Mechanism and prevention method of drill string uplift during shut-in after overflow in an ultra-deep well

Drill string will sustain large uplift force during the shut-in period after gas overflow in an ultra-deep well, and in serious case, it will run out of the wellhead. A calculation model of uplift force was established to analyze dynamic change characteristics of the uplift force of drill string during the shut-in period, and then a management procedure for the uplift risk during the shut-in period after gas overflow in the ultra-deep well was formed. Cross section method and pressure area method were used to analyze the force on drill string after shut-in of well, it was found that the source of uplift force was the "fictitious force" caused by the hydrostatic pressure in the well. When the fictitious force is in the opposite direction to the gravity, it is the uplift force. By adopting the theory of annular multiphase flow, considering the effects of wellbore afterflow and gas slippage, the dynamic change of the pressure and fluid in the wellbore and the uplift force of drill string during the shut-in period were analyzed. The magnitude and direction of uplift force are related to the length of drill string in the wellbore and shut-in time, and there is the risk of uplift of drill string when the length of drill string in the wellbore is smaller than the critical drill string length or the shut in time exceeds the critical shut in time. A set of treatment method and process to prevent the uplift of drill string is advanced during the shut-in period after overflow in the ultra-deep well, which makes the risk management of the drill string uplift in the ultra-deep well more rigorous and scientific.

超深井自动控制压井室内物理模拟试验及结果分析

现有超深井溢流压井技术依靠手动控制节流管汇,响应速度慢,井筒压力波动大,容易引发二次溢流、漏失等复杂情况,而自动控制压井技术可实现钻井时溢流压井作业稳定控制。为此,设计了比例–积分–微分(PID)与位移双层协同反馈的自动控制方法,开发了超深井自动控制压井系统,建立了自动控制压井物理模拟试验装置,开展了恒定目标压力、连续变化目标压力、压力突变干扰等条件下的自动控制压井试验。试验结果表明,自动控制压井系统能够在30 s左右完成节流阀开度的调节,节流压力波动范围小于0.02 MPa,与手动控制压井相比,自动控制压井系统具有良好的稳定性、准确性、反应速度和抗干扰能力。研究结果为超深井复杂地层安全压井提供了理论依据。

复杂压力体系地层钻探溢流压井技术研究

我国油气勘探开发的深度不断取得突破,超深层油气已经成为重要的接续资源。但是,超深层油气钻探遇到的复杂压力体系地层多,溢流后压井难度大,漏喷险情频发。常规压井方法应用于超深复杂压力体系地层溢流压井时存在一定局限性,非常规压井方法弥补了部分常规压井方法在复杂压力体系地层溢流处理中的缺陷。通过综合分析常规与非常规压井方法在应对复杂压力体系地层溢流时的适用性,根据应用案例分析了各方法的优势和不足,结合我国西部油田压井工程实践,展示了复杂压力体系地层钻探中溢流压井的技术创新成果。其中,溢漏同存和定容体等复杂压力体系地层溢流压井技术通过不断创新及实践,取得了一定的应用效果,但其理论和技术需要进一步发展。文章在总结压井技术研究进展的基础上对下一步超深层复杂压力体系压井技术攻关方向进行了展望,对于解决超深层复杂压力体系地层溢流压井技术难题具有重要意义。

大港油田滨海地区钻井地质风险分析及应对措施

为确保大港油田滨海地区钻井安全,并最大限度提升钻井时效,从该地区已钻井发生的钻井复杂情况入手,分析引起该区域钻井风险的主要地质因素及原因,并提出相应的解决措施。研究表明:(1)研究区新近系馆陶组地层埋深较浅,岩石结构松散,底部发育不整合面,古近系沙河街组地层埋藏较深,原始地层压力高,气油比高,这些地质特征导致该区钻井风险较高;(2)研究区钻井复杂情况主要分为两类,一是漏失型,主要是井漏,二是溢出型,包括气侵、溢流和井涌等;(3)研究区漏失型钻井复杂情况的地质风险主要是馆陶组底部弱固结的砂砾岩及馆陶组底部的不整合面,溢出型钻井复杂情况的地质风险主要是沙一段异常高压和丰富的含气量;(4)应对漏失型钻井复杂情况地质风险的主要措施是排查馆陶组底部砂砾岩的空间分布,应对溢出型钻井复杂情况地质风险的主要措施是及时测试地层压力,并据此在钻井过程中实时调整钻井液密度。该研究成果可为滨海地区及地质条件相似的其他地区的钻井施工提供借鉴作用。

