随机波浪及平台运动下控压钻井隔水管端部轴向位置预测方法

控压钻井(managed pressure drilling,MPD)技术是深水钻探时解决泥浆密度窗口较窄问题的重要技术。MPD隔水管端部为旋转控制头(rotating control device,RCD),其轴向位置的变化会直接影响井底压力。目前关于深水MPD隔水管端部轴向位置预测方法的文献较少。本文基于欧拉-伯努利梁理论,考虑管内高压和钻井液流速的影响,采用直接刚度矩阵法建立MPD隔水管系统动力学理论模型,采用Newmark-β积分法对MPD隔水管系统的动力学方程进行求解,并进一步开展随机波浪及平台运动下隔水管端部轴向位置的动态预测研究。以南海某1600 m水深隔水管为例进行分析,算例表明,一年一遇随机海况、管内高压为12 MPa,钻井液流速为2 m/s,钻井液密度为1600 kg/m^(3)时,隔水管端部轴向位置改变量在0.5~0.6 m之间波动;当进一步考虑平台慢漂运动时,隔水管端部轴向位置改变量在0.2~0.7 m之间波动。据此可计算得到井底压力的波动范围,从而可为控压钻井作业时井底压力的精确调控提供参考。

智能钻头技术研究与应用探索

实际钻井过程中,在多主频、多维度、多振幅复合的六自由度复杂振动作用下,极易引发井下钻具疲劳损坏与岩石重复破碎,钻井工程在效率、安全、效益和质量层面面临着严峻挑战。作为破岩钻进的直接执行机构,钻头动力学响应是钻进参数、地质特性、钻具结构数据关系的直接体现。开展钻头位置数据采集与融合挖掘,是统筹钻进效率、经济效益、风险控制关系,针对性开展提速增效工具改进与钻井参数优化的根本需要。智能钻头技术是解决上述问题的重要手段。由此对智能钻头技术硬件研发与数据分析过程中的部分关键问题进行了探索,针对性地提出了中心式模块应力测量的刚性连接方案,设计了运动测量的棱柱式阵列构型及数据推算方法,开展了模块结构水力学优化;研制智能钻头样机,基于实测数据开展了BHA井下听诊与钻井参数优化应用探索;开展现场应用测试5井次、累计入井超140 h,工艺与方法可靠、有效。

水平井段泡沫流体瞬态携屑数值模拟研究

考虑层间质量传递和地层流体的侵入,建立了描述水平井段泡沫瞬态携岩机理的一维双层流动模型,基于修正的SIMPLE算法对模型进行数值求解,岩屑床厚度预测采用试算法,对泡沫携岩影响因素进行了敏感性分析。结果表明:岩屑床随钻时从钻头沿井筒延伸,一定时间后达到动态平衡;无量纲岩屑床厚度随着泡沫特征值和泡沫流量的增大而减小,随着钻杆偏心度、岩屑粒径和机械钻速的增大而增大,地层气和水的侵入有助于提高泡沫携岩效率。该模型为水平井泡沫钻井的水力参数设计和井眼净化技术提供了理论依据。

三参数自动控压钻井技术室内试验

为验证控压系统的工作原理、测量系统的精确程度以及控制系统可靠性和重复性,配套了一套室内工艺试验流程,对三参数自动控压钻井技术进行了室内模拟试验。试验结果表明,各个参数值都能在允许的时间内回到设定值,自动采集系统的控制过程比较稳定,控制效果良好;通过记录节流阀的节流压力和流量,掌握了各种节流阀的非线性流量特性以及节流阀和套压的延时特性;该试验流程配套简单,容易实现,可较好地模拟钻井的各个过程,通过对采集控制系统的不断调试,掌握了采集控制系统的调节特性,验证了控制流程、控制方案和控制方法的有效性,对现场试验有一定的指导作用。

饱和H_2S/CO_2溶液中Cl^-对2Cr13钢腐蚀行为的影响

采用失重法和电化学方法研究了饱和H_2S/CO_2溶液中Cl^-对2Cr13钢腐蚀行为的作用,并用SEM、EDS和XRD对钢上的腐蚀产物的形貌、组成与成分进行了分析。结果表明,随着Cl^-含量的增加,2Cr13钢在饱和H_2S/CO_2溶液中的腐蚀失重速率也增加,且在Cl^-含量为20g/L时达到最大值。在2Cr13钢上所形成的腐蚀产物以四方硫铁矿型FeS为主,并有少量的Fe_(1-x)S。2Cr13钢活性溶解的腐蚀电化学过程主要受阴极扩散过程控制,而Cl^-的存在不改变2Cr13钢腐蚀的活性溶解状态以及电化学反应历程与机制,仅影响了其腐蚀倾向和速率大小。

