海上窄压力窗口控压固井浆柱结构设计方法

针对海上油气井窄压力窗口固井顶替效率低下的技术难题,通过轻钻井液的施加以优化浆柱结构以及施加环空回压的方法实现安全高效固井的目标。考虑停泵压胶塞环空回压值≯5 MPa、冲洗液环空紊流接触时间>10min以及注替结束井筒自压稳3个关键技术要求,合理优化固井浆柱结构,计算控压固井全过程井筒当量循环密度(ECD),使井筒ECD在安全密度窗口内,形成了海上窄压力窗口控压固井浆柱结构设计方法。以乐东10-1气田某高温高压井为例,优化设计了该井的浆柱结构,并模拟计算了控压固井全过程井筒ECD及紊流接触时间。结果表明:轻钻井液用量为14~50 m^(3)且密度在1.822~2.142 g/cm^(3)之间、冲洗液用量>13 m^(3)且密度在2.36~2.45 g/cm^(3)之间、水泥浆密度在2.4~2.51 g/cm^(3)之间,可实现冲洗液紊流接触时间>10 min且满足压稳不漏的固井要求。该设计方法可实现海上窄压力窗口井安全施工和提高固井顶替效率的要求。

控压钻井实时计算及控制决策方法研究

随着石油勘探开发向边缘、深部复杂地区和非常规资源发展,窄密度窗口、高井控风险等钻井问题越来越突出。对于窄密度窗口地层,控压钻井能有效降低钻井作业难度和井控风险。但现有控压系统在无井底压力测量数据条件下的计算分析能力有限,无法实现准确指导常规控压钻井和精细控压作业实时计算分析与控制决策推荐。因此,基于现场工程录井、控压实时数据,建立了自动判断控压钻井作业工况的分支判断树,实现了11种钻井工况的实时识别。从环空液固两相流动特征着手,耦合井筒压力和地层流体侵入量,建立了控压钻井过程中的环空压力分布预测模型,实现了井口回压预控值的计算、确定和推荐。在理论研究基础上,开发了控压钻井计算分析及控制决策系统,现场测试表明:控压钻井过程中可以进行井筒压力及井口回压值模拟分析、自动识别钻井工况和井下复杂,立管压力的系统计算值与实测值之间平均误差为1.88%,基于安全作业条件的井口回压预测值与实控值符合率达到89.8%,实现了基于实时工程参数的控压钻井在线计算分析与控制决策,提高了控压钻井井口回压控制的可靠性和时效性,有效指导常规控压钻井作业,并通过流程优化提升了精细控压钻井作业能力和智能化水平。

调整井控压钻井专用旋转防喷器的研制

为了满足调整井控压钻井低成本推广需要,研制了一种专用旋转防喷器,其功能完善、结构紧凑,整机高度仅为840mm,满足15钻机或常规30钻机实施调整井控压钻井的需求。本文详述了该装备的组成和工作原理,介绍了该装备的技术特点,对同类设备的研发具有一定的指导意义。

控压固井注入阶段井筒压力预测模型

控压固井技术在应对窄密度窗口地层固井难题时具有显著优势,但目前对注入阶段井筒压力的预测模型研究较少。结合控压固井的工艺流程,将注入阶段分为4个环节。基于流变学理论、井筒传热学理论和压力场理论,考虑注入阶段多流体间流变性能的差异,建立了温度-压力-流体性能参数耦合模型,并采用四循环迭代方法进行求解。以X井的控压固井参数为例进行了模拟计算,预测结果误差较小。对控压期间井筒的温度场、压力场和环空ECD进行了分析,研究结果表明,温度场在不同时间段对井口回压的影响规律不同,当环空流体结构为多液柱结构时,井口回压对温度的敏感性较小;井筒压力变化规律受流体位置的分布影响较大;在其他条件不变的情况下,提高注入排量会增加作业密度窗口,但环空最大ECD基本不变。根据研究结果提出了对应的改进思路,以便对控压参数进行更好地设计。

控压固井注入阶段流体密度和流变性分段预测方法

为解决控压固井注入阶段入井流体密度及流变性预测难的问题,设计了流体密度和流变性测量试验,基于试验结果优选了流变模式,建立了考虑不同流体性能差异的温压耦合模型,提出了流体密度和流变参数的分段预测方法。以川北地区X井为例进行了模拟计算,模拟结果表明:采用分段方法可将赫巴模式、四参数模式等多种流变模式作为优选对象,能更精确地描述流体的流变性;控压固井注入阶段采用常规计算方法,井口回压值偏低,大大增加了地层气侵风险,且不同方法预测的环空温度场相差不大;温度和压力的耦合作用对于流体密度和流变性及其变化规律的影响较大,也会对环空浆柱结构的设计及固井施工效果产生重要影响。研究结果为控压固井设计施工提供了理论依据。

