水力射流降低井底压差技术

降低井底压差,减小岩屑的压持效应,可以显著提高钻井的机械钻速。根据射流式水力降压技术的原理,结合环空射流泵、射流降压短节和射流泵钻头等射流降压工具的发展现状,提出一种新型的环形射流泵结构,采用混合网格数值计算的方法对影响其降压性能的关键因素进行分析。结果表明:井底流体的回流是导致射流泵钻头降压效果变差的主要原因,回流量与井壁间隙成正比,与反向喷嘴的轴向倾角成反比;密封钻头与井壁间的间隙是提高射流泵钻头性能的关键;新型涡流-射流混合降压钻头可降压0.45～0.88 MPa,是现有射流式射流泵钻头降压效果的3～4倍。

井底压差对垂直井井底应力场的影响研究

井底压差是影响钻井机械钻速的重要因素之一。实践证明欠平衡钻井与常规钻井相比机械钻速有显著提高,不同钻井条件下的井底应力场需要深入地研究。在分析井底岩石所受载荷的基础上,建立了轴对称条件下井底岩石流固耦合模型,并利用有限元方法进行求解,通过对不同井底压差下的井底岩石应力场进行数值模拟计算,针对井壁岩石的理论解和数值模拟结果进行对比验证模型的合理性,并对井底待破碎岩石进行了力学分析。结果表明,数值模拟结果与理论结果相符,验证了模型的正确性;井底待破碎岩石按照应力状态分为3个区域,分别为3向拉伸区、2向压缩区和3向压缩区。井底压差对井底应力场的影响研究为快速高效破岩提供理论基础。

合理的井底压差设计及应用效果分析

钻井施工中，合理的井底压差可以达到提速增效和保护储层的目的。为此，应用计算机仿真系统、岩石破碎学理论研究了不同压差下井底应力场分布及岩石变形状况。结果表明，与正压差相比，在负压差钻井条件下更利于井底岩石破碎，提高机械钻速。但井底压差不能无限制地降低，需要结合具体井位的地质和工程特征，在保证不发生溢流和并壁垮塌的前提下，将井底压差设计在一个合理的范围值内：在渗透性地层钻井时，静液柱压力小于地层孔隙压力时，地层流体将流入井筒，这时设计的最低液柱压力应略高于地层孔隙压力（约0．02MPa）。现场应用表明，井底压差在合理的范围内越小时，机械钻速越高。

涡流式水力降低井底压差机制及现状

石油与天然气钻探实践表明,降低井底压差,减小岩屑的压持效应,并尽量实现井底的欠平衡条件,可以显著提高钻井的机械钻速。本文在介绍涡流式水力降压技术的原理的基础上,综述了环空涡流泵、涡流式水力降压短节和涡流钻头等涡流式水力降压工具的结构特点、降压效果和研发应用情况,采用计算流体力学软件对涡流PDC(聚晶金刚石复合片)钻头的井底流场进行了数值模拟研究。结果发现,涡流钻头与井壁间的密封是降压的关键,推荐上返喷嘴的倾角为150°—180°,推荐上返流量为32%以上,为涡流钻头的研发提供理论指导。

考虑三向地应力差时不同钻井条件下井底应力场研究

井底压差和三向地应力是钻井过程中影响井底岩石应力分布的主要因素,从而影响钻井机械钻速。主要针对欠平衡、平衡、过平衡和气体钻井4种钻井条件下三向地应力对井底应力分布进行定量研究。在井底岩石力学分析的基础上,建立了考虑正断层模型下的三向地应力、液柱压力和孔隙压力因素时的井底岩石流-固耦合模型,采用数值计算方法进行求解。结果表明,三向地应力差相同时,井底面岩石最大主应力与井底压差无关,井底面岩石最小主应力随井底压差增大而增大;不同钻井条件下井底面最小主应力与水平最小地应力无关,且随水平最大地应力增大而减小;不同钻井条件下井底面最大主应力与水平最大地应力无关,当井底压差存在时,其随水平最小主应力增加而减小后逐渐趋于稳定;当气体钻井时,其与水平最小主应力也无关。针对走滑断层和逆断层模型时的井底应力场尚需进一步研究。不同井底压差和三向地应力时井底岩石应力分布的定量化研究为实际钻井条件下钻头破岩机制研究和快速高效破岩提供理论基础。

一种环流射吸降压差钻头的研制与应用

目前降低井底压差的工具存在作业复杂、对井底降压效果有限等问题,而射流泵钻头则存在过度依赖井壁间隙的问题。针对以上问题,研制出了一种新型的环流射吸降压差钻头。该钻头采用一种变形设计的射流泵,并在射吸喷嘴外加装射吸套,利用钻头内部的射流泵组及反向喷射的射吸管,实现了涡流-射吸复合降压的效果,并将多个射流泵在钻头内并联共同作用,有效的实现降低井底压差,提高机械钻速。在实际生产应用中,结合邻井钻井效果对比,新型215.9 mm STS636LGRS射吸钻头在部分岩段中具有一定提速效果。

钻头分流降低井底压力机制的研究

应用数值模拟方法,改变分流喷嘴、钻头体流道等结构参数和水力参数,分析井底围压、钻头体流道结构、喷嘴与喉管直径、分流喷嘴距井底的位置等因素对钻头分流降低井底压力的影响。根据数值模拟所用的钻头及井筒模型设计试验工具进行试验,分析各因素对分流降低井底压力的影响。无因次井底压降最大可达到0.35,实验与数值模拟结果相一致。

涡流钻头降压机制及设计原则

涡流钻头通过反向喷嘴和高速旋转形成负压漩涡,降低井底压差,提高钻井的机械钻速.对涡流钻头降压机制进行研究.采用混合网格计算方法分析反向喷嘴的轴向倾角、径向倾角、上返流量、出口高度和旋转速度等对涡流钻头降压性能的影响,并提出涡流钻头的设计原则.结果表明：反向喷嘴下方井底钻井液回流是影响涡流钻头降压能力的主要因素.涡轮钻头设计的理论原则：轴向倾角为150°～ 180°、径向倾角为60°～75°、上返流量大于30％、反向喷嘴的出口高度为100～140 mm,井壁间隙应小于3 mm,尽可能地提高钻头旋转速度.

