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。

井眼清洁对长水平井井筒ECD影响分析

基于动态岩屑床模型,建立了考虑井眼清洁的长水平井井筒钻井液当量循环密度(ECD)计算方法,分析了机械钻速(ROP)和泵排量对岩屑分布的影响,以及岩屑堆积对井筒ECD的影响。结果表明,环空岩屑床厚度随着机械钻速的增大而增大,在环空返速不变的情况下,ECD会同步增大;增大泵排量能提高井眼清洁程度,井眼清洁程度较差时,小排量钻进也会导致环空ECD过大。

高温深井钻井液当量循环密度预测模型

在高温深井中,钻井液密度、流变性受压力和温度的影响较大,如果按照钻井液地面物性参数来计算当量循环密度,则会产生很大误差,在孔隙压力与破裂压力差值很小的井中,可能会产生井涌、井喷或井漏等后果。从钻井循环期间井筒温度场模型入手,建立了高温高压钻井液密度、当量静态密度、流变参数以及当量循环密度预测模型。经实验验证,所建立的高温高压钻井液密度、流变参数模型的预测值与实测值一致,相关系数都在0.99以上,使用当量循环密度模型比用常规方法计算结果更为准确。该模型为压力管理钻井技术提供了理论依据,对于合理控制井下压力,预防复杂和事故的发生具有指导意义。

精细控压钻井技术在塔中地区的应用及评价

塔中地区目的层奥陶系地质情况复杂,H2S含量极高,易喷易漏,含盐水层,钻井液密度窗口窄,钻井施工难度大。针对这一技术难题,塔里木油田公司首次引进了精细控压钻井技术,在国内首次实现了塔中Ⅰ号地区超深、超长水平段位移井的精细控压钻进。该技术的成功应用,标志着我国的钻井工艺技术水平跨上了一个新的台阶,为塔中地区精细控压钻井打下了扎实的基础,并积累了丰富的实践经验,同时也为以后在其它地区实施精细控压钻井作业提供了技术借鉴依据。

四氧化锰加重水基聚磺钻井液研究

国外现场应用表明，对于密度在1．6g／cm^3以上的加重油基钻井液，用四氧化锰代替重晶石粉加重，能降低钻井液的当量循环密度。通过用黑锰矿粉、重晶石粉、超细碳酸钙和铁矿粉加重水基聚磺钻井液密度至1．6g／cm^3，测定了4种加重钻井液在1．2～1．6g／cm^3之间5个密度点的表观黏度和塑性黏度，分析了表观黏度和塑性黏度的变化趋势。模拟计算出了井深为4150m时的当量循环密度，表明黑锰矿粉在密度为1．46g／cm^3以上可以获得低于其它加重材料的当量循环密度。

高温深井当量静态密度的计算

计算高温深井井底静压时必须考虑高温和高压对钻井液密度的影响。提出了一种新的钻井液密度-温度-压力数学模型,据此阐述了高温高压深井井底静压的具体计算方法,编制了计算机应用程序。结果表明,考虑高温高压影响时得到的深井井底静压值与常规计算方法的计算值相差较大,足以使钻井液安全密度窗口过窄的油气井出现井下复杂事故;高温深井水基钻井液当量静态密度随着井深增加而直线降低;且不同地面密度的水基钻井液密度降低的幅度相同。得出温度对高温高压钻井液静态当量密度的影响程度大于压力的影响程度,钻井液地面密度对当量静态密度变化量的影响很小。

钻井液连续循环钻井技术及自动化装备设计

钻井施工中,拆装钻杆需中止钻井液循环,但钻井液循环中止会导致孔内岩屑下沉、钻井液当量循环密度浮动变化,进而影响孔内安全。为避免上述情况的发生,钻井液不间断循环钻井技术的构想被提出。通过连续循环系统或连续循环接头进行钻井液分流,避开钻杆拆装部分,维持井内的钻井液循环,稳定钻井液当量循环密度。针对该技术原理,提出了一种自动化的钻井液不间断循环井口设备,通过背钳、自动钻井液切换系统和传扭动力卡瓦的配合,可实现钻井中拆卸、接装单根时钻井液不间断循环,有效避免因钻井液静置、沉砂过多导致的钻孔安全问题。

基于不确定度理论的ECD不确定性定量表征方法

井底当量循环钻井液密度(ECD)是影响钻井安全的重要参数,准确预测ECD是保障钻井安全有效进行的前提。目前,中国钻井作业大多数仍采用传统的水力学计算模型对ECD进行预测。根据传统的钻井水力学计算模型得到的结果能够大致反映ECD的变化趋势,但是由于其模型的精度以及计算模型中输入参数的模糊性等问题,使得准确预测ECD难度大,计算值与实际值之间必然存在误差,存在一定的不确定性。因此,需要对钻井过程中ECD的预测结果进行不确定性分析。笔者在综合分析ECD定量计算模型的基础上,首先讨论了ECD不确定性的来源,然后基于不确定度理论推导了ECD不确定度计算公式,并进行了实例分析,为ECD的科学描述提供了一种新思路,为保障钻井安全提供技术支持。

