西藏谷露地热田ZK401高温地热井钻井工艺技术

谷露地热田是西藏那曲—尼木地热带上的典型水热型高温地热田,安全、经济和高效的钻井工艺技术很大程度上决定了其高温地热资源的可开发利用潜力。ZK401井是在谷露地热田实施的一口优质高产探采结合井,地层以花岗岩类为主,其岩石硬度大,机械钻速低,钻头使用寿命短。自上而下揭露多层热储,其35~41m即可揭露124.8℃中温地热流体,汽水总量约40 t·h^(-1);50~320 m揭露超过120℃的中温热储,汽水总量约30~35 t·h^(-1);320~1320 m揭露186.9℃高温热储,汽水总量高达348 t·h^(-1),具有热储埋深浅、温度高,断裂构造发育,地层出水量大的特点,高温及水侵作用致使钻井液极易失效,井喷风险大,安全钻井难。为解决上述钻井施工难点,进行了高温地热钻井关键技术研究。通过采用异形齿PDC钻头和岩石热裂提速技术,使单只异形齿PDC钻头进尺较同规格牙轮钻头提高了23%~48%,使三开井段花岗岩类地层的平均机械钻速提升至3.18 m·h^(-1)。通过优化井身结构,采用简易控压钻井技术,利用低温清水作为二开及三开钻进循环钻井液,达到了及时发现并有效保护热储层和控制井喷风险的目的;实现了ZK401井在520 m揭露186.9℃高温热储且汽水总量达348 t·h^(-1)苛刻条件下的安全、持续钻进,且非生产时间较采用常规钻井技术的邻井缩短了37%,极大地降低了钻井成本,提高了高温地热资源的可开发利用潜力。为后续该区域乃至其他地区解决高温地热井钻井施工提供参考。

在线式气侵监测系统的研制与应用

目前生产现场监测气侵是通过脱气器脱离地层气,由气路管线传输给录井仪器房内部色谱仪实时分析,再根据气测数据变化判断是否气侵,因气路管线传输气体有3~5 min的延迟,而色谱仪又有固定分析周期,发现气侵存在3~5 min的滞后,错过气侵处置黄金时间,会给井控安全带来不同程度的影响。为了及时精准发现气侵,利用光学原理及地层气含量实时分析技术,研制出一套兼容各型号色谱仪及钻井工程参数仪功能的在线式气侵监测系统,通过在吐哈、苏里格等油气田应用,成功监测到143次气侵,实现了气侵监测及时率和准确率达到100%的目标,消除了色谱仪监测气侵存在的延迟,解决了井场所面临的难题,为安全钻井提供了可靠的技术保障。

油气井井喷失控着火应急救援技术及发展方向

井喷失控是石油天然气工业领域性质严重、损失巨大的灾难性事故,尤其是“三高井”井喷失控着火后,井口火势大、热辐射高、流体冲击强,对抢险技术、装备及作业安全的要求极高,导致处置过程极其复杂、周期极其漫长。为了充分认识“三高井”井喷失控着火后的处置难点,以井喷失控着火应急救援技术与装备为研究对象,分析了技术发展历程、技术现状、发展方向,创新研究形成了从险情侦察、冷却掩护、清障切割到井口重置的全系列陆上井喷应急救援特色技术。研究结果表明:(1)我国井喷失控着火应急救援技术目前已完成由早期缺少专业技术与装备向近井口高危区域无人化迭代升级;(2)形成的险情侦察技术、冷却掩护技术、清障切割技术、井口重置技术能够满足105 MPa、1000×10^(4)m^(3)/d的高压高产井失控抢险需要;(3)运用相关研究成果成功处置了国内外多起井喷失控、着火及井口刺漏等井控险情,技术能力达到国际先进水平。结论认为:虽然国内陆上油气井井喷失控着火应急救援技术水平已得到大幅度提升,但未来仍需要在可视化、智能化、信息化方面持续攻关,推动技术与装备迈上新台阶。

定容气藏水平井停喷原因判识方法及应用

水平气井停喷是定容气藏开发中后期面临的普遍问题,需要及时判识停喷原因并采取生产恢复措施。为此,将水平井临界携液理论方程与水平井二项式产能方程、井底流压计算方程相结合,建立临界携液流量、临界举升压差、临界地层压力3个停喷判据,分析井口压力、油管内径等因素对判据的影响,研究3个判据在气井停喷原因判识中的作用,并创建了快速判识水平井停喷原因的方法。研究表明:临界携液流量与井口压力和油管内径均呈乘幂函数递增关系,井口压力越高、油管内径越大,临界携液流量越大,当气井实际气量低于临界携液流量时,即可判定井筒已开始积液;临界举升压差与油管内径无关,只随井口压力呈线性上升,当实际举升压差低于临界举升压差时,需考虑气井举升液体动力不足的问题;油管内径保持不变时,临界地层压力随井口压力呈线性上升,在地层压力消耗较大的情况下,临界地层压力易超出气井实际地层压力,即气井会因驱动能量不足而引发停喷。应用实例证明,该方法能够有效判识水平气井停喷原因,为工艺措施提供理论依据。该方法的建立对于定容气藏低压阶段的高效开发具有重要指导意义。

