大位移井循环压耗精确计算方法研究及应用

对现有大量的压耗计算方法进行了研究分析,提出了适合于大位移井循环压耗计算的不同流变模式泥浆流动的流态判别和摩阻系数计算方法,建立了钻杆接头对钻杆内压耗的影响系数计算式和井下动力钻具压耗计算方法。基于传统钻井循环压耗计算方法,结合大位移井特点,提出了大位移井循环压耗的精确计算方法,验证结果表明,该方法能够较大幅度降低误差,从而能为大位移井水力参数计算和设计提供帮助。

超深井循环压耗计算模型研究

传统的循环压耗计算模型主要是针对浅井和中深井,其温度和压力对钻井液流变性和密度的影响小,因此精度能够满足工程需要。但高温、高压环境下的超深井钻井,温度和压力对钻井液密度和流变特性的影响已不能忽略。为了使钻头得到更多的压力降和水功率,尽量减小钻井液传递过程中能量的损耗,就必须准确求得循环系统压力损耗。鉴于此,建立了考虑温度、压力效应的超深井钻井循环压耗计算模型,并编制了应用软件。计算结果表明,计算的循环压耗与实际压耗符合率在95%以上;考虑温度、压力效应的循环压耗与不考虑温度、压力效应的循环压耗相差3 MPa左右,这为增大喷嘴压力降、开展超深井钻井喷射钻井提供了理论指导。

无隔水管钻井浅部地层井筒循环压耗分析

无隔水管钻井液回收钻井技术能够较好地解决深水浅部地层的钻井难题。基于圆管流量方程及其在环空中的推广应用,分别建立钻柱内和环空中钻井液全流态的井筒循环压耗计算方法。算例分析结果表明,层流状态下钻柱内和环空中循环压耗随排量增大均缓慢增加,而过渡流和紊流下循环压耗随排量增加的速度较快;RMR无隔水管钻井系统在钻井过程中存在一个临界排量,只有泵排量不小于临界排量才能够保证井筒循环的连续性;钻遇浅部地层时井筒压力中还是钻井液液柱压力起主导作用,循环压力的影响相对较小。研究内容可为我国开展深水无隔水管钻井提供一定的技术支持。

泵注反循环钻井循环压耗实验研究

泵注反循环钻井是一种新型钻井方式,在钻复杂结构井时具有井眼清洁、机械钻速高等优点。循环压耗是泵注反循环钻井能否实现的关键问题。利用自行设计的泵注反循环模拟实验装置,进行了不同水眼个数、水眼布局以及钻井液参数下的循环压耗试验,根据试验结果对影响反循环循环压耗的主要因素进行分析。结果表明,最佳钻头水眼总面积为钻杆内截面积的50%,最佳钻头水眼布局方式为沿钻头边缘布局。同时,钻井液密度越高,循环压耗越大,但钻井液密度对最佳水眼面积和水眼的布局方式影响很小。研究结果为泵注反循环钻井钻头水眼优化设计提供了依据。

连续管钻井循环压耗的计算

以辽河油田某区块作为研究对象，以该区块的地质情况、连续管钻机的性能参数等作为计算依据，对连续管钻井中各段压耗包括连续管盘管压耗、连续管直管压耗、环空压耗以及总循环压耗进行了相应的计算，重点探讨了钻井液流量Q，稠度系数K以及流性指数n对连续管循环压耗的影响。根据计算结果，结合实践经验，初步确定了连续管钻井液的流变性能参数。理论计算结果表明，对于水基无固相钻井液而言，Q值选择在0．01m3／s左右，n值选择在0．4-0．5，难选择在0.7-1．0Pa·sn较为合适。这些计算的理论分析可为连续管钻井液的设计提供一定的理论依据。

深井钻井作业中循环压耗计算方法探讨及改进

钻井过程中准确确定循环压耗对降低井下复杂事故发生、提高安全钻进效率十分重要。由于深井钻井作业中,利用传统计算方法确定循环压耗会产生较大误差,故有必要进行改进。通过利用幂律流体模拟钻井液,推导出圆管和环空中幂律流体的雷诺数公式,得出环空中层流时的循环压耗计算模型。经实践验证,该模型在确定深井循环压耗时计算简便、准确率高、误差低,为深井钻井作业中准确计算循环压耗提供了一种新方法。

传统计算循环压耗方法局限性探讨及改进方法验证

近年,随着西北缘玛湖地区勘探开发进程加快,经不断的实践探索发现钻井过程中准确确定循环压耗可以有效地降低井下复杂事故发生率,提高安全钻进效率。在过去深井或超深井作业中,利用传统计算模型确定循环压耗存在较大误差[1]。因此,合理的改善该地区循环压耗计算方法具有重要意义。通过改进传统方法,利用幂律流体模拟钻井液,推导出圆管和环空中幂律流体的雷诺数公式以及环空中层流时的压耗计算模型,利用该模型在确定深井循环压耗时计算简单,准确率高,误差低,为安全钻井、增大钻头压降等提供理论指导。经现场应用发现该计算模型可有效降低循环压耗误差。

