深层页岩欠平衡钻井气液固三相瞬态流动传热模型研究

井底压力的准确预测和有效控制是深层页岩欠平衡钻井作业的关键,但岩屑及环空流体与周围环境之间的对流换热对传统井底压力计算模型精度的影响较大。为此,建立了瞬态非等温井筒气液固三相流动模型,根据连续性方程和动量守恒方程,计算了流体速度、相体积分数和压力,并求解了不同径向层的能量守恒方程,得到了整个井筒-地层系统的温度分布,并采用迭代法,耦合求解了深度和径向方向上的温度、压力和流体性质;模型计算结果与欠平衡钻井作业的现场数据之间误差小于5.0%,验证了该模型的准确性与可靠性。基于所建立的模型,对比分析了考虑和不考虑岩屑存在及对流换热效应时预测的压力和温度差异,分析了欠平衡压差、机械钻速、地温梯度等因素对井筒压力和温度分布的影响规律。深层页岩欠平衡钻井气液固三相瞬态流动传热模型为控压钻井、欠平衡钻井在深层页岩油气中的高效应用提供了理论支撑。

欠平衡钻井技术探讨

欠平衡钻井技术(controlled pressure drilling)作为现代钻井技术的一种方式,越来越受到人们的重视,其原因不仅在于欠平衡钻井技术一些固有的优点,勘探开发作业越来越多的转移到难开发地区、低孔低渗储层和衰竭油气藏的开发也是欠平衡钻井得以蓬勃发展的另一个重要原因。文章根据在全球几十个国家的作业经验讨论了欠平衡钻井在国际上通用的分类、IADC对每一项分类的定义、各项技术的优缺点、局限性以及使用设备。

微欠平衡钻井作业中精细控压钻井系统的应用

在油田开采前展开研究区地质勘测及分析十分必要,直接关系到油田开采作业安全及经济效益。在阐述精细控压钻井系统及装备的基础上,以勘探较早且基岩储层地层压力低的CK油田为例,进行了构造特征、储层特征及钻井难点的分析,使用常规欠平衡作业难以确保探井施工安全,故对精细控压钻井系统在油田微欠平衡钻井作业中的应用进行了探讨。结果表明,该技术的应用在油气发现方面取得了较好效果,并为探井钻井作业安全提供了保证。

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。

欠平衡钻井井底压力自动控制技术探究

随着我国社会经济的快速发展,社会各界对于石油资源的需求量越来越高,油田在开采过程中欠平衡钻井技术的应用范围越来越广泛,而在进行欠平衡,钻井过程中经常会发生压力波动较大的状况发生,为了有效避免压力波动较大所引起的平衡状态,降低对油层所带来的损害。在实际开采过程中需要合理利用欠平衡钻井井底压力自动控制技术,对施工过程中所存在的影响因素进行明确,提出针对性的改进措施,实现我国低渗透油田的高质量开采。

华北油田欠平衡钻井液的选择和应用

华北油田的大部分油藏已进入开发中后期,但剩余储量规模仍然相当可观,实施欠平衡钻井技术是提高勘探综合效益的一条行之有效的途径。近两年,华北油田的欠平衡钻井技术发展迅速,欠平衡钻井液的合理设计是欠平衡钻井成功的关键之一,而钻井液的开发和应用必须和现场紧密结合,因此,如何开发适宜的适应本地区地质特征的欠平衡钻井液是今后发展的重点,本文阐明了华北油田地区对欠平衡钻井液的要求,介绍了欠平衡钻井液尤其是无荧光水包白油的现场应用,以及今后面临的挑战。

水力脉冲空化射流欠平衡钻井提高钻速技术

研究了水力脉冲空化射流欠平衡钻井破岩、清岩、提高机械钻速机理,并在准噶尔盆地金龙3井进行了水力脉冲空化射流欠平衡钻井现场试验。研究结果表明,井底欠平衡状态下产生水力脉冲、空化冲蚀和局部负压效应,可改善井底流场,降低岩石的破碎强度,促进井底已破碎岩石及时脱离井底,减少反复切削及压持效应,从而达到提高机械钻速的目的。金龙3井相邻井段机械钻速对比表明,在钻井参数基本不变的情况下,采用牙轮钻头＋水力脉冲空化射流发生器欠平衡钻井方式钻2 590~2 655 m井段和采用牙轮钻头＋水力脉冲空化射流发生器＋螺杆钻具欠平衡钻井方式钻2 655~2 759 m井段的机械钻速分别比采用欠平衡钻井方式钻2 485~2 590 m井段的平均机械钻速提高19.8%和87.1%。

欠平衡钻井期间地层流体流入规律研究

为了从理论上研究欠平衡钻井过程中的一些问题 ,以便更好的控制和发展欠平衡钻井。本文研究了地层流体流入井筒的规律 ,建立了欠平衡钻井期间井底流压计算方法 ,指出了假设油气层厚度不变下模拟欠平衡钻井期间地层流体流入井筒的理论有较大误差。给出了在欠平衡钻井期间 ,随着井眼不断加深 ,油气藏暴露面积不断加大 ,地层流体流入井眼的参数计算方法。在此基础上 ,提出了在欠平衡钻井期间 ,保持井底负压差钻井会因地层流体流入井筒过多而造成控制困难 ,而根据地层渗透率与钻速 ,采用恒地层进气量钻井将是安全的。