川西须家河组气藏气井采气新技术探索

针对川西须家河组气藏埋藏深、裂缝发育、含CO2、采气过程中见水快和采气管柱易腐蚀的生产难题,从地层流体流动能力随压差增大而增加、管柱腐蚀随CO2分压增高而加剧出发,提出在采气过程中,运用临界产量(最大生产压差)配产,延长无水采气期;采用井下节流技术降低采气管柱CO2分压,降低油管腐蚀速率。二者结合既能合理配产,延长气井污水采气时间,也能从工程上保证控制生产压差和降低井筒CO2分压的实现,从而达到提高气井生产效率的目的。

降低储层伤害的欠平衡钻井压差优化设计

欠平衡钻井(UBD)作为一种降低储层伤害的方法在油田中得到广泛应用。在钻达目的层时,当井筒压力小于地层孔隙压力,即井筒压力与地层孔隙压力之间存在一个压差,这样就能降低对储层的伤害。通常认为井底压差越大,储层受到的伤害越小,因此井的产量也越高。但较大的井底压差可能引起钻井操作过程中的其他问题,例如井筒崩塌引起的井筒损坏、过多的地层流体流入井筒而需要地面处理。在考虑地质条件的情况下,找到和使用一个优化合理的压差,通过合理的井筒压力平衡井眼周围地层的损害是目前迫切需要的。

裂缝发育页岩地层水平井钻井气液重力置换规律

长宁区块国家级页岩气示范区目前天然气产量达60×10^(8) m^(3)/a左右,是四川盆地页岩气上产的重要战场,但该区块下志留统龙马溪组页岩地层裂缝、断层发育,特别是存在气液重力置换式漏失现象,井控风险高,处理难度大,在一定程度上制约了该区页岩气资源的高效开发。为此,在数值仿真研究的基础上,对重力置换的特征及影响规律进行了系统分析。研究结果表明:①气液重力置换发生时裂缝与水平环空均存在气液分界面,裂缝内的气液界面由两侧向中间隆起,环空气相以气膜的形式存在,不会出现分层流;②重力置换主要受井底压差、裂缝宽度、钻井液密度、黏度、地层压力及裂缝倾角的影响,其中井底压差和裂缝宽度的影响远大于其他参数;③只有当井底压差处于置换窗口内时才会发生置换,而裂缝宽度是重力置换的决定因素,裂缝越宽,置换窗口就越大;④水平井钻遇双裂缝时,置换窗口显著拓展,漏失速率和气侵速率均大幅度增加,裂缝间距越大,置换越容易发生且越严重。结论认为,降低钻井液密度、提高钻井液黏度理论上可抑制重力置换,但效果有限。精细控制井底压差并配合科学堵漏措施是抑制重力置换的主要技术手段。

泡沫混排解堵数学模型及数值模拟

建立泡沫井筒流动模型与泡沫地层渗流模型,得到完整的泡沫混排解堵数学模型;利用数值方法对模型进行耦合求解,得到泡沫压力,质量,密度在井筒中的分布及井口井底压力的变化规律.在固定井口回压情况下,得到井底压差的变化规律.结果表明:随着井深的增加,泡沫压力增加,质量减小,密度增加;固定井口回压,井底压差则逐渐变小.

深水CML双梯度钻井钻井液液位高度优化设计

为了优化井筒压力剖面,实现更大的钻进深度,建立了CML双梯度钻井钻井液液位高度优化模型。模型以地层压力窗口为约束条件,以井底压差最小化作为优化目标,对钻井液液位高度进行优选。通过案例分析了钻井液密度、泥浆泵排量、安全余量等参数对优化结果的影响。研究结果表明,相比于泥浆泵排量,最大钻进深度、井底压差与最优钻井液液位高度受钻井液密度的影响更显著;相比于不考虑安全余量,考虑安全余量会使井筒压力更加安全地落在压力窗口内,但会明显降低最大钻进深度。采用优选后的钻井液液位高度,既能实现更大的钻进深度又能降低井底压差,同时保护储层。

煤层气水平井充气欠平衡钻井注入参数模型优化设计

煤层气水平井双井筒油管注气欠平衡钻井技术,通过直井控制不同的注气压力不仅能够有效解决煤储层钻进时出现的多种复杂情况,同时还具有注气稳定、易维持较小欠压值等优点。文章建立了一套适合于煤层气水平井充气欠平衡注入参数优化设计的数学模型,通过实例分析评价了不同井底压差对平衡压力限、坍塌压力限、携岩能力限以及气液流量窗口的影响。利用该研究成果在FL-H16-L煤层气多分支水平井进行了现场试验,试验结果表明,注入参数模型优化设计是可行的,可在煤层气水平井充气欠平衡钻井中进行推广和应用。