油田井控安全风险控制技术刍议

在我国经济的可持续发展中,油井建设是核心基础设施之一。然而鉴于油田的独特性,近些年来,井喷失控事件频繁出现,严重影响了社会的稳定发展和公众的生命财产安全。基于这种情况,要求严格控制油田井控安全风险。在此基础上,首先介绍油田井控安全管理的主要特征,然后从井身结构、地表压力、开发方式与区块、员工素质水平等方面,分析了如今油田井控面临的安全风险,最后从分级安全风险防控、分级监管技术、防卡、防漏、防喷技术、井控风险的不同等级、安全钻井技术等方面,提出了相应的风险控制技术及其策略以供参考。

C/S架构的新型控压钻井计算模拟与控制软件

由于油气勘探开发中井下高温高压和复杂压力系统导致钻井过程面临的风险日益增大,因此迫切需要一款集工况数据模拟计算与井下复杂监测控制相结合的软件系统,助力实现安全高效钻井。为此,运用先进的控压钻井技术,实时监测井底压力、钻井液循环出入口流量差和密度等关键参数的变化,分析井下工况的变化,实现在钻井过程中井筒压力的快速、准确控制,有效降低钻井过程的安全隐患,及早发现并快速控制井下复杂情况,为形成预测、预控和快速处置的井筒安全提供支持。设计的控压钻井计算模拟与控制软件旨在从录井、PWD(Pressure While Drilling)、MWD(Measure While Drilling)、控压等设备获取钻井相关信息,建立水力学模型计算井筒压力、流量等参数。通过采用客户端/服务端网络架构,实现了多个客户端同时连接一个服务端,达到客户端数据同步的效果,经现场验证既可满足单机使用,又可方便网络连接,实现后方集中分析处理与远程操控。结果表明,该软件能准确地模拟计算各种钻井参数,保证安全高效钻井。实现了控压钻井由现场工程师处理模式转变为后方基于数据平台的模式,奠定了1个平台对N个现场控压钻井装备之间的互联互通基础,有力推动了控压钻井的智能化发展。

基于深度生成网络的时变井控下油藏动态预测代理模型

在流形空间内定义并求解油藏动态预测问题,充分考虑地质不确定性和随时间变化的井控条件(简称时变井控)下油藏动态的变化特性,构建基于条件演化生成对抗网络(CE-GAN)的油藏动态预测代理模型。CE-GAN通过特征空间的条件演化使原来无法控制方向的生成网络实现定向演化,将油藏动态预测问题转化为基于渗透率分布、初始油藏动态和时变井控的图像演化问题,实现时变井控条件下油藏动态的快速准确预测。基础油藏模型(Egg模型)与实际油藏模型的验证结果表明,CE-GAN预测与数值模拟结果的一致性较好,基础油藏模型验证中压力和含油饱和度的相对残差中位数分别为0.5%和9.0%,实际油藏模型验证中压力和含油饱和度相对残差中位数均为4.0%;CE-GAN代理模型训练完成后,相较于传统数值模拟,分别将基础油藏模型和实际油藏模型的计算速度提升约160倍和280倍,可以有效提高生产优化的效率。

井下双梯度控压钻井井筒多相流动规律

在陆上井下双梯度控压钻井过程中气侵是面临的主要挑战之一。研究气侵过程中,井筒气-液两相流动规律对气侵检测与处理具有重要意义。因此,文中基于钻井液、气体和空心球的质量、动量和能量守恒方程,考虑变梯度参数引起的环空变质量流动和井筒多相流行为,建立了井下双梯度控压钻井气侵条件下的全瞬态气-液两相流新模型,并利用该模型分析了井下双梯度控压钻井气侵过程中井筒内的气-液两相流动规律。模拟结果表明:变梯度参数不仅会改变气相体积分数和当量循环密度(ECD),而且能够影响气侵演变规律;井下双梯度控压钻井环空ECD整体上近似呈“折线形”分布,能够更好地适应深层超深层的窄安全密度窗口;将空心球比例、旋流分离器位置和分离效率相结合,能够灵活地调整环空ECD分布。该研究对使用井下双梯度控压钻井解决陆上窄安全密度窗口地层的钻井难题具有重要的理论和工程意义。

