井筒压力控制地层隔离阀完井工艺技术应用

南海东部某深水油田采用天然能量衰竭式开发,为了最大限度地保护储层,延长油井寿命,提高采收率,针对其油藏特点、基本井况及作业需求,提出了一种使用井筒压力控制地层隔离阀进行完井的完井工艺,并在现场成功应用,取得了良好的储层保护效果。该工艺技术的成功应用对于深水油田开发具有积极意义。

空心球多梯度控压钻井井筒压力控制方法

深水钻井过程中,受海水和海底地质条件影响,井筒压力控制难度大,井下复杂情况频发。针对窄密度窗口的深水钻井井筒压力控制难度大的问题,近年来提出了多梯度控压钻井新方法,但多梯度钻井气侵条件下多梯度控制参数对井筒压力的影响规律的研究却较少。为此,首先考虑井筒与地层之间的能量交换、气液相间传质以及空心球对流体物性参数的综合影响,建立了深水多梯度钻井瞬态气液两相流模型;其次,通过隐式差分方法对模型进行迭代求解,分析了多梯度参数对井底压力和截面含气率的影响规律;最后利用变异系数加权法原理对多梯度控制参数进行了优化设计,提出了不同控制目标时的最优控制方法。研究结果表明:①与井底恒压控压钻井相比,通过调节多梯度控制参数可以获得更快的井底压力响应速率;②以最快井底压力的响应速率作为控制目标时,调节空心球体积分数所产生的控制效果最好;③以最小井口截面含气率作为控制目标时,调节分离器位置所产生的控制效果最好。结论认为,该方法不仅为气侵条件下的控压钻井工艺技术的优化设计提供了参考,而且还对窄压力窗口条件下,尤其是海洋深水的安全钻井提供了理论指导和技术支撑,方法的推广应用有助于深海油气的高效开发。

可测压力与阀位的井筒压力控制阀设计

随着全过程欠平衡钻井技术的应用越来越广泛,其所依赖的井筒压力控制阀的安全性愈发重要。介绍了一种新型的井筒压力控制阀,该控制阀内部设计了可测阀板下压力和阀板开位指示的参数测量机构,确保了欠平衡钻进过程的压力控制安全,并可以实现地面对阀板开位的判断。该控制阀通过室内试验证明,压力测量和阀位指示功能可以提高操作安全性。

可监测阀板开关及阀板下压力的井筒压力控制阀

井筒压力控制阀有阀体、液控管线、压力测量与监控系统、液控管线保护卡、地面控制柜等组成。井筒压力控制阀与欠平衡钻井作业设备配套可实现钻井、完井、测井等全过程欠平衡钻井施工作业。本文介绍了井筒压力控制阀技术研究工作及现场应用情况。

旋转控制头泥浆收集装置研制

针对常规旋转控制头使用过程中存在安全和环保问题,提出了一种旋转控制头用泥浆收集装置。该泥浆收集装置包括泥浆收集槽、泥浆伞和导流罩,安装在旋转控制头底座总成上端。钻台面滑落或者胶芯泄漏的泥浆经过泥浆收集槽导流到防喷器池或者泥浆回流管线。该泥浆收集装置适用于旋转控制头使用的全工况,不仅可以保持常规旋转控制头水冷和油润滑管线正常使用,改善旋轴承总成旋转密封工作环境,提高旋转控制头承压等级和使用寿命,而且可以有效避免井筒压力控制钻井过程中的由于旋转控制头使用带来的操作安全和环境污染问题。

油水井井筒数字化、智能化构建分析

油田开发过程中,油藏层间、平面矛盾加剧,注采动态调整频率加快、剩余油挖潜难度加大等问题亟待解决,提升测调效率和建立动态数据库是为有效手段,即为油藏数字化、智能化的雏形。其中,油水井井筒数字化、智能化作为智慧油田发展的关键一环,一方面为油藏工程提供实时、准确的油层动静态数据,为地面工程提供流体的实时状态,满足数字化开发需求;另一方面能够根据数据库自动、智能改变油层状况,实现动态调整,满足开发动态调整需求。围绕高精度传感器、有线/无线通信、信号处理等现代科学技术,对大庆油田智能油水井井下工具功能、原理及核心技术进行归纳剖析,形成油水井数字化井筒技术的现状论述,结合油水井井筒结构设计、生产参数获取等生产需求,提出一种油水井井筒数智化构建设想和发展雏形,为未来行业形成完整、全面的井筒构建理论提供指导。

控压欠平衡钻井井口回压控制技术

控压欠平衡钻井揭开储层后,随着揭开储层的厚度不断增加,进入井筒中的气体量会不断增多,容易引起井筒压力的失控,形成复杂事故。为此,采用气液两相流理论计算了气体在井筒不同深度处的含气率变化,通过改变边界条件,分析不同的进气量和井口回压对井筒含气率的影响;考虑井口回压抑制井筒环空的段塞流中气体膨胀,进而对井底压力产生一个增加值影响的情况下,得到控压钻井钻开储层期间恒进气量时的井口回压计算方法。结果表明:控压欠平衡钻井的井口回压对井口位置气体膨胀影响较大,施加的井口回压值应考虑井筒含气率变化引起的静液柱压力的变化;为保持井底进气量一定,揭开储层厚度越大,需要施加的井口回压就越大;而揭开储层厚度达到一定值后,井口回压趋于稳定。该井口压力控制方法得到现场应用的验证,能够对控压欠平衡钻井井筒压力控制提供理论支撑。