控压钻井技术在东海深部低渗地层中的应用

随着东海深部地层勘探取得突破,石油钻探进入深部复杂地层。深部地层岩石强度大、可钻性差,深部地层机械钻速低,同时深部储层孔渗条件差,储层保护尤为重要。此文介绍了一种新的钻井方式即控压钻井,分析其工艺优势和控制操作原理,结合东海地质特征,优化钻井参数,对东海N构造M4、M5井进行实例应用分析,机械钻速有较大的提高,同时也较好保护油气层,效果明显,为深部地层安全高效钻井提供一务途径。

射流式水力降压钻井机理与参数研究

窄密度窗口是钻井工程设计中的一个难点。为解决这一问题,提出了一种射流式水力降压原理,利用高速射流产生的抽吸力降低井底压力(循环当量密度),并介绍了工具设计的基本思路。射流式水力降压工具由主副流道组成,副流道流体在喷嘴处的高速低压区对环空产生抽吸作用。通过计算,降压效果随无量纲面积比、排量和喷嘴直径的增大而增大,随钻井速度的增大而降低。在分流量5%、钻井液密度1.25 g/cm3时,最大能降低井底压力1.5 MPa。该研究为射流式水力降压钻井应用打下了基础。

高温高压条件下钻井液密度研究

研究了温度和压力对钻井液当量静态密度（ESD）的影响，建立了高温高压条件下钻井液当量循环密度（ECD）模型，利用南海莺琼盆地某井的数据进行了钻井液循环模拟计算，结果显示：（1）井底压力随着地温梯度的升高而降低，（2）钻井液入口温度对于井底压力的影响较小，（3）井底压力随着钻井液循环速度的增大而升高。

莺琼盆地高温高密度水基钻井液流变性调控方法

南海莺琼盆地高温高压地层钻井安全密度窗口窄,对钻井液流变性要求苛刻,而高密度钻井液因固相含量高其流变性调控难度大,因此研究高密度钻井液流变性的影响因素和调控方法对确保该地区高温高压钻井安全至关重要。提出通过控制钻井液处理剂液相黏度来调节水基高温高密度钻井液流变性新方法,并通过毛细管黏度法评价莺琼盆地两套高温高压水基钻井液体系的流变性能及液相黏度,对高密度水基钻井液流变性影响因素进行评价和分析。结果表明,钻井液的液相黏度和固相含量是影响高密度钻井液的关键因素,钻井液体系的液相黏度由处理剂液相黏度决定,而固相含量主要由加重材料的品质决定。进一步评价结果表明,磺化类降失水剂液相黏度最低,其次为改性天然高分子降失水剂,合成类的聚合物型降失水剂液相黏度最高;钻井液在相同组成和密度条件下,重晶石品质越高,即密度越高,粒径越小,所配制的高密度钻井液流变性越优。研究结果表明选择低液相黏度处理剂、低剂量膨润土和优质重晶石是高密度水基钻井液流变性调控的主要技术手段。

深水高温高压井钻井液当量循环密度预测模型及应用

深水高温高压井具有井筒温度场变化复杂、钻井液物性变化大等特点,导致钻井液当量循环密度(ECD)难以准确预测。为此,根据南海某研究区深水高温高压井钻井资料,通过PVT测量仪和旋转黏度计研究了深水水基钻井液当量静态密度、流变参数与温度、压力之间的响应特征,并根据实验数据拟合经验模型参数,同时考虑温度和压力对钻井液物性参数的影响、海底增压对井筒流场与温度场的影响,对深水高温高压井ECD计算模型进行完善。研究表明:高温高压环境对水基钻井液物性有较大影响,海底增压泵排量越高,井筒内ECD越高。利用模型对南海ST362-1d井进行实例计算,ECD模型预测值与实测值平均误差仅为0.249%。该研究结果对深水高温高压井水力参数优化设计及井筒压力控制具有一定的参考价值。

深水钻井当量循环密度影响规律分析

深水钻井中,由于深水段的影响,上覆岩层压力低,钻井液密度窗口窄,当量循环密度(ECD)的预测和控制较难。针对南海深水井通过水力学分析软件进行ECD计算模拟,并对增压泵的影响进行了分析,揭示了深水钻井ECD的影响规律,为深水钻井水力参数设计和现场作业提供了依据。研究表明:深水钻井中,不仅要通过大排量和控制机械钻速来保持井眼清洁和控制ECD,还需要考虑温度对ECD的影响,尤其是在有增压泵的情况下,ECD随着增压泵排量的增大会逐渐增大。