随机波浪及平台运动下控压钻井隔水管端部轴向位置预测方法

控压钻井(managed pressure drilling,MPD)技术是深水钻探时解决泥浆密度窗口较窄问题的重要技术。MPD隔水管端部为旋转控制头(rotating control device,RCD),其轴向位置的变化会直接影响井底压力。目前关于深水MPD隔水管端部轴向位置预测方法的文献较少。本文基于欧拉-伯努利梁理论,考虑管内高压和钻井液流速的影响,采用直接刚度矩阵法建立MPD隔水管系统动力学理论模型,采用Newmark-β积分法对MPD隔水管系统的动力学方程进行求解,并进一步开展随机波浪及平台运动下隔水管端部轴向位置的动态预测研究。以南海某1600 m水深隔水管为例进行分析,算例表明,一年一遇随机海况、管内高压为12 MPa,钻井液流速为2 m/s,钻井液密度为1600 kg/m^(3)时,隔水管端部轴向位置改变量在0.5~0.6 m之间波动;当进一步考虑平台慢漂运动时,隔水管端部轴向位置改变量在0.2~0.7 m之间波动。据此可计算得到井底压力的波动范围,从而可为控压钻井作业时井底压力的精确调控提供参考。

海洋精细控压钻井技术现状及应用

随着勘探技术的进步,不断向深部地层钻进,溢漏同存、窄压力窗口、异常高压等问题突出,往往会发生喷漏卡塌等复杂情况,这些已成为安全高效钻探面临和急需解决的难题。针对上述突出问题,考虑国内海洋钻井相比陆上钻井在地质特征、井身结构、作业模式等方面的差异,以陆上精细控压装备结构及工艺原理为基础,攻关形成了适合海洋作业的小型化、模块化、高效化精细控压装备及配套工艺,尤其在RCD系统结构、精细控压节流管汇结构、自动节流管汇回压补偿工艺等方面作出较大的优化升级,目前海洋化的精细控压钻井技术在加大推广应用,成为解决裂缝性储层、浅部大井眼钻进中的喷漏难题的有效手段之一。现场应用表明,精细控压钻井技术不仅有利于保障钻完井井控安全、减少井下复杂,而且可以大幅度降低钻井作业成本,在高压、裂缝发育、易漏失的储层钻井中具有广泛的应用前景,有助于提高勘探开发效益。

精细控压钻井技术及装备研究进展

精细控压钻井技术可使复杂地层普遍存在的井涌、漏失、坍塌、卡钻等井下复杂,特别是“溢漏同存”的窄密度窗口钻井难题得到有效解决,并提高复杂地层钻井成功率,实现安全、高效、快速钻井作业。实践证明,精细控压钻井技术越来越多地体现出常规钻井技术无法比拟的技术优势。文章介绍了精细控压钻井技术及装备的发展过程,重点介绍了笔者研究团队研发的控压钻井工况模拟装置及评价方法、精细控压钻井成套装备、集“钻、录、测”于一体的控压钻井方法以及欠平衡精细控压钻井工艺技术等核心技术,分析了精细控压钻井技术现场应用效果与适用性,提出了下步发展方向。精细控压钻井技术作为一项先进钻井技术,将是未来闭环钻井技术发展的重要基础。

智能控压钻井关键技术研究进展与展望

随着油气勘探开发快速向深层、深水、非常规等复杂难动用领域发展,涌、漏、塌、卡等井下风险显著增加,亟需研发自动化程度更高、且具有智能化操控能力的精细控压钻井技术与装备,加速由半自动化、自动化到智能化的发展进程,实现早期精准复杂工况预测,更快、更准地控制并消除钻井风险。在调研国内外控压钻井技术与装备的智能化发展现状的基础上,阐述了智能控压在智能控制、数据采集与处理等装备方面,以及井下复杂深度学习识别方法、智能决策分析软件等关键技术的研究进展,试验初步验证了其显著的技术优势,但仍有待现场充分验证与完善。建议进一步加速控压钻井技术与智能技术的跨界融合,建立支撑复杂油气高效勘探开发的智能控压钻井技术体系,助力我国油气工程技术高水平自立自强。

数字化井控技术研究现状及发展趋势

目前油气勘探开发领域逐渐向高温高压、深水深层等复杂油气领域拓展,钻完井难度与井控风险也随之增加。随着数字化技术与井控技术的深度融合应用,数字化井控技术在井控风险识别、溢流应急处理、井控失控应急抢险等方面凸显了重要作用,有助于提升井控风险管理水平和应急处置的效率。文章综述了国内和国外数字化井控技术的研究现状,从井控信息管理系统、井控智能化培训系统、精细控压钻井、智能化早期溢流识别、自动化关井压井、智能化应急救援装备和数字孪生井控技术7个方面详细介绍了技术现状及应用效果,同时分析了国内外在数字化井控技术方面的发展差距。最后在现有数字化井控技术的基础上,分别针对一级井控、二级井控、三级井控提出了下步重点攻关方向和发展趋势,以供同行业者参考。

