欠平衡气侵与重力置换气侵特征及判定方法

在裂缝性碳酸盐岩地层中,地层气体以欠平衡或重力置换方式进入井筒形成气侵。对重力置换气侵和欠平衡气侵类型及进气量进行分析;基于气液两相流理论建立井筒气侵模型,改变边界条件计算精细控压钻井气侵期间井底压力和泥浆池增量的变化;通过改变井口压力观察泥浆池总量或出口流量的变化,分析井底气侵方式。结果表明:井口增加回压后,井底压力由欠平衡状态转变为过平衡状态,泥浆池增量略微增加,而重力置换气侵泥浆池增量保持原趋势增加,由此可以判断出井底的气侵方式;该判定方法在现场试验中得到验证,对精细控压钻井安全快速控制气侵有指导意义。     

精细控压钻井溢流检测及模拟研究

针对现有钻井过程中溢流检测方法无法检测微溢流量,对深井和复杂井井控提出挑战,展开了精细控压钻井 溢流检测及模拟研究。研究中通过对比出入口微流量变化,提出了精细控压钻井溢流检测和分析方法;根据气液两相 流理论,建立了井筒气侵期间流动计算模型。将该检测方法应用于塔中某井进行试验,结果表明：精细控压钻井系统 溢流检测方法可以准确检测溢流的发生和累积溢流量;根据气液两相流模型,可以模拟精细控压钻井不同回压时井筒 流动参数的变化;该检测方法在现场试验中检测结果和模拟结果一致。精细控压钻井系统溢流检测方法能够准确检 测溢流发生,该检测方法具有可行性和可靠性,可对控压钻井发现和控制溢流提供了理论支持。     

控压钻井井控过程中排量优化设计

控压钻井井控是处理气侵溢流问题的有效新方法,包括前期控制和循环排气两个阶段。基于快速施加井口回压控制方法,根据气液固多相流理论,建立控压钻井井控数学模型,并采用有限差分法迭代求解。在此基础上,分析排量对最大井口回压、最大套管鞋处压力和最大立管压力的影响,并提出基于井控安全目标函数的排量优化设计方法。模拟结果表明:在循环排气阶段,立管压力维持不变且为最大值,井口回压达到最大值与气体前沿运移到井口之间存在明显的时间滞后性,气体运移到套管鞋处时套管鞋处压力最大;验证了以出入口流量一致表征井底气侵停止的合理性。模型计算得到的压力值与实验测量值吻合较好。     

平衡自动控压钻井技术在顺南501井的应用

平衡自动控压钻井是根据地层压力限制,在常规钻井的循环路径中,加入精细控制系统,实现井底压力实时监测,根据要求自动控制井底压力,在钻井过程中始终保持井底压力略大于地层压力的钻井工艺。格瑞迪斯自主研制的平衡自动控压钻井系统在顺南501井成功应用,解决了该井油气活跃、气侵严重导致钻井效率低的难题。     

微流量控制钻井中两相许用钻杆下行速度研究

针对微流量控制钻井中气液两相许用钻杆下行速度问题,考虑气体滑脱、相与环空壁面阻力、回压及井底压 差,开展了对不同井深的气液两相许用钻杆下行速度半经验模型的研究,获得了气液两相许用钻杆下行速度的变化规 律。当钻杆在气液两相中下行运动时,回压的增大使井筒空隙率减小、气液两相密度增大,加载在井底的有效压力增 大,从而使许用钻杆下行速度减小;当井底气侵量增大,此时井底压力小于地层压力,许用钻杆下行速度增大,可借助 增大的激动压力消除一部分井底与地层欠压差;当井底安全压差减小,许用钻杆下行速度呈减小趋势。控压钻井中精 确计算钻杆许用下行速度,可增大钻井时效。     

气侵早期检测新方法

在复杂地层钻进时,地层中的气体会以重力置换、欠平衡气侵等方式进入井筒,现有的气侵检测方法主要有泥浆池液面监测、地面出口流量检测和气侵声波时差监测,但这些方法存在气侵检测效率低、不能进行早期识别预警等多种问题。针对气侵早期识别困难的难题,在考虑侵入气体物性随井筒中温度、压力变化的基础上,结合地层渗流,建立了气侵井筒传热与多相流动瞬态模型,给出了数值求解方法。通过对该模型求解,计算结果表明:在气侵过程中井底压力不断降低,并且随着气侵时间的增加,井底压力减小速率加快,与此同时,井底温度不断升高,环空返出口温度不断降低。根据该变化规律提出了以井底压力与井口温度相结合或井底温度与井底压力相结合进行气侵早期检测的新方法。     

