水平井压井理论模型研究与应用

分析了水平井压井物理过程,建立了溢流与压井井筒多相流模型,采用有限差分法对模型进行求解,并对现场水平井进行了溢流与压井动态模拟,研究表明溢流发生后,气体在水平段运移过程中,对井底压力改变很小,一旦气体进入造斜段之后,井底压力降会迅速降低;水平井井身结构与直井存在较大区别,在压井过程中,节流压力变化趋势差别很大,因此在水平井压井计算中,不应当采用直井井控计算模型;水平井压井过程中,在压井开始时刻,节流压力、泥浆池增量几乎不变,只有将大部分溢流循环至造斜段之后,节流压力、泥浆池增量才会出现明显增加趋势。研究结果对水平井安全快速钻进以及井控作业具有重要的指导意义。

水平井压井井筒参数影响因素分析

水平井井身结构与直井井身结构存在较大区别,溢流与压井过程中,环空流动情况复杂。建立水平井压井井筒压力平衡关系与水平井压井井筒压力理论模型,采用有限差分法对理论模型进行求解,并根据现场水平井基础数据对水平井压井井筒参数影响因素进行分析。研究结果表明水平井压井过程中,节流压力变化趋势差别很大,因此在水平井压井计算中,不应当采用直井井控计算模型。水平段长度对压井过程中节流压力与泥浆池增量有一定影响;水平段长度对最大节流压力基本无影响;水平井的井眼曲率对压井过程中的压力变化无明显影响。

水力振荡器在塔中地区水平井中的应用

塔里木盆地塔中地区奥陶系缝洞型碳酸盐岩储层非均质性强、连续性差,为同时钻遇多个缝洞单元,钻井方式以超深水平井为主,水平段长度通常介于800~1 400 m。水平段长度主要由钻井过程中的井下摩阻决定,随着水平段的延伸,越来越大的井下摩阻会带来机械钻速减慢,起下钻困难等问题。当水平段超过800 m后,滑动钻进时托压现象非常严重,导致滑动机械钻速很低,同时也增加了卡钻的风险。针对这一问题,采用水力振荡器,并运用三维管柱力学分析确定水力振荡器最佳安放位置。现场应用结果表明:(1)通过水力振荡器自身产生的轴向震动减小井下摩阻,有效解决了钻进过程中托压、黏卡等问题;(2)使用水力振荡器的井平均机械钻速比未使用水力振荡器邻井的机械钻速提高了67%,缩短了钻井周期,降低了钻井风险,节约了钻井成本。在塔中地区实际应用的效果表明:水力振荡器在长水平井段钻井中具有较高的推广价值。

页岩强度弱化规律及对水平井井壁稳定的影响

为了揭示页岩本体和层理面力学强度特性及弱化对井壁稳定影响,基于直剪试验并结合弱面强度准则,分析了页岩抗剪强度参数的弱化规律。研究结果表明,水基钻井液浸泡下页岩本体和弱面强度均显著降低,且水基钻井液对弱面弱化影响大于对本体强度的影响。随着浸泡时间增加页岩强度逐渐降低,且最低强度逐渐左移;发生弱面破坏的角度范围逐渐增大;随着围压升高,页岩强度升高且发生弱面破坏的角度范围逐渐变小。坍塌压力与水平井钻进方位、弱面产状密切相关,其差异最高达到0.444 1 g/cm3,整体上水平井井眼沿着最小水平地应力方位钻进时井壁稳定性最好。随井眼钻开时间增加,当量坍塌压力逐渐升高。研究结果可为页岩气水平井钻井设计提供参考依据。

提高深井和超深井机械钻速的方法

由于深井、超深井地质情况复杂,导致我国在复杂地层的深井、超深井钻井技术尚未过关,表现为机械钻速低,事故复杂时率高,建井周期长,勘探开发的居高不下,从而严重制约了深层油气资源勘探开发进度。