一种深水水基无黏土恒流变钻井液体系

深水钻井作业环境温度低,常规钻井液的使用已不能满足现场技术要求。室内研制出了一种不含膨润土的深水恒流变钻井液体系,该体系在不同测试温度下具有恒定的动切力、良好的触变性及剪切稀释性能,易形成平板流,携岩能力强。室内评价结果表明,研制的深水恒流变钻井液抑制效果佳,泥页岩回收率达95%以上,膨胀率小于10%,具有较强的抗盐岩污染能力及储层保护功能,可降低井内压力激动、ECD值及井眼钻井液漏失量,防止振动筛跑浆,改善井眼清洁,节约非生产作业时间。该技术还克服了海上利用膨润土配制海水钻井液存在水土分层、重晶石下沉等现象,可以满足海洋深水钻井的要求。

海上气田压力衰竭储层长水平段安全钻井控制技术

南海西部海域东方某气田Y平台采取浅层大位移水平井模式开发莺歌海组二段浅部气藏,储层埋深在井深1300m左右,最大水平位移为3783m,最高水垂比为2.73。该气田经过十几年的开采,储层存在一定程度压力衰竭。同时,Y平台水平段穿过断层,钻进期间漏失风险高。在前期的一些开发井作业中,储层段钻进时曾多次发生井漏等复杂情况。因此,针对以往开发难题和结合Y平台的地层特点,进一步改良屏蔽暂堵无固相钻井液体系,配套环空ECD实时监测与精细控制工艺,成功解决了该区域储层漏失难题。Y平台实施的5口井提效显著,φ215.9mm水平井段平均机械钻速为77.27m/h,创造了东方区域类似浅部气藏大位移水平井的作业纪录。储层保护效果好,测试产量超油藏配产25%。

考虑海底增压的深水钻井当量循环密度预测方法

针对深水井筒ECD预测与控制方面存在的不足,建立了考虑温度和岩屑影响及有海底增压管线举升系统情况下的深水钻井ECD预测模型,以实例计算分析了深水钻井中有海底增压管线举升系统情况下ECD变化。结果分析表明,钻柱内的排量一定时,增注排量越大,ECD值越小;在有海底增压管线举升系统时,本计算条件下ECD值均未超过漏失压力,因此该种参数工况下应该为安全状况;在无海底增压时,随着排量的降低,环空ECD逐渐增加,且ECD增加值较大;当排量小于一定值时,ECD的增加会导致在钻井过程中的地层漏失。因此在深水钻井过程中应该特别注意在隔水管段的井眼清洁问题,除了控制机械钻速、泵入清扫液等措施以外,还应适量采取增加排量来及时清除钻屑,保持井眼清洁。最后对比分析了模型的有效性,在本计算条件下与PWD实测值偏差最大1.36%,对深水钻井水力参数优化设计及井控具有一定的参考意义。

一种深水合成基钻井流体流变稳定剂的研发

在深水钻探作业中,由于海底温度较低,海底静液柱压力较大,浅层欠压实,深水表层孔隙压力和破裂压力的窗口较窄,常导致井漏和循环当量密度(ECD)不易控制。为解决上述问题,国外研制出一类新型的具有恒流变特性的合成基钻井液(CR-SBM)。通过对国内外CR-SBM性能的调研,研制了钻井液流变稳定剂,并确立了恒流变合成基钻井液的基本配方。利用深水钻井用低温高压可视化装置测试了体系在真实低温高压状态的流变性,构建的合成基体系具有低温恒流变特性。

印尼Seberaba构造页岩层坍塌的认识及钻井液对策探讨

当前,印尼Seberaba构造页岩层的坍塌问题严重制约了深部钻探的进程,如Seberaba-1、Seberaba-3和Se- beraba-4井均发生了严重卡钻事故。分析了其垮塌原因,认为其是由于地层构造应力大于钻井液静液柱压力且在极短时间释放引起的。提出在不允许加重的情况下,可通过调整钻井液流变参数,尤其是将漏斗黏度增加至300s以上的方法,提高当量循环密度,即等于控制井底压力和侧向压力,从而克服因静液柱压力不够可能引起的坍塌事故。

气体连续循环钻井在苏里格地区的应用

气体钻井有提高机械钻速、避免井漏等诸多优点,但在地层出水时接单根/立柱导致井内积水严重,浸泡井壁和注气压力增加、井底压力波动,而引起井下事故复杂的发生。针对苏里格地区水层多、水量大特点,开展了气体连续循环钻井作业,得到了接立柱过程中立管压力变化曲线,即马-魏曲线,该曲线证实了气体连续循环钻井技术的有效性和实用性,实现了在不停注气情况下接立柱过程中维持恒定的钻井循环排量和当量循环密度,同时持续携带地层水、防止因地层水聚集引起过高的立管压力,确保气体钻井安全。