考虑延伸极限的大位移水平井最优钻井液排量设计

钻井液排量的大小直接关系到大位移水平井延伸能力的高低,为获得最大的大位移水平井延伸极限,笔者从钻井液排量的角度出发,提出了排量的优化设计原则,并给出了最优钻井液排量的设计方法。综合利用大位移井的裸眼延伸极限原理和水力延伸极限原理,并考虑井眼清洁的需要从而确定钻井液的排量范围,最终以获得最大的水平段延伸极限为目标,确定最优钻井液排量值。应用该方法对1口大位移水平井进行分析可知,其排量允许范围为26.2~42.9 L/s,最优排量值为31.8 L/s,其对应的最大水平段延伸极限为6 251 m。进一步研究表明:首先,在任意排量下,基于上述两原理获得的两水平段延伸极限值的最小值可以作为大位移水平井的水平段延伸极限;其次,两水平段延伸极限相等时的值即为最大水平段延伸极限,其所对应的排量值即为最优钻井液排量值;最后,该最优排量值既可以保证大位移水平井获得最大的井眼延伸极限,又可以满足井眼清洁的需要,井内压力也不会超过井壁稳定和钻井泵的最大承载能力。

非电动钻机用钻井液排量控制装置的研究

针对非电动钻机存在钻井液排量调节精度差、费时、费力及不安全等弊端 ,结合钻井生产实际 ,介绍了研制的非电动钻机用钻井液排量控制装置的基本组成、工作原理 ,技术关键、性能指标和使用操作规程等。该装置以远程控制为突破口 ,集液压、电气、控制于一体 ,结构原理简单 ,安装使用方便。采用该装置后 ,钻井液排量可以在小范围内较准确地调节 ,对于处理井下复杂情况及进行常规作业将起到积极的作用 。

深水钻井隔水管增压排量对井筒温度分布的影响

由于受深水低温特性的影响,深水钻井中,井筒流体温度分布的计算与陆地钻井中井筒流体温度分布有所不同。隔水管增压管线排量的存在使流体温度进一步降低,因此深入了解增压管线内排量对深水钻井井筒流体温度分布的影响规律十分重要。基于无隔水管增压排量下深水温度分布的计算方法,考虑突扩孔道流动的问题,结合热力学相关理论,对加隔水管增压管线排量时的深水钻井井筒流体温度分布进行了研究,建立了该情况下温度分布的预测方法,得到了井筒流体温度分布。研究结果表明:隔水管增压管线排量对深水井筒流体的温度分布影响明显,且影响区域较大;较管柱而言,增压排量对环空内井筒流体温度场分布的影响更为明显;因钻井液和流动方向的不同,较环空而言,管柱内钻井液温度受增压排量的影响更深。因此,研究深水钻井中的深水温度分布时,隔水管增压排量的影响必须加以考虑。

使用螺杆钻具条件下钻井水力参数优化设计方法

螺杆钻具虽然应用广泛,但使用螺杆钻具条件下的钻井水力参数优化设计方法还不完善。为了指导钻井现场应用,以螺杆钻具的推荐工作参数为约束条件,应用数学规划方法建立了钻井液排量和钻头压降优选模型,给出了实用的钻井水力参数优化设计方法。研究表明,使用螺杆钻具时,应在螺杆钻具推荐工作参数内,以钻头水功率与螺杆钻具水功率之和最大为指标优选钻井水力参数;为了获得最优水力参数,螺杆钻具工作压降尽可能采用推荐工作压降,钻头压降尽可能接近螺杆钻具传动轴限定的最大钻头压降。

导向钻井下行通讯地面监控系统设计

针对变钻井液排量进行导向钻井下行通信设计了地面监控系统:给出了下行通讯指令传输系统的组成及原理,并利用MATLAB的图形用户界面(GUI)设计了地面监控系统的主界面、信息回放和指令下传等界面,实现了井下采集的数据回放、曲线绘制.根据变钻井液排量指令特点及编码方式,实现了对下传指令的选择,并直观显示出选中的指令编码形式,完成对串行口通信参数的设置,实现下传指令的发送.

欠平衡钻井安全钻进控制参数评价

欠平衡钻进过程中,气体侵入井筒后,环空出现多相流动状态。由于气体具有可压缩性,环空压力场随着气体的侵入及侵入量的改变而呈现复杂的变化,整个井筒压力剖面将出现波动。为使地层气体可控制地侵入井筒,需要及时调节控制回压和钻井液排量,保证井底压力在安全密度窗口内,维持合理的井底欠平衡状态,以实现安全钻进。文中根据欠平衡钻进井筒压力平衡关系,建立了井底压力控制模型。通过分析影响井底压力的参数,建立了影响井底压力控制的安全钻进控制参数模型,并以控制回压为例给出了具体的求解流程。以新疆某井为例,说明控制参数对井底压力和环空压力场的影响。研究结果表明:地层出气后,能够通过增加控制回压,采用正常循环排出的方式,将侵入气体排出井筒,实现安全钻进;增加钻井液排量,气液混合速度增大,环空摩阻增大,导致井底压力增加。