溢流分析与防控实践——以中国石油集团川庆钻探工程有限公司为例

“十三五”期间,油气勘探开发向深层、超深层、非常规新领域发展,面临复杂的地质条件、恶劣的井筒状况等多重挑战,油气安全开发对井控工艺、装备及人员素质提出了更高的要求。为进一步减少溢流,以中国石油集团川庆钻探工程有限公司为例,系统分析了溢流防控难点,通过“全过程压实井控管理、全流程完善井控工艺、全面升级井控装备、全方位推进信息化建设、全面提升应急能力,有针对性的制定了“管理、工艺、装备、信息化、应急”五个方面的措施。结论认为:(1)深层、超深层油气勘探中的井控风险仍然严峻,深入开展地质工程一体化融合,是提高地层压力预测精度、降低溢流风险的重要举措;(2)数字化、信息化是溢流防控的重要发展方向,需加快推广应用;(3)井控装备的升级迭代是防范化解深井超深井井控风险的重要保障,井控装备逐步向自动化、智能化迈进是未来发展的重要趋势;(4)专业井控人才是溢流防控的关键,需持续培养“管理+现场”专业井控人才,注重班组和基层队伍的能岗匹配和能力提升。

硬顶法压井技术在渤海油田的应用

【目的】海上油田钻井作业面临的地质条件、井下工况日趋复杂,部分井无法采用常规的压井方法实施压井,不仅增加了作业工期,而且可能形成井控风险。为了实现渤海油田复杂井安全压井,避免井控事故发生,在渤海油田应用了硬顶法压井技术。【方法】针对渤海油田的特殊工况,分析硬顶法压井技术适用的工况,指出硬顶法压井技术相关计算原则。通过分析硬顶法压井应用实例,提出该技术应用时的注意事项。【结果】研究结果表明,硬顶法压井技术适用于关井钻头离井底远、地层含有毒有害气体、钻具或钻头水眼堵塞、关井后发生井漏导致喷漏同存、长裸眼段测试后压井等五个方面,计算原则可从压井液密度计算、压井排量选择和过程计算等三个方面考虑。针对该技术在渤海油田A井的应用实例,提出了井口关键设备耐压等级的确定、上层套管鞋处地层承压能力、设备的选择、薄弱地层的处理四个方面需要注意的事项。【结论】研究结果明确了硬顶法压井技术使用原则和注意事项,可为硬顶法压井技术在复杂海上油田应用提供技术支持与参考。

基于地层溢流能量的压井方式选择方法

深井超深井等深层区域地质情况复杂,发生溢流后需及时关井并选择合理的压井方法,重新建立井下压力平衡。目前溢流后压井方法难以科学选择,为此建立了一种基于定量评价地层溢流能力的压井方式选择方法。借鉴地层能量的定义,提出了地层溢流能量的概念,其物理意义为单位压差下溢流流体的功率,建立了地层溢流能量计算模型,定量评价地层溢流能力的大小,并综合考虑井底压差等因素,以压回法最大允许压力以及临界地层溢流能量为评价指标,提出了压井方法的选择标准。该方法经过塔中地区溢流井的检验,适用性广,准确率达到93.75%,对现场选择压井方法、实现安全钻井具有指导意义。

某小区路面积水进入污水管网事故研究

汛期降雨导致路面积水,雨水进入污水管网导致次生灾害发生,这种现象在城镇建成区或在建区屡次发生。以某小区路面积水进入污水管网事故为例,进行了现场事故调研、背景情况模拟,通过规范经验公式法、经典水力学公式法、实验公式法进行了事故排水时污水排水管道设计能力复核计算,找出了易让人忽略但又是引起此次事故的主要原因,当暴雨期仅打开1个污水检查井井盖,大量雨水涌入污水排水管道,致使其难以承载过量雨水时,也会导致管道排水不畅、污水外溢、积水内涝等问题,在此基础上提出了应加强暴雨地面积水时应严禁将污水窨井盖打开管理,以防造成次生污染等危害,为避免出现类似问题提供参考。

钻井液密度随钻调整技术在曹妃甸M构造潜山地层中的应用

曹妃甸M构造潜山地层在钻井过程中一般采用欠平衡方式钻进,导致钻探过程中溢流情况频发,对井控安全造成了巨大的威胁。为了在欠平衡钻井条件下精确指导钻井液密度调整,通过分析潜山地层气测录井响应特征,形成了一种基于气测参数的钻井液密度随钻调整方法,同时从统计学角度出发,提出井底压差与气测参数的相关性关系,建立了曹妃甸M构造钻井液密度调整模型,实现了在钻进过程中对钻井液密度及时、精确调整。该技术在曹妃甸M构造应用效果显著,有效防止了溢流情况的发生,确保了钻井施工安全。