川东北地区气体钻井技术实践与认识

中国石化川东北工区应用气体钻井提高了钻井速度,由于工区陆相地层多为隐蔽储层,地质预测难度大,气体钻井中可能钻遇油、气、水层造成井下复杂情况,钻井中要做好随钻分析,不断优化钻井措施。针对该工区的地层特点及气体钻井的难点,对川东北地区推广应用气体钻井中应该注意的问题进行了探讨,提出了能减少气体钻井中复杂情况、有利于今后更好地应用气体钻井技术的建议。

三参数自动控压钻井系统的研制与试验

为避免钻井过程中出现井漏、井涌、压差卡钻等井下故障,尤其是解决窄密度窗口地层钻进过程中出现的又涌又漏的技术难题,在深入研究国内外现有控压钻井技术的基础上,研制了三参数自动控压钻井系统。该系统根据U形管原理,在钻井过程中不断检测套压、立压和流量等钻井参数,并利用节流阀自动控制系统对各参数做到了组合控制、无缝隙转换控制。利用全尺寸模拟井对三参数自动控压钻井系统进行了模拟试验,结果表明:立压或套压控制时,整个控制过程平稳,没有出现超调、震荡和发散问题,控制误差≤0.2MPa;在发生溢流和漏失时,流量的监测灵敏,控制及时,溢流和漏失总量小于800L就得以完全控制。试验证明,采用套压、立压和流量3种参数作为控制目标的控压钻井技术,弥补了单纯利用套压控制的不足,提供了更为全面的控压钻井解决方案。

欠平衡钻井技术在低渗透油藏开发中的应用

在介绍胜利油田低渗透油气藏地层特点的基础上 ,给出了欠平衡钻井施工的技术要点。以 2口井为例 ,介绍欠平衡钻井技术在开发低渗透油藏的应用情况 ,结果表明 ,欠平衡钻井技术是经济。

胜利油田高油气比地层欠平衡钻井技术

高油气比地层由于其气量较高,溢流激烈程度较高,欠平衡钻井的井控难度较大。胜利油田在渤深6区块的高油气比潜山油藏进行了十几口井的欠平衡钻井施工,通过对高油气比储层溢流特点以及施工中出现问题的分析,制定了一些有效的欠平衡钻井井控措施,并形成了一套适合高油气比储层的欠平衡钻井技术。防止油气在井底积聚,避免连续气柱的形成,是高油气比地层欠平衡钻井成功的关键;确定合理的钻井液密度,可实现无需节流控制;在地面处理系统中必须安装一个U形管,可增加液气分离器的水封高度,防止气体从液气分离器排液口间歇喷出。

欠平衡钻井技术在松辽盆地腰深1井中的应用

腰深1井是部署在松辽盆地长岭断陷达尔罕断凸带腰西构造高点上的一口直探井。该井储集层具有典型的低孔隙度、低渗透率特征,常规钻井容易引起储层伤害,造成气层产能下降,甚至不能发现气层。为此,在区域地质构造与岩性特征分析的基础上,论证了对该井实施欠平衡钻井的必要性和可行性,结合腰深1井的地质特征与井身结构参数,对欠平衡钻井实现方式、欠平衡压差、钻井液体系与性能以及欠平衡钻井参数等进行了设计。施工结果表明:欠平衡钻井技术保护了储集层,提高了钻井速度,延长了钻头寿命,钻进过程中发现了3套主力气层,达到了预期目标。该井欠平衡钻井技术的成功应用,验证和完善了欠平衡钻井设计和施工理论与方法,有助于欠平衡钻井技术的进一步应用和推广。

组合式钻井液气体分离器研制

为满足大排量、高含气钻井液的气体分离要求,通过结构优选、数值模拟和室内试验,研制了组合式钻井液气体分离器。该分离器结合重力式分离器和管柱式旋流分离器的优点,处理量大,分离效率高,可以应用于欠平衡钻井工艺中。

MPD技术及其在钻井中的应用

MPD(Managed Pressure Drilling)即控制压力钻井是在国外得到应用的一种先进技术。该技术能够解决复杂地层钻井所出现的复杂问题,如由漏失造成的钻井液费用过高、压差卡钻、井控问题,以及在狭窄压力窗口下钻进时可能发生的涌-漏现象等等,以提高钻井效率、降低钻井成本。

控压钻井技术在漏涌同存地层的应用

为了解决某油田活跃沥青层造成钻井复杂情况的难题,在A井、C井分别应用了恒定井底压力控压钻井技术和加压泥浆帽控压钻井技术,对控压钻进、控压接立柱时的回压施加方式和井底压力变化、加压泥浆帽钻进的施工工艺进行了介绍。通过对施工工艺的描述,分析了气侵对钻井液密度和井底压力的影响,对加压泥浆帽施工过程中的参数变化、现象进行了分析和判断;根据施工参数分析和温度测井结果解释,分析了漏失层层位;结合地质研究成果和沥青层地层压力测试数据,分析了沥青层的成因和沥青层压力,总结了解决沥青侵造成复杂的3种方案。这为下一步的施工提供了经验,指出了需要研究的方向。