超深水平井钻井水力参数优选

基于传热学理论和井筒流动特性,通过建立超深水平井的井筒物理模型和温度场模型,考虑螺杆钻具的工作特性,以钻头和螺杆钻具组合的最大水力能量作为优选目标,建立了水力参数优选模型,分析了温度、压力对最小携岩排量的影响,并计算了最优排量和其他水力参数。结果表明:与不考虑温度、压力影响时相比,考虑温度、压力影响时的最小携岩排量增加了1倍;最小携岩排量随着钻井液密度和塑性黏度的降低而增大,塑性黏度是其主要影响因素;不同时刻的最小携岩排量存在一临界点,在临界点上、下井段确定最小携岩排量时,应采用不同时刻对应的最小携岩排量。因此,在超深水平井复合钻井时,应充分考虑温度、压力对水力参数优选的影响,以保证井眼清洁,提高钻井效率。

导向钻井下行指令传输的井下接收装置研究

在变钻井液排量三降三升脉冲传输方式下,利用井下涡轮电机实现对下行传输指令的接收。简述了变钻井液排量三降三升编码传输的方案,构建了五位脉宽指令编码方式。针对井下特殊环境,提出了井下检测接收装置设计要求,给出了井下涡轮电机的内部结构及工作原理,设计完成了与井下涡轮电机配套的检测电路。通过水力驱动实验,研究了钻井液排量与电机输出电压之间的动态关系,实现了对三降三升下传指令的地面模拟实验及井下接收测试试验。实验结果表明井下涡轮电机的检测电压与钻井液排量呈线性关系,采用井下涡轮电机作为井下接收装置可以准确再现地面发送的下传编码指令,测试证明该井下接收装置是可靠且可行的。

高温高压气井井筒温度场计算与分析

为确保高温高压气井的安全钻井,有必要对高温高压气井的井筒温度场进行研究。考虑井筒流体与地层传热,根据热力学定律和能量守恒定律,建立了钻井液循环期间钻柱内及环空流体瞬态温度模型,分析了钻井液排量和循环时间对环空温度的影响。研究结果表明:循环温度与静温剖面的偏离程度随循环排量和循环时间的增加而增大;小排量时环空钻井液温度比排量较大时更接近于静温剖面;随着排量的增加,井底循环温度逐渐降低;在相同排量下,随着循环时间的延长,环空瞬态温度场偏离静止温度场越多,环空温度逐渐趋于稳定。基于该瞬态温度模型,结合顺北鹰1井参数,计算得到的钻井液出口温度与现场实测值很接近,相对误差均在7%以内,验证了模型的可靠性。

对后效录井深度归位的改进

利用后效录井可以对油气层显示进行归位,它是判别储集层流体性质和侵入程度的重要手段,可用以识别随钻气测录井显示的真假异常。通过分析目前使用的后效录井的深度归位方法,发现环形空间的差别和钻井液排量是影响归位深度的主要因素,为了消除影响,对后效录井的深度归位方法进行改进并编制了计算机程序,不但使录井人员从复杂的人工计算中解脱出来,也使归位深度更加准确,为油气层的准确评价提供有力支持。

水平井PDC钻头井下颗粒流数值模拟研究

针对深层页岩气水平井钻探过程中,岩屑运移效率低导致钻头泥包的问题,采用CFD-DEM耦合方法,对水平井PDC钻头井底流场进行数值模拟。研究了不同条件下井底流场岩屑运移情况,提出用岩屑滞留量和岩屑运移比来评价PDC钻头井底流场的携岩性能。研究结果表明:在井底PDC钻头区域,钻井液排量越小,岩屑在钻头心部区域的窜流越明显;钻井液的窜流与流量大小无关,主要与钻头水力结构有关;在环空区域,钻井液排量越小,重力作用越明显,重力是井底出现岩屑床的主要因素;旋转体力可使岩屑从低速流层跃迁到高速流层,从而获取轴向运移动能,随高速钻井液排向出口;钻井液排量和旋转均会影响岩屑滞留量和岩屑运移比。研究结果可为后续水平井PDC钻头携岩问题研究提供参考。

气测数据校正在录井综合解释中的应用

气测录井数据是目前录井综合解释的主要基础资料,然而受井径、钻时、钻井液排量、钻井液密度等因素的影响,在井口检测到的岩层气测值与地层的真实含气量总有一定的差异。针对渤海湾海洋录井技术,在前人研究成果的基础上,总结出一个地层含气量校正公式。通过实际应用表明,该校正方法不仅能消除钻井工艺方面的影响,还能消除不同井眼、不同工程参数对气测值的影响,提高气测值的横向和纵向对比性,增强气测录井解释图板的规律性,因而有利于提高录井解释符合率。