智能分流井在流域治理中的设计应用及思考

以湛江某流域治理排污口截流井选型为例,研究智能分流井在流域治理中的技术优势及应用场景。通过下开式堰门智能分流井在主要排污口的应用,证实智能分流井在防止河水倒灌及溢流污染控制方面的巨大优势,智能分流井能够有效改善河道水质,提高水环境的治理效果,为其他水环境治理项目提供借鉴。同时,提出沿河排污口截流改造是流域水环境治理第一步,要实现长制久清,应进一步考虑合流制溢流CSOs污染控制、合流暗渠清污分流、排水单元源头精准截污及雨污分流改造等建议。

油气井钻井过程中井喷预测机理研究

在油气井钻井作业过程中,井喷前会有各种预兆如:①钻井液返出量增加;②钻井液池中钻井液体积增加;③停泵后钻井液外溢;④循环系统压力上升或下降;⑤钻井时悬重增加或减少;⑥返出的钻井液中有油花气泡等。上述预兆对预防井喷起着至关重要的作用。为此,在分析井喷原因及井喷预测机理的基础上,利用钻压、大钩负荷、转盘转速、返出流量、泵压、钻井液密度、硫化氢浓度等,建立了井喷预测数学模型,提出了井喷事故发生的危险指数,通过对该指数的计算和分析,便可预测井喷事故发生的可能性。实例验证结果表明,该井喷预测模型能为防止井喷的发生提供科学依据。

YD油田沥青层安全钻井技术

在YD油田钻穿沥青层的过程中,易出现沥青侵入导致的溢流、井涌等井下故障,极太影响了钻井安全,为此,开展了YD油田沥青层安全钻井技术研究。根据已钻井的沥青侵入特点、沥青所造成的井下故障及采取的主要技术措施,将钻遇沥青层的井分为4类。对YD油田钻遇沥青层时所采用技术及采取的技术措施进行了总结,并结合钻遇沥青层井的分类,提出应根据沥青侵入的特征及程度,采用相应的安全钻井技术并采取相应的技术措施。YD油田的钻井实践表明,针对不同类型的沥青侵入情况采用相应的钻井技术和技术措施,可以解决YD油田沥青层安全钻井的技术难点。

天然气钻井井控技术的发展

国内天然气藏钻井井控技术、装备和规范在20世纪90年代发展到较为完善的水平,主要体现在四川盆地天然气主产区近20年没有发生恶性井喷事故。随着高压高产气藏的勘探开发,水平井和负压钻井等技术的推广应用,现有的井控技术已不能完全适应新形势要求,面临着诸多方面的挑战。为此,从4个方面提出了井控技术今后创新和发展的方向:一是完善井控理论和计算模型,开发先进实用的井筒剖面压力计算软件;二是提高井控装备配套水平,增强设备可靠性;三是研制井筒液面自动测定等仪器,做到及时发现溢流;四是完善闭路压力循环系统装置的研制,提高钻井的压力控制水平。这样,井控技术发展的目标就可以从预防井喷发展到保护油气层、预防资源破坏、预防环境污染和快速低成本地钻井。

深水井涌压井方法及其适应性分析

深水井涌的处理与陆上相比存在3个难点:一是钻遇浅层流时还没有安装井口;二是节流管线细长且摩阻较大;三是安全密度窗口很窄。为此,在介绍司钻法、工程师法、动力压井法和附加流速法等压井方法的基础上,分析了其特点与主要流程及其对于深水井涌的适用性;并在此基础上,模拟了浅层气井涌和安全密度窗口较小情况下深水钻井井涌的压井工况。模拟结果表明:钻遇浅层流在没有安装井口情况下,可采用动力压井法实施压井作业;在处理窄安全密度窗口的深水井涌时,采用工程师法压井更合适,在模拟井工况下,采用工程师法套管鞋处的最大压力比采用司钻法低0.28MPa;如果安全密度窗口太窄,则要采用附加流速法压井,在模拟工况下,采用附加流速法套管鞋处的最大压力可比常规压井方法降低0.94 MPa,但采用附加流速法对井口设备要求较高,并需要对施工参数进行优化。

