平井钻井过程中产生的波动压力问题提出了一种新的预测方法。以钻井流体力学理论为基础,阐述了水平井环空波动压力的流动物理模型,考虑管柱偏心对钻井液流动规律的影响,从一维稳定流动的基本方程和卡森模式的本构方程出发,引入卡森流体在水平井偏心环空轴向层流的流量模型,进而结合管柱在不同现场工况下的环空流量方程,使用mathematica软件进行数值模型的计算,最终建立了预测水平井各个井段波动压力的新模型。实例计算表明:该方法计算简单快捷,预测准确,对水平井钻井过程中的安全控制具有重要的指导意义。