欠平衡钻井井筒多相流技术研究

介绍了目前欠平衡钻井气、液2相流研究的主要方法——均匀流动法、经验公式法和力学法,给出了求解模型的分段计算方法,提出应根据实际情况选择考虑因素全面、有较好收敛效果的模型,以较准确地计算井底压力,为精确控制欠平衡钻井提供理论依据。国内应加紧研发传输数据准确、精度高、价格便宜的井底压力测量工具,以检测应用模型的精度,为顺利实施欠平衡钻井技术提供安全保障。为了有效应对现场不确定因素造成的井底压力波动的情况,还介绍了几种常用的控制方法。

适用于全流型域全倾角范围的井筒漂移流关系

针对定向井、大位移井等复杂结构井溢流过程及压井作业过程中的井筒多相流动模拟问题,建立了包括32个不同数据源共3561组实验数据的数据库,考虑流体黏度、管道尺寸、界面张力、流体密度、管道倾角等因素对多相流动参数的影响,开发了一种新的适用于全流型域全倾角范围的气液两相漂移流关系。采用理论分析和数据驱动的方式建立了管道倾角为−90°~90°条件下的分布系数和气体漂移速度模型,并与3个现有模型进行对比,发现其预测准确率最高、性能最稳定。选取现场压回法压井案例对漂移流模型在管道倾角为−90°~80°的流动工况下的适用性进行了分析,结果表明关井套压计算误差为2.58%,初始压回套压模拟误差为3.43%,调整排量时的套压误差为5.35%,模型的计算结果与现场压回数据吻合度较高。

矿井提升机PLC智能控制系统的探索

本文以神华大雁公司雁南煤矿主井提升机电控系统的 PLC 可编程控制系统以及基于SIMADYN-D 高性能全数字控制装置,井筒控制和通信系统的整体应用过程做总体介绍。

顺北超深超高温油气藏钻完井提速关键技术

顺北超深超高温断控型油气藏地质条件复杂、埋藏深,地层温度高、强度高,钻完井过程中漏失、坍塌、气侵、井斜和仪器工具失效等井下故障与复杂情况频发,严重制约了该油气藏的高效勘探开发。为此,针对古生界钻速慢的问题,研究了地层可钻性,优选高效钻头和大扭矩长寿命螺杆,推广应用预弯曲防斜打快技术;针对储层温度高、定向难度大的问题,推广应用高温随钻工具,配套井眼轨道设计和井眼控制技术;针对窄间隙漏失问题,采用“随钻封堵+段塞堵漏”和高性能水基钻井液;针对漏溢同层问题,应用控压钻井和平推法压井技术;针对长裸眼固井质量差的问题,采用超高温固井水泥浆体系和配套工艺。综合上述技术,研究形成了顺北超深超高温油气藏钻完井提速关键技术。该技术在顺北不同条带6口井进行了应用,基本解决了超深超高温油气藏钻井提速困难、漏溢同存等问题,钻井周期同比缩短了55.0%,机械钻速提高了184.2%。研究结果为顺北超深超高温断控型油气藏高效勘探开发提供了技术支持。

油管声波传输特性机理及应用分析

为验证声波在油管中的传播特性,获取实际井况中声波传输的频率点或频段等问题.设计了现场试验方案,并利用先导井实测数据开展油管声波传输特性应用研究,探索了以油管为信道实现无线井筒控制技术的可行性.采用800 m油管为研究对象,通过理想的油管频率方程,分析了波数k与频率f曲线,群速度频率曲线等之间的关系.先导井中以常规的2^(7/8)油管为声波信道,进行声波传播特性测试.在不同声波频率下,分析了声波在油管中传播存在的梳状滤波器特性和色散现象,并获得了800 m油管中声波传播的频率点和频率范围.所实测的声波传输数据,也可为理想模型修正提供有效依据.

井下套管阀在彩551井的应用

彩551井是新疆彩南油田的一口重点评价井,该井三开为实现全过程欠平衡作业,应用了TGF245型井下套管阀。介绍了井下套管阀的性能参数、工作原理及井筒压力控制工艺,并对该工具在彩551井全过程欠平衡钻井中的应用技术进行了阐述及分析。实践表明,应用井下套管阀,科学实施配套技术,可有效地评价及保护储层。