浅水井控应急模块配合工程船设计和使用方案研究

海上浅水油气井发生井喷失控发生严重火灾后,事故平台周围被大火覆盖,整个平台不满足作为应急救援操作平台时,需要工程船舶配合进行应急救援装备的操作支持平台。主要对浅水海上井控应急模块装备配合工程船使用进行方案和作业技术研究,为浅水海上井控井喷失火后事故平台无法登陆救援时提供另外一个救援平台抢险的思路和方法。

高酸性气井钻井过程中的井控机理

川东北高含硫气田的CO2、H2S含量较高,部分气井中的CO2、H2S已处于超临界状态。CO2、H2S在环空流动过程中离井口很近的距离才发生体积突变,极易诱发井喷。为此,从分析超临界状态CO2、H2S的特殊相态特征入手,建立了相应的数学模型,编写了计算机程序,模拟了高酸性高压气井环空温度场、压力场、压缩因子和体积膨胀情况。从模拟计算结果可以看出,在深井中,常规天然气的溢流通常有足够的预警时间,而高酸性气体则在井筒的上部位置发生突然膨胀,引起的天然气溢流几乎没有预警时间。在高酸性气井钻井过程中,需要加强对环空钻井液瞬时流量的监测,尽早发现溢流,确保安全钻井。

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。

迪那2井三次井控技术

迪那 2井钻遇高压、高产气层后发生强烈的井喷并着火。介绍了井喷失控后的抢险技术思路以及反压井、环空打水泥、剪切钻杆、换装防喷器组、压井、换装采油树的实施过程 ,展现了国内外罕见的高压、高产气井井喷抢险一套完整的、技术性强的三次井控技术 。

海洋钻井平台井喷硫化氢扩散规律研究

针对海洋酸性气田开发过程中的井喷硫化氢扩散问题,以计算流体力学(CFD)为理论基础,建立一套数值模拟方案和毒害评价模型。选取静风、平均风速和季风风速3种典型环境风速条件,对左舷、右舷、船艏、船艉4个来风方向的硫化氢扩散过程进行模拟,分析了硫化氢扩散的时空分布以及风速对硫化氢扩散的影响作用。结果表明,静风条件下,硫化氢对平台空间危害最为严重;有风条件下,船艏和船艉来风,平台空间危害较为严重;其他方向来风时,硫化氢对平台空间区域危害较小。风速越大,硫化氢对平台空间的危害程度越小。最后,据此提出了相应的应对措施。

特大井喷H_2S扩散的数值模拟分析

含H2S气体的高压井喷是一个非常复杂的扩散问题,涉及多组分气体的混合、运移、扩散、气象条件以及复杂的地形空间影响。为此,采用可行的计算流体动力学(CFD)对这一复杂的大空间流场问题进行了数值模拟研究,根据重庆开县特大井喷事故现场三维地貌等高线数据建立了井喷H2S扩散的CFD流场计算的有限元模型,结合当时气象条件,用Fluent软件的UDF功能编写了边界间歇风速的函数,数学模型中采用了适合于预测大气流动的大涡模拟运动方程,将CFD有限元模型和建立的数学模型用Fluent软件的解算器,对H2S气体的扩散和运移规律进行了详细的数值模拟研究,获得了H2S气体在该井场周围山谷地形的积聚、运移规律以及风向对气云扩散的影响,获得了H2S和CH4两种气体扩散的时空分布云图。模拟结果和事故现场调查结果一致。

钻井井喷事故人因失误特征分析和对策

当前井喷致灾机理研究多侧重于井控装备和技术方面,对人因失误的影响认识尚不深入。为此,对中国1970～2006年发生的59起重大钻井井喷事故的人因失误特征进行了分析,发现人因失误占井喷事故直接原因的93.53%。通过对操作者的故意违章行为和管理者的管理失误行为等主要人因失误类型对井喷事故影响机理的研究,证实了操作者的故意违章行为是组织管理行为失误和不良安全文化的表征。行为科学在个体不安全行为控制方面取得的研究成果应该推广应用到组织管理失误行为的控制中,找出并消除潜在的管理失误,不断提高钻井公司组织管理行为的可靠性,最终达到最大限度预防和控制事故的目的。

深水井喷应急技术分类及研究方向探讨

深水油气勘探开发中,井喷事故会造成巨大损失,因此随着深水油气开发力度的不断加大,有必要开展深水井喷应急技术研究。跟踪国内外深水井喷应急技术最新进展,将9种深水井喷应急技术分为完全井喷控制技术、暂时井喷控制技术、井喷危害减轻技术等3类。阐述了各深水井喷应急技术的原理、工作过程、适用条件、设计思路及成熟程度,并对各应急技术的研究重点提出了建议。针对我国深水井喷应急技术的研究和发展现状,建议重点开展深水高效救援井技术、简易防喷器技术、深水水下井控应急作业技术、深水井喷油气举升技术和深水井喷水合物抑制技术等5个方面的研究工作。