降低小井眼循环压耗的技术分析

目前对于循环压耗的计算已经有了相当准确的计算模型,在温度、钻具接头、钻具偏心、钻具旋转等诸因素中,一旦井位确定,其中温度、钻具偏心和钻具旋转的因素也就基本确定了,上述因素属于不可变因素。而钻具接头尺寸受钻具整体尺寸和钻具强度的限制,尽管其改变可以影响循环压耗,但必须与钻杆整体尺寸综合考虑。因此在已有的小井眼循环压耗计算模型中,考虑温度、钻具接头、钻具偏心以及钻具旋转等因素是为了提高模型的计算精度。本文主要是利用模型通过钻杆尺寸、钻井液性能以及钻井液排量等可变因素对小井眼循环压耗及压耗分布的影响进行分析,从中找出影响循环压耗的主要因素。

考虑井筒实际温度和压力耦合作用的循环压耗模型

传统压耗模型把流体性能当作常数进行计算,而实际上钻井液性能受压力、温度的耦合作用,另外由于井筒温度与地层温度也有很大差值,若假设井筒温度为地层温度,会使压耗计算产生很大误差,对于一些窄密度窗口井,这些误差不能轻易忽略。

多场耦合的井筒循环压耗模型

钻井设计中,水力参数设计是非常重要的部分,为使钻头获得更多的压力降和水功率,一定要准确的计算出循环系统压耗。传统压耗模型把流体性能当作常数进行计算,而实际上钻井液性能受压力、温度的耦合作用,另外钻井液在环空流动时,由于钻铤与井壁截面较小,常常发生紊流,这时管壁的粗糙程度对压耗的大小有很大的影响。鉴于此,建立了考虑温度、压力、管壁粗糙度等因素的循环压耗模型。

泥浆流变模式优选方法对循环压耗计算结果的影响研究

泥浆流变参数的计算是钻井液水力参数计算和设计的前提。同一种泥浆,不同方法计算出的最优流变模式不同,其循环压耗结果也会不同。选用工程法和黄金分割搜索法进行了泥浆流变模式优选和流变参数计算,通过对比,分析了不同方法对循环压耗计算结果的影响程度,结果表明:不同方法得到的泥浆最优流变模式和流变参数不同,其对循环压耗的计算有很大影响,相对误差可高达30%以上;三参数H-B模式在描述泥浆流变性能方面具有较大优越性,卡森模式也能较好的描述实际泥浆性能,但针对卡森模式的流动摩阻研究还有待加强。

微小井眼循环系统压力损失规律研究

通过研究,建立了微小井眼连续管内及环空压耗计算模型;根据所建立的数学模型及设定的参数,计算了不同井深和排量下连续管直管段、螺旋管段及环空的压力损失,得到了压力损失与各参数之间的变化规律曲线。曲线表明,在相同流量下,直管段、螺旋管段及环空的压力损失随井深(长度)的增加而线性增加;流量增大,相同长度的直管段和螺旋管段的压力损失增大,环空压耗也增大;长度相同时,在螺旋段产生的摩擦压力损失远比在直管段的大;随着井深的增加,连续管的总压力降呈下降趋势。

环空附加当量循环密度的计算方法

面对日益复杂的地质条件和钻井技术的革新要求,井底当量循环密度计算的重要性越来越引起钻井工作者的重视。一般而言,当量循环密度等于当量静态密度与环空压耗的当量密度之和。将循环过程附加的环空压耗折算成相当的密度值,则为环空附加当量循环密度,其计算与监测对于大位移井、深水井或超深井的控压钻井尤为重要。文中通过优选钻井液流变模式选取幂律模式作为实际钻井液的流变模式,对不同尺寸的管柱采取分段求和的处理方法计算钻井液循环压耗,并运用环空水力模型和U型管原理这2种方法计算环空附加当量循环密度,最后结合具体实例进行了计算。研究结果表明,环空附加当量循环密度的计算结果能够满足工程设计的计算要求。

井筒内泥浆性能变化对井筒压力计算的影响

深井、超深井已成为油气开发的重要途径,高温高压对泥浆性能和井筒压力计算有着重要影响。结合深井钻井特点,综合考虑泥浆密度和流变性能以及井筒温度和压力场的相互影响,建立深井钻井井筒温度、压力和泥浆性能的耦合计算模型,并进行了数值求解。基于实例分析,得出如下结论:高温高压不仅对泥浆密度影响较大,井筒内实际泥浆密度和有效黏度都会大于入口值;是否考虑高温高压对泥浆密度的影响对井底ECD计算结果影响较大,对泥浆有效黏度的计算影响较小;是否考虑高温高压对泥浆有效黏度的影响对循环压耗的计算结果影响较大,对泥浆密度的计算影响较小。进行深井超深井井筒压力计算时必须同时考虑高温高压对泥浆密度和流变性能的影响,否则将产生较大误差。

