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。

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。

井喷失控喷流运动学特征参数确定方法

井喷失控是石油及天然气开发中出现的重大恶性事故 ,它将严重危及人民的生命财产 ,污染良田 ,破坏生态环境 ,造成地下资源损失。文章利用空气中紊动射流理论 ,视失控井喷流为一束沉没自由紊动射流 ,分析喷流形状特征尺寸和速度场分布及参数的确定方法 ,为失控井喷着火井处理方案分析 ,处理设计及处理作业提供基础数据 ,达到快速清障、灭火、重建井口控制系统。

欠平衡钻井多相流动循环系统分析

欠平衡钻井是开发低压低渗透储层和枯竭油气藏非常有效的钻井技术。它不但可将地层损害减小到最低程度，而且在钻井过程中有机会对储层进行评价和描述，在钻遇复杂地层中可防止漏失和地层压差卡钻，并能大幅度提高钻速。欠平衡钻井循环系统是一个多相流体流动的非稳定压力系统，它受注入流体气液比，储层流体二次充入，地面回压等因素控制。为此，分析了这个多相流循环系统设计中应考虑的一些主要问题。并通过井底压力模拟计算表明：循环系统在静压控制区工作时，气相注入速率的微小变化，将引起井底压力突变，该区为循环系统不稳定区，欠平衡钻井操作应避免在该区工作而引起井眼失稳和过平衡压力。循环系统在摩阻控制区工作时，对气相注入速率和地层流体进入系统，井底压力变化平缓，因此该区为循环系统稳定区，欠平衡钻井作业在该区能保证设计负压差值。但随着气相注入速率的增加，井底压力增加，此时应控制氮气注入速率，节约钻井成本。

拟瞬态井内波动压力预测模型

本文基于对井内瞬态波动压力预测模式中的影响因素的敏感性分析，及近几年对井内波动压力理论和全尺寸井实测研究，提出了一个新的预测井内波动压力的“瞬态化的稳态”预测模型．该模型考虑了井内流体的压缩性、流道弹性、运动管柱底端空井眼长度和运动管柱纵向应变及惯性力影响。该模型预测值比目前广为应用的稳态模型预测值更接近并内实际波动压力值，这将有助于井身结构设计的科学性、钻井液密度确定和井下复杂事故的控制。

一种有效的水力程序设计

在过平衡压力条件下钻进时,增大钻头比水马力能提高机械钻速,但同时泵液力端及高压循环系统易损件及油料费用也随之增加,且动力及传动装置使用周期减短,钻具损坏也频繁。因此,水力参数设计原则是增大钻头比水马力后,提高机械钻速所获得的效益必须大于或等于因水力能量的增加而导致的费用增量、文中介绍了按此原则进行水力程序设计的方法。

全井钻头序列优化组合及参数优选

钻井过程中，全井钻头类型的优化是一个多阶段决策问题。本文根据系统工程理论，生成全井钻头序列优化组合多阶段决策树，并构造出全井钻头动态规划的状态转移方程、指标函数、由最小化理论寻求最优树枝途径，以此获得全井钻头序列优化组合及工作参数优选，这是深井、超深井钻井，缩短钻（建）井周期，获得高钻速。

气体钻大斜度水平井最小注气量计算方法研究

针对气体钻井如何确定合理的钻井流体力学参数的难点。以前沿用的气体钻井参数计算方法,因其依据的假设条件带有局限性,其设计气量都比实际情况偏小。为此,通过钻铤与钻杆交界面、套管与裸眼交界面进行分析和判断,以空气钻井流体力学参数设计为依据。从力学分析入手,根据空气动力学翼型的气动特性,引入薄翼理论,对岩屑颗粒进行受力分析,探讨了气体钻大斜度水平井有效携带岩屑的最小排量问题。在此基础上,提出了计算气体钻大斜度水平井流体力学参数的方法和公式,并且利用数值模拟软件对井内环空压力分布规律、环空携屑能量分布规律进行了分析,确定了水平井携岩的最小气量。计算结果与油气田实际应用情况符合性较好。

三维可视化技术在石油钻井中的应用

随着油气勘探开发难度的提高 ,钻井的复杂程度也相应地增加。为了获得良好的钻井效益 ,应加强钻井、地质和地球物理学科的交流 ,尽可能多地使用钻井、地质、地球物理测井的相关资料。文章描述了三维可视化技术在钻井工程中的应用 ,即可以将已钻井数据、待钻井设计数据及其与之相关的力学、地质和地球物理数据紧密地结合 ,在三维可视化环境中形象直观地展示数据之间的相互关系 ,在钻前设计、钻进监测、钻井事故预测与处理及钻后分析中 ,有效提高钻井人员分析复杂数据和提取有效信息的能力 ,加速他们与相关学科的交流和协作 ,从而提高钻井效益。

井内波动压力动态模拟及影响因素

管柱在充有钻井液的井内运动时会引起波动压力,将使井内压力系统失去平衡而引起井喷、井漏、井塌或卡钻等井下复杂情况和事故。故准确预测和控制波动压力是钻井工作者关心的问题。本文提出了井内波动压力的动态模拟法,并对有关的影响因素进行了分析。