天然气钻井井控技术的发展

国内天然气藏钻井井控技术、装备和规范在20世纪90年代发展到较为完善的水平,主要体现在四川盆地天然气主产区近20年没有发生恶性井喷事故。随着高压高产气藏的勘探开发,水平井和负压钻井等技术的推广应用,现有的井控技术已不能完全适应新形势要求,面临着诸多方面的挑战。为此,从4个方面提出了井控技术今后创新和发展的方向:一是完善井控理论和计算模型,开发先进实用的井筒剖面压力计算软件;二是提高井控装备配套水平,增强设备可靠性;三是研制井筒液面自动测定等仪器,做到及时发现溢流;四是完善闭路压力循环系统装置的研制,提高钻井的压力控制水平。这样,井控技术发展的目标就可以从预防井喷发展到保护油气层、预防资源破坏、预防环境污染和快速低成本地钻井。

川东地区井喷显示特征及地质因素分析

川东地区是目前四川盆地天然气勘探开发的主战场,钻井工作量大,钻井中气侵、井涌、溢流显示频繁,特别是个别井喷事故的发生给企业带来了严重的经济损失和不良的社会影响。为此,通过对川东天然气井喷特征及其地质因素的分析,以期预防或减少井喷事故的发生。研究表明:①川东碳酸盐岩地层发生井喷的频率较高,但在1990年后井喷次数已明显减少;②所发生的主要是钻进中井内为高负压条件下的井喷,喷出的天然气中硫化氢含量高,危害性大;③绝大多数的井喷在发生前都有明显征兆。地质因素分析结果认为:①低缓、潜伏构造及部分高陡构造上异常高压裂缝系统,特别是小型网状或单裂缝系统井喷频率高;②在纵向压力剖面上,嘉二2亚段以下异常高压带井喷的频率高,地层层位上以嘉二1亚段—嘉一段、飞仙关组、茅二段井喷为主;③多个地层压力带或复杂压力系统共存于同一裸眼井段的条件下,易喷、漏共存。

含CO_2天然气井井喷流场特征

为研究含CO2天然气井井喷后的流场特性进而为确定安全防护距离提供科学依据,采用流体力学理论与计算流体力学(CFD)技术相结合的方法分析了井喷的流场特征,阐述了井喷流场各个阶段的扩散机理、模拟所需的定解条件及数值计算方法。井喷整个过程可划分为临界流、等熵膨胀、可压缩射流、不可压缩射流、重气扩散和非重气扩散6个阶段。采用CFD模拟方法模拟得出含CO2天然气井井喷气体速度场,气体膨胀速度可达700 m/s以上;分析了CO2浓度分布规律,在等熵膨胀区的内层区域CO2气体质量浓度均匀分布,而在外层区域内,CO2的质量浓度急剧降低,CO2质量浓度随扩散距离的变化符合高斯分布。理论预测与模拟结果具有很好的一致性,表明提出的井喷流场理论分析与CFD模拟方法是切实可行的。

酸性气田井喷点火有效空间范围数字模拟

在井喷酸性天然气形成射流的可燃空间范围内进行主动点火是控制酸性气田井喷事故危害范围与危害程度的有效方法。对含CO2、H2S的天然气井喷情况进行了理论分析,建立了与实际情况接近的几何模型,采用CFD模拟的方法,对不同压力、不同风速、不同酸性气体含量的井喷情况进行了模拟研究,获得了射流速度场、浓度场,得到了不同情况下的有效点火空间范围。

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。

高含硫气井周边居民疏散安全分析方法

高含硫气井周边居民疏散安全问题是石油天然气行业面临的主要公共安全问题。笔者提出了一套周边居民疏散安全分析方法:以井喷形成的1000ppm硫化氢烟羽的最大覆盖范围作为最小疏散范围,通过泄漏扩散模拟和人员疏散模拟技术预测基于该最小疏散范围的可用安全疏散时间(ASET)和必需安全疏散时间(RSET),通过对比分析ASET和RSET便可以评估周边居民在井喷情况下的疏散安全水平,进而提出针对性的对策措施。最后,通过一个实例验证该方法的可行性。

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。

含硫气井井喷事故受体致死概率分析

采用计算流体力学的方法,在基于并行计算的高性能集群系统平台上采用计算流体力学软件Fluent对川渝地区某含硫气井井喷事故状态下硫化氢气体的扩散动力学演化过程及影响范围进行数值模拟研究,并通过差分和积分计算获取了硫化氢毒性负荷的分布场,进而分析了气井周边区域的受体致死概率。结果表明,含硫气井所处的地形条件对硫化氢浓度场及受体致死概率计算结果影响很大:所选计算井其东、西、北三面地形平坦,以浅丘为主,南侧背靠海拔1 230 m的山峰,受井口南侧山峰的影响,北风下井口附近区域毒性负荷及受体致死概率最高,次高峰值处距井口约1 000 m,因此在对气井进行事故后果模拟及定量风险分析时必须充分考虑地形的影响。本方法可用于含硫气井的定量风险评价及安全规划的制定。