泵注反循环岩屑粒径对最低排量的影响实验

介绍了泵注反循环钻井的基本原理和特点。利用泵注反循环岩屑运移模拟实验装置,以清水为循环介质,对6种不同粒径的岩屑上返所需要的最低排量(流速)进行了实验。探讨了最低排量和循环压耗随岩屑粒径的变化规律。实验结果表明:岩屑上返的最低排量和循环压耗随岩屑粒径的增大呈现非线性的增加,当岩屑粒径超过4.75mm后,循环压耗的增幅加大;岩屑在水平段运移所需的最低排量小于在弯曲段和直井段运移所需的最低排量。实验结果为泵注反循环钻井方法的应用和水力参数的优化提供了依据。

连续循环系统在提高机械钻速方面的应用

涠洲某油田地层压力为异常高压,最高压力系数1.61,于2015年7月完成第一批11口井的钻完井作业,并于当年11月投产。2016年9月实施第二批6口井钻完井作业,开始作业前面临三个问题。为了解决这些问题,在第二批6口井中引入连续循环系统并成功应用,根据连续循环系统不停泵接立柱,保持井底压力恒定的特点,利用循环压耗来保证在钻井液密度低于地层压力系数的情况下避免井控、井漏和井壁失稳风险,以此来提高机械钻速。第二批6口井钻井作业安全顺利,未发生任何井控、井漏和井壁失稳,实际产量远超配产,平均机械钻速达19.82m/h,较第一批11口井平均机械钻速提高43.11%。

深井水平井水平段水力延伸能力评价与分析

对影响水平井水平段延伸能力的因素进行了分析,然后根据钻井液流体力学理论,建立了水平井循环压耗计算模型,分别对水平井总循环压耗和水平段环空压耗进行计算,进而求出了水平井水平段极限延伸长度值;对钻井液密度、钻井泵额定压力、岩屑床高度和钻井液排量对水平段水力延伸能力的影响进行了分析。研究表明,水平段水力延伸能力受钻井液密度、钻井泵额定压力、岩屑床高度和钻井液排量等多个因素共同影响。为了提高深井水平井的延伸能力,应使用较低密度的钻井液;尽量保持较低的岩屑床高度;钻井液排量应尽量小。同时还认识到,深井水平井水力延伸能力主要受到钻井泵额定压力的制约。研发高额定压力的钻井泵,是提高深井水平井水力延伸能力的主要措施。

连续油管新型钻塞胶液在JY25-1HF井的应用

在连续油管钻磨桥塞施工中,由于连续油管设备及钻塞液的限制,钻屑难以返出井口,易出现憋泵、卡钻等复杂情况。为此,对现有连续油管钻塞液进行优化改性,引入多糖类高分子化合物为流型改性剂,通过材料优选及性能对比,研发出新型钻塞胶液。通过判别,该新型胶液属于幂律流体,计算得出,原钻塞胶液在管柱内和环空内均为紊流,循环压耗均为0,而新型钻塞胶液在管柱内为紊流,在环空内为层流,而循环压耗分别为1.7 MPa、0.116 MPa。新型钻塞胶液在涪陵JY25-1HF井连续油管钻磨桥塞施工中进行了试验应用,在注入10 m3时循环泵压最高,为1.80 MPa,与理论计算结果基本吻合,误差在1.80%。应用效果表明,新型钻塞胶液综合携带能力显著提高,携带量提高了2倍以上,值得进一步推广应用。

页岩气双二维水平井极限延伸能力研究

页岩气藏的开发多采用水平井,水平段的延伸能力直接影响到页岩气藏的综合开发效益。双二维水平井具有施工难度小、邻井碰撞风险低、作业费用低等优点。根据长宁页岩气的钻井实际情况,分析了钻机承载能力、钻柱安全系数、地层承压能力及额定泵压等因素对水平井延伸能力的影响,推导了相应计算模型。以长宁已钻页岩气井为基础,计算了不同影响因素随水平段长度的变化。研究表明,双二维水平井的延伸能力主要受地层承压能力和额定泵压影响,钻井施工中应选择合理的钻井液密度和排量,降低水平段岩屑床高度,采取适当的堵漏措施,选择高额定泵压的钻井泵。

无隔水管钻井技术临界排量分析

鉴于国内有关无隔水管钻井技术水力学研究较少,且循环压耗计算仍然基于适用性较差的钻井液流变模式的现状,采用罗-斯模式建立了适用于无隔水管钻井系统的全流态水力学分析方法,分析了泵排量随水深、井深的变化规律。分析结果表明,无隔水管钻井系统正常钻进过程中,应保持泵排量大于或等于临界排量,否则立管压力将为负数,钻柱内将出现U形管效应;钻柱内循环压耗对立管压力随排量变化的规律影响较大,环空循环压耗和钻头压降对其影响较小;不同深水条件下临界排量均随着井深的增加而减小,当井深相同时,水深较小的工况下临界排量较小。所得结论对无隔水管钻井系统平台泵排量的确定有指导意义。