基于井下分离的深水双梯度钻井早期气侵监测新方法

为实现基于井下分离的深水双梯度钻井早期气侵监测,基于井筒气液两相流理论,建立考虑密度突变的气液两相流模型。通过实例对比气侵发生后深水双梯度钻井和常规单梯度钻井环空出口液相表观速度和出口流量变化规律的差异性,分析不同井深、气侵量、分离器位置、重/轻质钻井液密度差、排量及井口回压条件下的环空出口流量变化。结果表明气侵发生后,当气体前沿到达分离器位置时,深水双梯度钻井环空出口液相表观速度和流量变化率均发生二次突增;井深越深、气侵量越小、分离器与钻头间距越小、重/轻质钻井液密度差越小、排量越大,均会导致突增后的环空出口流量变化率减小;通过监测环空出口流量的早期气侵监测新方法在气体前沿到达分离器位置时即可进行气侵识别,有利于更早地发现气侵并及时采取控制措施,保证深水钻井安全。

深水钻井隔水管外多普勒超声波气侵早期监测方法

采用井筒气液多相流理论分析了隔水管外溢流早期监测的可行性,基于多普勒超声波原理,设计了隔水管外气侵早期监测模拟实验平台,开展了多普勒超声波在气-清水(蔗糖溶液)两相流中的传播实验,并对信号进行了时域、频域分析。研究表明:①无论开泵循环或停泵,深水钻井隔水管外多普勒超声波信号电压均值均随着含气率的上升先上升后下降,并与含气率具有二次函数关系,采用监测信号电压均值变化可定量反推对应含气率的近似值。多普勒超声波信号在黏度较大的溶液中幅值明显减小且变化趋势变缓,黏度的影响远大于密度。②停泵状态下多普勒频移量随含气率的增大而增大,二者基本呈线性关系,采用监测多普勒频移量可定量描述含气率的变化。开泵循环状态下变频器产生的声能对幅度谱的影响超过了含气率的影响,频域信号分析不能判断是否发生气侵。③隔水管外多普勒超声波法气侵早期监测为非接触式测量手段,不直接接触流体、不受钻井工况影响,可根据多普勒超声波信号的变化对含气率进行定量表征,实现深水钻井气侵的早期监测。

基于随钻电阻率响应特征的深水钻井气侵早期监测方法

为了将随钻电阻率测井值的响应特征应用于深水钻井气侵早期监测方法中,对随钻电阻率测井值气侵响应规律进行研究。在分析测井值的环境影响因素基础上,设计一套气侵模拟试验装置,研究随钻电阻率测井值在不同注气量下气体侵入井筒的响应特征。考虑如何排除地层岩性影响随钻电阻率测井值变化并结合钻井液录井资料的基础上,建立基于随钻电阻率测井的深水钻井气侵早期监测方法。试验结果表明:通过瞬时随钻电阻率测井值的脉动特征可进行井底环空流型识别,并拟合出了气体体积分数与无因次随钻电阻率测井值的关系式,拟合公式与试验数据的相对平均误差为5%,吻合程度较高;与常规泥浆池增量法相比,建立的方法可提前10 min监测到气侵发生,比隔水管气侵早期监测方法提前6 min监测到气侵发生。

深水钻井气侵溢流发展规律及隔水管气侵监测优势

随着石油勘探开发迈向深水超深水,利用隔水管的长度优势、在隔水管底部对气侵进行早期监测的新思路成为研究的热点之一。从深水钻井气侵气体运移的基本规律出发,通过建立深水钻井井筒气液两相流计算模型,分析不同水深、泥线以下深度、井底压差、地层渗透率等工况下气侵气体的运移规律及其与溢流量的关系。结果表明:对于水深大于800 m、泥线以下深度小于2 800 m、地层渗透率小于50×10^(-3)μm^2的深水钻井,在隔水管底部对气侵进行监测比常规的泥浆池液面监测法更具时效性优势,且水深越深,泥线以下深度越小,地层渗透率越小,井底压差越小,该优势越明显。