低渗透致密气藏水基欠平衡钻井损害评价技术

低渗致密砂岩气藏具有孔喉细小、强亲水、裂缝发育等特点,在作业过程中易于受到损害,即使在欠平衡条件下,仍然具有一定的损害可能。在水基欠平衡钻井条件下,低渗致密砂岩气藏主要的损害方式为水锁和应力敏感。利用裂缝可视化测试系统、毛管流动孔隙结构仪等分析测试手段评价了低渗致密气藏的水锁和应力敏感损害。研究表明,低渗致密气藏在欠平衡条件下仍有很强的水锁损害可能,初始渗透率越低,水锁损害程度越大;有效应力一定时,欠压值越小,水锁损害程度越大,过小的欠压值不能起到保护储集层的作用;欠压值一定时,有效应力越大,水锁损害程度越大。目前对欠平衡条件下的水锁损害评价还处于摸索阶段,下一步工作的重点是储集层原地作业条件的真实模拟以及将室内实验结果应用于现场工程设计。

欠平衡钻井环空岩屑对井底负压的影响

对井下压力实测数据进行了分析,建立了环空岩屑影响井底压力增量的计算方法并编制计算软件,分析结果表明,环空岩屑对井底负压的影响很大.在4000～5000m的深井中,机械钻速高达10m/h时,环空岩屑引起的井底压力增量高达3～4MPa,甚至更高.因此,在深井井底负压值设计范围较小(0～2.5MPa)时进行井底负压控制,应该充分考虑环空岩屑对井底负压值的影响,针对不同情况采用不同的控制方法.该方法应用于大庆油田欠平衡设计计算和实钻,精确控制了井底负压,提高了大庆油田欠平衡钻井井底负压控制水平.

四川天然气欠平衡钻井完井技术研究与应用

天然气欠平衡钻井完井技术是一项新技术,可以实现从钻井到完井全过程储层无外来流体的伤害,它可将储层伤害减小到最低程度。近几年四川石油管理局经过攻关,研究形成了天然气欠平衡钻井完井技术。文章介绍了天然气欠平衡钻井完井的实施条件,利用欠平衡钻井数值模拟软件对井内压力分布规律、环空速度分布、环空岩屑浓度分布及井口回压影响规律进行了分析,讨论了地层出液对天然气钻井的影响,分析了天然气排量与井底压力的关系,介绍了天然气欠平衡钻井注入参数的确定、循环流程及天然气欠平衡钻井完井技术措施。应用该套技术,在井浅2井、平落19井和白浅111H井进行了现场实践,取得了良好的技术经济效益。

欠平衡钻井技术在保护煤层气储层中的应用

煤层气储层不仅具有低渗、低压特点,还具有对各类伤害的敏感性,从而决定了在煤层气钻完井、开采过程中要坚持采取系统的保护煤层措施。通过直井的油管向另一水平井环空注气实现欠平衡的钻井工艺在FP1-1井中得到成功应用,实现了及时、平稳注气,保护了煤层并维持井壁稳定,优化了单井筒水平井井身结构。为推广欠平衡钻井技术开发煤层气指出了方向。

欠平衡钻井正气举过程井筒瞬态流动数值模拟

正举法气举作业的实施效果直接决定着欠平衡钻完井施工的成败,特别是气举过程中的井下压力动态演变,关系到整个作业过程中的井控安全。正举法气举作业的实质是在井下停止循环的初始条件下氮气连续气举作业,井下流体由静止状态到气体穿越液体滑脱至井口的不同于常规稳态流动的瞬态气液两相流动。针对这一特殊流动研究,完成了停止循环开井条件下气举时井下瞬态气液两相流动特征参数变化数值模拟计算方法和数学求解模型的建立,通过实际井数值计算连续气举时井下瞬态气液两相流特征参数变化得出规律性认识,如氮气沿井眼滑脱上升运动速度逐步加大、顶出钻井液随时间的增多、井底流压瞬时波动在初始阶段最大等。研究成果丰富了欠平衡氮气钻完井施工正举法气举作业的井筒流动模型体系和压力控制方案,增强了该特殊流动规律的认识,为井控安全提供了理论保障。

欠平衡钻井环空多相流井底压力计算模型

随着欠平衡钻井技术的发展,对井底负压值精确控制的要求越来越高,目前已经开发了随钻井底压力测量仪器。对井底压力的大小实测发现,原有的气液两相流井底负压控制计算模型的计算误差较大,达到13%。为此,在H.V.Nickens所建立的钻井过程气侵时的两相流模型基础上,建立了直井环空多相流井底压力流动型态新的计算模型。该模型充分考虑了岩屑固相和多相加速度压降的影响,精度较高,利用深层欠平衡钻井实测数据,计算表明误差小于3%,为欠平衡设计计算与精确控制井底负压值提供了理论依据。