深水钻井井筒压力预测与控制方法研究进展

深水油气资源储量丰富,勘探开发前景十分广阔。井筒压力预测与精准控制对于提高深水油气钻井成功率及施工效率至关重要。为了避免钻井过程中喷、漏、卡、塌等井下复杂情况的发生,其关键点是对井筒压力进行精确预测,进一步采取有效的压力控制措施。以井筒压力预测模型为前提、压力控制为主线,系统阐述了深水油气钻采的单相流、多相流井筒压力预测模型以及单梯度、双梯度、多梯度控压钻井方法基础研究的新进展。结合目前井筒压力预测与控制方法的研究现状,提出了控压钻井技术的重点攻关方向,如酸性气体气侵后井筒流动规律、多梯度控压钻井新方法与配套装备、智能化钻井与井控系统等。该研究成果可以为控压钻井的理论发展与工艺设计提供一定的参考。通过对比研究国内外海洋控压钻井技术的特点、核心装备、工作原理及适应性等,明确不同控压钻井技术的优势与不足之处,综合考虑中国深水区域的地质结构、施工环境与经济效益,对控压钻井技术的发展提出相关建议。

中国海油井控应急救援能力建设进展与展望

海洋井控应急救援能力建设是开发蓝色国土、保障能源安全的重要抓手,是中国建设现代化应急管理体系的重要组成部分。“十三五”至今,中国海油通过理论创新和科技攻关,完成了海洋井控应急救援能力建设的总体布局,并取得阶段性成果,具备了序列完善、功能完备的浅水井控应急救援能力和部分深水井控应急救援能力。文章针对目前国内外井控应急救援的技术现状,分析了中国海洋井控应急救援面临的问题与挑战,并详细介绍了中国海油井控应急救援技术的进展、海洋井控应急救援的关键装备及数字化井控系统,提出未来海洋井控应急救援“无人化、可视化、智能化”的发展方向,以期突破卡脖子关键核心技术,为保障国家能源安全、建设海洋强国做出更大贡献。

全过程精细控压钻完井技术研究进展及展望

为解决深部复杂地层常规钻井钻、测、固、完井各阶段漏喷复杂多、固井质量差、井控风险高等难题,在精细控压钻井技术基础上,发展形成了“钻—测—固—完井”全过程精细控压钻完井技术。本文详细介绍了国内外精细控压钻完井技术的研发、应用历程及发展现状,并剖析了该技术领域的发展趋势,即向个性化/系列化、集成化/融合化与数智化/智能化发展,逐步替代传统井控设备、走向智能井控技术;并给出了智能化发展的必经技术途径,为行业井筒压力控制技术发展提供参考。

精细控压钻井技术在乐探1井应用与实践

乐探1井是新疆油田公司在准噶尔盆地南缘部署的一口超深重点探井,井深7050m,5开井身结构。该井首次钻达吐谷鲁背斜构造下组合,5开井段上部地层压力系数为2.46,下部地层漏失压力系数为2.42,为负压力窗口。该井采用堵漏承压与集中排水相结合,多梯度浆柱结构起钻,近平衡、欠平衡多种钻进方式等精细控压工艺实现了控压钻井、控压完井作业的安全。介绍了乐探1井精细控压钻井的施工过程及取得成果。

控压钻井关键技术研究与应用

控压钻井技术在现代石油工程中具有非常重要的作用,主要包括井底压力控制技术、井筒压力监测技术、钻井液性能优化技术和钻井参数优化技术等四方面。控压钻井技术在不同地质条件、钻井深度和钻井环境中的应用效果显著,通过有效控制井底压力和监测井筒压力,可以提高钻井效率和安全性。优化钻井液性能和钻井参数可以降低钻井成本并减少环境污染。因此,控压钻井技术对于提高钻井效率、保障安全和保护环境具有重要意义。

精细控压钻井技术在南海高温高压井的应用

控压钻井技术是采用自动适应钻井工序,来精确控制作用在井筒的环空压力的一种钻井技术,针对高温高压井窄压力窗口难题,控压钻井技术是一种有效的控制手段。结合控压钻井技术特点,重点介绍控压钻井技术在该井的应用过程及取得的良好效果,为南海类似井提供了可借鉴的经验,在片区中具有推广意义。