充气钻井液技术在云参1井的应用

云参 1井在钻进过程中 ,因钻遇超低压地层而发生严重井漏。为此 ,采用充气 (氮气 )钻井液欠平衡钻井技术 ,满足了地质要求 ,保证了正常钻进 ,这是国内首次成功采用充气钻井液欠平衡压力钻井技术解决严重井漏的井例。系统地介绍了云参 1井充气钻井液的应用背景、工艺流程、井口装置和现场施工情况 。

早期溢流及漏失的新型及时高精度监测计量系统

溢流和漏失是影响油气钻井施工安全的最为严重的两种复杂情况,常用的溢流和漏失监测方法存在着监测不及时、溢流漏失总量计量精度低的缺陷,有可能因为发现不及时或者处理不当而造成井塌、卡钻、井喷等复杂事故。为此,在对比分析钻井现场常用的几种溢流和漏失监测方法的基础上,设计出了一种具备早期监测报警、溢流漏失速度和漏失总量计量以及自动灌浆功能的新型溢流漏失监测计量系统,并通过室内实验验证了该系统的可靠性。研究结果表明:(1)该系统的监测罐被分割为主、副两个腔室,井筒返出钻井液一部分通过主腔室返回振动筛,另一部分溢流进入副腔室;(2)副腔室内部横截面积小,大大提高了液位变化反应的灵敏度,能够更加及时地发现溢流和漏失;(3)主腔室出口管线水头保持不变,出口流量稳定,通过副腔室内液位的变化可以定量地计算溢流漏失速度和溢流漏失总量,溢流漏失速度监测误差小于8%;(4)起钻过程中,监测罐内钻井液在自重作用下进入井筒,可以始终保持井筒满液位,消除了灌浆不及时和灌浆不满的不良现象。结论认为,新型溢流漏失监测系统可以有效地发挥地面测量优势,报警及时准确且经济实用。

控制压力钻井技术全尺寸模拟井试验及分析

指出了控制压力钻井技术室内试验存在的不足,给出了控制压力钻井技术全尺寸模拟井试验的原理、方法和设备,验证了控制压力钻井技术的工艺流程和控压设备的可操作性以及自动控制系统控制能力。试验结果表明,该试验流程配套简单,可以较好地模拟钻井的整个过程,通过对采集控制系统的不断调试,掌握了其调节特性,为现场试验起到了很好的指导作用;同时指出,处理气体溢流时,必须配置针对极端非线性、时变和多变量耦合等过程特性的智能控制器。如果控压钻井自动节流管汇配套的是常规液压驱动的节流阀,在钻井泵启、停过程中,流量的变化速度远远高于节流阀的反应速度,而且井筒内流体存在巨大的惯性,套压控制过程中,ECD变化达到0.3,因此应采用电动钻机,这样可以逐步缓慢降低钻井泵的排量,从而实现恒井底压力控制。

控制压力钻井气体溢流处理方法分析与改进

控制压力钻井(MPD)发生气体溢流后,如果处理不当有可能会造成进一步的溢流或者井漏,甚至会发展成为井喷。为解决以上问题,分析了控制压力钻井过程中影响井底压力稳定和井控安全的主要因素,给出了控制压力钻井最大允许气体溢流量的计算公式,并提出了一种控制压力钻井补液、排气新方法。通过数值模拟以及全尺寸井筒实验,证明了补液排气新方法的可行性,完善了控制压力钻井气体溢流的处理方法。

红2井火成岩地层氮气钻井技术应用

为解决哈密区块火成岩机械钻速低的难题,并从根本上避免气体钻井井下燃烧、提高施工安全性,红2井■215.9mm井眼1903~3850m井段火成岩地层实施了氮气钻井。针对气体钻井设备在高温、风沙环境下频频出现非正常停机等问题,通过优选散热方式及改变散热布局、更换散热片、搭建设备防砂棚等方法,彻底改变了气体钻井设备的使用现状。针对气体钻井排砂管线长时间使用后刺漏频发的问题,设计加工了加压注硫化橡胶的耐冲蚀弯头。对空气锤的优化设计,在使用中发挥了防斜提速的作用,对发现的影响提效效果的短板,提出了解决方法,对下一步氮气钻井空气锤技术的应用提供了优化思路。

气体钻井设备在高温严寒环境下的技术改造与应用

针对气体钻井设备在高温、严寒环境下频频出现启动困难、非正常停机等问题,对气体钻井设备进行了技术改造。通过优选散热方式及改造散热布局、更换散热片、安装设备配套保温设施、搭建设备防砂保温棚等方法,彻底改变了气体钻井设备的使用现状。现场使用情况表明,通过对气体钻井设备的技术改造,气体设备在高温、严寒及大风天气下工作正常,设备未发生异常报警或故障,节省了设备配件更换费用和维修费用,提高了设备完好率,有效保障了气体钻井实现提速提效的目的。