欠平衡钻井录井监测技术研究

随着欠平衡钻井技术的广泛应用,常规综合录井设备、技术与方法已经无法满足现场录井工作的需求。文中分析了在欠平衡钻井条件下,常规综合录井技术与方法的不足;针对欠平衡钻井过程中出现的一些监测技术难题,如井底压力与欠平衡状态的监测,以及气体钻井过程中井下燃爆与地层出水的监测等方面进行分析与探讨;对欠平衡钻井条件下的录井监测提出了相应的配套技术与方案。通过研制的欠平衡地面监测系统,可以对欠平衡钻井过程中的关键参数进行监测,从而提高录井信息的完整性与准确性,弥补了常规录井技术的不足。通过现场多口井的应用和推广,取得了良好效果。

欠平衡钻井井口回压控制理论与方法

以钻井环空多相非稳态流理论为基础,根据气-液两相流体在井筒流动过程中遵循的基本方程,利用有限差分的数值解法进行求解,刻划了井内流体的各种运动特性以及瞬态压力平衡关系,提出了利用井口回压对井内各流动参数进行控制,找出了井口回压和气体侵入量对井内各种流动参数的影响关系和规律,得出一些指导欠平衡钻井的有益的结论,对进一步深化和完善欠平衡钻井和井控理论研究以及现场应用具有重要的现实意义。

欠平衡钻井井底压力控制技术

在欠平衡钻井过程中,井底压力控制技术是其关键技术之一,为准确掌握井底压力的大小,提高井底负压控制精度,开展了3项关键技术研究。首先利用在钻井过程中随钻测量起钻后地面回放的方法,自行研制开发出能够抗180℃高温、具有抗震功能的测量仪器;其次,在原有模型基础上,利用实测数据进行分析,考虑固相和多相流加速度压降的影响,研制开发了流钻欠平衡钻井环空多相流井底压力的计算模型,并推导出机械钻速影响井底压力增量的计算公式;最后,为验证模型精度,开发了钻井监测与分析计算软件,软件计算结果与实测数据对比,误差小于3%。研究表明,3项技术可提高井底压力计算和控制精度,为欠平衡钻井设计计算与精确控制提供了理论依据和实用数据。

致密砂岩气藏水基欠平衡钻井损害评价

致密砂岩气藏储层具有孔喉细小、强亲水、裂缝发育等特点,在作业过程中易于受到损害。采用水基钻井液欠平衡钻开致密砂岩气藏时,易发生逆流自吸效应及敏感性损害。这些损害究竟对致密砂岩气藏水基欠平衡钻井的储层保护效果产生多大影响,目前还没有一套完整的实验方法来模拟其对气藏的损害程度。为解决致密砂岩气藏水基欠平衡钻井的储层保护,设计了一套实验装置和实验方法来模拟水基欠平衡钻井。利用这套装置对川中某气田典型岩心进行了不同欠压值的储层损害程度评价,研究了水基欠平衡钻井的损害机理以及影响因素。实验结果表明:水基欠平衡钻井对储层损害程度弱,平均为11.8%,钻井液循环2h滤液及固相侵入深度小于1cm,侵入深度浅。为定量评价水基欠平衡钻井对储层损害程度提供了一套实用装置和方法。

欠平衡钻井多相流模型评价分析

为了给欠平衡钻井工程设计提供切实可行的井底压力预测模型,比较了利用均匀流动方法(Guo Boyun模型)、经验公式方法(Beggs-Brill模型、Orkiszewski模型、韩洪升和陈家琅模型)以及力学方法(Hasan-Kabir模型和修正的Ansari模型)建立的三类欠平衡钻井稳定流动模型。利用FORTRAN90分别对6个模型进行了编程求解,模拟了欠平衡钻井过程的环空气液两相流动规律,预测了充气液欠平衡钻井的井底压力。并把模型预测结果和现场施工数据以及全尺寸试验井试验数据进行了验证,分别指出了6个模型的预测精度。验证结果表明用力学方法建立的修正的Ansari模型的预测精度较高,可以满足欠平衡钻井井底压力设计的工程精度要求。推荐在欠平衡钻井工程设计中使用该方法,保证全过程的欠平衡钻井,实现欠平衡钻井的经济效益。

欠平衡钻井完井液技术的研究与应用

本文介绍了胜利油田欠平衡钻井完井液技术的室内研究 ,以及欠平衡钻井液在罗 15 1 11井、商 741平 1井、王平 1井的成功应用。三口井的应用证明 ,合理选择钻井完井液体系是实现欠平衡钻井成功的关键 ;在欠平衡钻井完井的施工中 ,采用合理的保护油气层措施 ,提高油井产能 ,是欠平衡钻井的宗旨。本文介绍的欠平衡钻井实践 ,为今后同一地区类似储层或其它地区类似储层的欠平衡钻井提供了宝贵的经验。