河坝1井高压含硫气层井控技术

河坝1井是川东北部通南巴构造带上的一口重点探井,全井预计产层9个,地层压力相差较大,而且海相地层裂缝、溶洞发育,很容易出现“喷漏同存”的复杂情况,不利于井控。加上碳酸盐岩地层压力预测不准,天然气中含有硫化氢以及井场自然条件的限制,该井井控难度极大。为此,该井不但应用了高压抗硫井控装备、配备了气体监测仪器、做好了各种应急预案,而且在钻井过程中也采取了地层承压堵漏、简化下部钻具组合、近平衡压力打开产层等预防井喷、井涌的工程技术措施。该井共发生井涌2次,但均压井成功,顺利钻至设计井深。

含硫油气井井控技术及管理方法

伴随着石油工业的发展,井喷、井控不可避免。为防止溢流、井喷,企业、政府投入了大量的人力、物力、财力,成果显著。但同时也产生了一些副作用,过量投资,资源浪费,地层严重污染,含硫油气井更是如此。基于含硫油气井钻完井的特点,制定了含硫油气井井控工作原则,研究了包含防爆、保证防喷器可靠、保证节流放喷相关装置可靠、保证压井相关装置可靠及保证井眼力学完整在内的含硫油气井严格防止井喷失控技术,选用合适的压井方法避免发生井喷技术,简化关井操作程序及修改钻井液密度附加值来全面限制防溢流的技术及其相应的管理方法。对含硫油气井科学、安全、高效的进行井控工作提供了理论指导,对于含硫油气井的开发具有重要的意义。

深水钻井溢流早期监测技术研究现状

深水油气井溢流及井喷的预防和控制是深水钻井过程中的重要工作,墨西哥湾"深水地平线"井喷溢油事故发生后,井喷的预防和控制成为海洋油气开发亟待解决的重大难题。应对深水钻井溢流及井喷问题,切实有效的技术措施是在早期监测和识别溢流的基础上及时采取应对措施。为此,通过分析深水钻井井控面临的主要困难,从平台监测、海水段监测和井下随钻监测3个层面,综述了国内外井下溢流早期监测技术研究现状,重点分析了井下随钻监测的发展现状,指出深水钻井井下溢流监测技术将朝着有利于更加及时准确发现和识别井下溢流的技术领域发展。最后,根据深水钻井和溢流监测技术的特点,优选出适合深水钻井环境的井下溢流早期监测方法,包括井口流量法、泥浆池液面法、钻井参数法、隔水管超声波法、PWD/LWD监测法、随钻超声波井下流量测量法6种方法;建立了溢流早期综合监测和识别技术,该技术不仅可以用于深水钻井井下溢流监测,还可用于压井和井筒压力精确控制过程的综合监控,为深水钻井提供技术保障。

伊朗Arvand-1井异常高压地层溢流压井技术

Arvand-1井是一口重点天然气探井,由于钻遇异常高压地层、钻井液密度偏低、不能平衡地层压力,起钻过程中发生了严重的天然气溢流,关井套压高达52.5MPa,关井立压31.7MPa。若对其实施常规压井作业,则存在井内憋压过高极易造成井喷和井漏、钻具不在井底难以进行正常循环压井、人员必须在高空作业而操作不便,以及境外施工井队后勤支持困难等难题,也存在井喷与井喷着火、硫化氢中毒等风险。因此,采取了工程师法、强行下钻法配合置换法的溢流压井配套技术,即先用高密度压井钻井液(最高密度达2.48kg/L)置换压井以降低井内套压,再采用工程师法压井进一步降低套压,然后强行下钻再利用工程师法压井,共历时18d,取得圆满成功。Arvand-1井的压井成功,对于异常高压地层的天然气溢流压井及境外项目的井控工作具有一定的借鉴作用。

克参1井复杂情况处理技术

克参1井是塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造上的1口最深最复杂的井。钻进过程中，同一裸眼井段出现多套压力系统，因而出现了又溢又漏的复杂情况。在复杂情况处理中，采用了压回法、工程师法压井，将常规桥接堵漏钻井液和凝胶（水泥）桥接堵漏钻井液相结合，并采取间歇挤压和憋压候凝堵漏措施，处理井涌、溢流10次，井漏51次及其它事故，使得在每一个井段的压井、堵漏及其它事故处理均获得了成功。

调整井钻井过程中的出水问题与处理

为了解决断块油田开发中、后期由于地质情况复杂、注采不平衡引起的新井钻井井涌、漏失问题，在选定的平衡井下液柱压力、相邻注水井停注泄压的适当压井工艺条件下，对老区调整井钻井过程中的出水外溢、井漏等复杂问题进行了调查分析，并结合实例加以佐证，探讨了油田注水开发中由于各种干扰引起的压力异常，对处理技术措施和效果进行了评价。压力异常是调整井钻井井源、井漏的主要原因。