三区复合凝析气藏试井模型井底压力动态分析

针对传统凝析气藏油气分布模型存在的问题,建立一种新的三区复合凝析气藏试井模型,并推导出外边界为无穷大、封闭和定压3种情况下井底压力的表达式,绘出了相应的典型样板曲线,并对三区复合凝析气藏的井底压力动态变化及影响因素进行分析和讨论。该方法采用的新模型更符合凝析气藏的开采过程中的真实情形,对该类气藏的开采分析研究具有现实的指导意义。

空气钻井地层出水限定值的探讨

采用空气钻井时,经常会遇到地层出水的情况,大多认为在出水量达到5m3/h就应该转化成雾化钻井或其它方式钻井,更有甚者认为出水量大于2m3/h时就应该转化。事实上不同的地层岩石特性不同,对于地层出水的限制也应该不同,所以应根据裸眼井段的地层岩性、井壁稳定性、裸眼井段是否有漏失层等条件而定。

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。

整筒管式抽油泵环隙漏失量计算模型的完善

为提高整筒管式抽油泵环隙漏失量的计算精度，针对柱塞与泵筒偏心及泵工作时环隙里倒喇叭状的实际情况，提出了计算整简管式抽油泵环隙漏失量的心渐缩环隙模型，并根据流体力学理论，导出了该模型的动、静态环隙漏失量计算公式。实例计算结果表明，柱塞偏心度对环隙漏失量的影响随泵径和果挂深度的增加而减小，且泵挂深度越小、泵径越大，减小幅度越大。

动力压井法与计算方法研究

动力压井法是一种非常规井控技术 ,在动力压井过程中利用井内或环空流体的流动阻力和静液压力来平衡喷井的地层压力 ,它已在压制强烈井喷中成功使用。文章介绍了确定动力压井所需流量的 3种方法 :在纯摩阻法计算模型中用单一流体计算流动压降 ;稳态两相模型表征稳态条件下的流体流动 ,并考虑两相流体在温度、压力变化条件下的压缩性 ;瞬态两相流动模型计算泵入压井液过程中两相邻时间段的井底压力变化。不断增加的静液压力与流动阻力加大了对地层的压力 ,分析与计算结果表明 :两相流动模型优于单一流体的纯摩阻计算法。当压井管柱底端不在井底时 ,可以使用离井底动力压井法。在注入点处压井液液滴的沉降与液体回流是该方法压井成功的关键 ,因为它们能够增加对井底的有效压力。液滴的最大直径和牵引系数是判断沉降与回流的依据 ,最大液滴直径可据Weber数确定 ,而牵引系数是滑脱速度雷诺数的函数。压井液在上升天然气气流中碎裂成液滴是一个由空气动力学与流体力学所决定的复杂过程 ,尚需进一步研究以得出能更精确地确定离井底动力压井作业中液体回流的条件。

失控着火井天然气喷流燃烧火体力学行为研究

量化井喷失控井喷流、燃烧火体及其响应域速度、压力、温度场分布规律对失控着火处理方案分析、处理设计及处理作业都具有重大意义。文章分析了失控井天然气喷流录相,并根据自由紊动扩散射流理论分析了失控着火天然气喷流及燃烧火体的力学行为。结果认为:喷流速度大于火焰燃烧速度段为轴对称(圆形)自由紊动射流,燃烧火体段是由于紊动射流的脉动而卷入环境空气与喷流(燃料)混合燃烧的;当未着火段接近井口时可被视为紊动扩散燃烧火焰,而当未着火段远离井口时则可被视为紊流部分预混燃烧火焰。在建立了失控井天然气喷流及燃烧火体物理模型后,可进而建立相应的数学模型以定量描述喷流、燃烧火体及其响应域的动力学参数。

空气钻井防止井下燃爆体积流量计算方法

针对空气钻井中较难确定最小注气量的难题,注入的空气既要能有效地携带岩屑,又要能防止井下燃爆。基于修正的Angel模型,根据井底和井口岩屑粒径的变化,考虑岩屑多次碰撞、重复破碎造成的能量损耗,应用最小动能法建立了携带岩屑的最小注气量方程;根据天然气进入井内的速度和甲烷在井下的燃爆极限,通过控制甲烷的体积浓度,得出了防止井下燃爆的注气量的计算方法。

气体钻井携带液体最小注气量计算

气体钻井是以空气或氮气作为循环相把钻屑和液滴带到地面的钻井技术,井筒出水未带出的液滴与钻屑混合形成的泥环,会导致岩屑和液体在井底聚集并降低渗透率,影响油气产量。因此,准确预测能携带岩屑和液体的最小注气量是目前亟待解决的问题。基于Boyun Guo的井底压力四相流模型和携带液体最小动能理论,并引入Qian Fang考虑的雷诺数和液滴球形度的滑脱系数理论,建立了求解气体钻井中携带液体的最小注气量方程,注气量计算结果与现场实测数据非常接近,并得出了相比仅携带固体钻屑,同时携带固体钻屑和液滴所需注气量更大的结论。

偏心环空中稳态波动压力的理论研究

本文从理论上分析了偏心环空中管柱上下运行时引起的波动压力，导出了偏心环空中幕律流体的稳态波动压力的计算公式，从而为波动压力的计算提供了可靠的理论依据和计算手段，为大斜度井和水平井井身结构设计及井内压力控制提供了重要依据．为方便现场使用，给出了有关系数的计算图板。