泄油防喷装置在井场作业清洁化施工应用中的方法研究

大庆油田井下作业任务繁重,井筒流体控制技术存在症结,主要表现为抽油机井作业起管柱过程中油管内井液外溢造成环境污染和工人劳动强度大两类问题。当油井作业起下管柱井下压力较大时,油管将溢出或喷出大量的井液;而井下压力较低时,油管内的液体不能泄入井内,起出的油管内油液会倾泄到井场。针对游梁式抽油机井卸油管时油管内液体喷溅问题,研制了泄油装置,包括撞击式泄油泵和打压式泄油器,有效解决了起油管作业时油管无泄油通道,油管积液易溢出到地面,污油污水处理工作量大等问题。针对压力高的油井下油管时油管内溢流问题,研制了油井防喷装置,通过井口打压切断油管喷油通道。针对水井下油管溢流问题,研制了水井防喷管柱。撞击式泄油泵的经济性良好,而其他泄油防喷装置因生产制造成本相对较高,经济性相对较差,但具有良好的社会效益。

抽油机小泵油管防喷工艺技术研究与应用

针对大庆油田ϕ57 mm及以下抽油机井无法实现二次作业油管防喷的问题,开展了抽油机小泵油管防喷工艺技术研究与应用。通过对现有的泵筒防喷工具结构及失效情况进行分析,研制了小泵防喷开关,其结构特点是工具上部设计了平衡滑套机构;下部设计了通过4道盘根封堵进液侧孔的结构。现场应用28口井,其中有16口井进行了二次施工作业,防喷成功率为100%。抽油机小泵油管防喷工艺技术的研究与应用为井下作业井筒流体控制提供了技术支持,实现了ϕ57 mm及以下抽油机井无溢流施工作业。

气侵条件下深水变梯度控压钻井泥浆池增量变化规律

泥浆池增量是钻井过程中现场工程师重点关注的参数之一,可以用来辅助判断井涌类型、井涌量等相关参数。为准确了解深水变梯度控压钻井泥浆池增量变化规律,采用井筒气液两相变质量流动模型,分析了使用不同气侵监测方法时,基于井底恒压的井筒压力控制过程中泥浆池增量的变化,并探讨了不同因素对泥浆池增量的影响。研究发现,气侵初期的泥浆池增量增长较为缓慢,使用气侵监测新方法可以在泥浆池增量达到预警值之前发现气侵,新方法要优于泥浆池增量法。越早发现气侵,越有利于缩短泥浆池增量快速增长的时间,最终的泥浆池增量越小。其他条件不变时,分离器与钻头间距越小、轻/重质钻井液密度差越大、地层压力越大、循环排量越小,气体完全被排出井筒后的泥浆池增量越大。

注水井双向防喷工艺技术研究与应用

针对注水井施工作业受地层压力影响导致井筒内流体出现溢流或喷出等问题,开展了双向防喷工艺技术研究。研制了井下双向防喷球座,在双向防喷球座底部设计了活堵,可实现一次作业防喷,与防反流配水器配合使用可实现二次作业防喷。现场试验12井次,一次作业防喷成功率为100%;其中有3口井进行了二次施工作业,作业周期在一年以上,二次作业防喷成功率为100%。双向防喷工艺技术的研究与应用有效解决了注水井作业时油管内防喷,实现了注水井无溢流施工作业。

特大断面立井初支优化研究

结合典型工程实例,针对井筒初支出现裂缝、混凝土喷层剥落的现象,研究初支体系的变形机理和破坏特征,并提出了2种初支优化方案,运用数值模拟的方法,对优化方案的支护效果进行比较。结果表明:锚杆是井筒初支的主体,但是遇到围岩强度较低、岩体较为破碎的情况,锚杆的支护作用被削弱,需要强化钢拱架来控制井壁围岩的稳定;增加锚杆的长度和密度,减小了16%的井壁位移量;而增强钢拱架型号和增加钢拱架密度可以使井壁位移量减小47%、塑性屈服范围减小了50%以上。

防喷泄油一体化工艺技术研究

针对大庆油田不能明确二次作业压力的采油井,因无法确定应使用防喷工具还是泄油工具,开展了防喷泄油一体化工艺技术研究。在防喷泄油一体化工具底部设计安装了压力滑套,将阀球压紧于阀座上,可实现二次作业防喷;在防喷泄油一体化工具上部设计安装了泄油销钉,通过井口投撞击杆的方式,可以实现泄油功能。现场应用8口井,其中有5口井进行了二次施工作业,防喷及泄油成功率都为100%。防喷泄油一体化工艺技术的研究与应用,为井下作业井筒流体控制提供了技术支持,实现了压力临界状态下采油井井筒无溢流施工作业。

油水井清洁作业技术研究与应用

为解决油水井作业过程中井液污染环境的问题,研究形成了以“井筒控制为主,地面控制为辅”的清洁作业技术体系。通过井筒防喷控制技术将井液控制在井筒内,实现了油水井维护性作业、常规压裂及射孔作业的油管及套管防喷;利用热水循环或蒸汽喷射式抽油杆、油管在线清洗技术,实现了有杆泵井作业过程中边起抽油杆和油管边清洗,解决了抽油杆、油管地面放置及清洗产生废液污染环境的问题;同时配套研究的井口集液、地面集液及废液回收处理等地面控制技术,实现了出井废液的高效回收处理,确保了废液不落地。清洁作业技术在大庆油田应用6.48万井次,累计减少废液拉运69.5×10^(4)m^(3),为油水井作业安全、绿色、高效施工提供了有效的技术支持。