深水海底泵举升钻井井筒泥浆性能、温度和压力场耦合规律

 井筒温度和压力场计算是深水海底泵举升钻井设计的重要内容.综合考虑温压场与泥浆性能,特别是泥浆流变性能的相互影响,建立深水海底泵举升钻井井筒传热和流动耦合计算模型,并与常规隔水管钻井计算结果进行比对.结果表明:受海水低温影响,上部井段环空温度小于入口温度,海底泵举升钻井井筒温度小于常规隔水管钻井,需注意低温时天然气水合物形成带来的安全隐患;海水段和地层段压力存在不同的压力梯度,地面泵压小于循环压耗,海底泵举升钻井井筒压力小于常规隔水管钻井;考虑泥浆密度和泥浆流变性能变化对井筒温度、ECD 和泵压均有影响,相对来说,ECD 受前者影响较大,而井筒温度场和泵压受后者影响较大;两者都考虑,泵压计算误差将大大降低.     

深水钻井井筒环空气体上升速度研究

在深水钻井的过程中,及早准确地监测到气侵的发生对于钻井安全至关重要。在哈格多恩和布朗方法的基础上建立了深水钻井气侵发生后气体上升速度模型,针对井斜角对气体流型划分原则的影响及气体滑脱速度的改变进行了修正,结合气侵后井筒气液流动规律,实现了气侵发生后气体到达海底井口时间的实时计算,所得结果能够有效反映深水斜井钻遇气侵后井筒环空的流动规律,对于气侵及井控的监测具有重要意义。     

气体钻井钻遇高产气流时压井模拟实验

气体钻井钻遇高产气流时井筒处于空井状态,如果套压太高:1容易压漏套管鞋处地层;2很难使用钻井泵泵入压井液;3井筒内气量很大又处于高压压缩状态,压井排气时危险性大;因此,通常不通过关井求压来确定地层情况,井底常压法压井无法建立有效液柱平衡地层压力,压井施工缺乏理论依据。为了获取现场实验数据,以便给气体钻井钻遇高产气流时压井方案的制定提供参考,针对该情况下无法关井的特点进行了现场模拟井压井实验。实验过程中通过自动控压钻井系统进行压力自动控制、PWD进行数据实时监测,完成了不同产气量情况下的压井实验,并将实验结果与模拟计算结果进行对比分析,计算精度和实验数据误差在10%以内,取得了良好的实验效果。     

海洋水下井口控压钻井系统装备配置方案探讨

控制压力钻井技术是解决窄密度窗口地层钻井井控问题的有效技术保障，在全球陆地、浅海和深水都得到了成功运用。深水是我国油气勘探开发的重要接替区，我国南海油气资源丰富，但是面临高温高压、窄密度作业窗口等难点，井筒压力控制难度较大，给安全高效作业带来了较大困扰。在当前深水控压钻井设备、工艺几乎被国外垄断和深水钻井作业量加大、钻井风险等级升高的背景下，拥有我国自主的深水控压技术及装备是必然的选择。由于水上、水下井口控压钻井技术和装备体系存在较大差异，现有水上井口控压钻井技术无法直接移植到深水。因此，基于我国深水钻井作业现状，提出海洋水下井口控压钻井关键装备自主化配套建设探讨方案。将环空背压的控压钻井系统作为自主化建设的主线，对水上井口的控压系统进行工艺适应性移植，通过综合比较分析，推荐水下井口控压钻井系统ATR配置方案。     

直井气侵后气液两相参数分布数值模拟

钻井过程中发生气侵后,由于压力、温度、偏差因子等参数变化影响,气体沿井眼滑脱上升的同时会伴有一定膨胀,而加剧井底压差,导致气侵量不断加大直至井喷.气侵直至井喷过程中井筒内为瞬态气液两相流动,研究气侵后井底气液两相参数发展变化规律及井底压力变化特征对认识井喷发生发展规律有重要的指导意义.以甲烷-钻井液为循环介质,在接近井底实际工况情况下对气侵发生直至井喷过程进行了数值模拟,模拟计算了不同气侵量下气侵不同阶段的流型变化规律、井底压力变化规律、速度分布,并取得了初步认识.     

气体钻井地层出水定量预测模型研究

气体钻井地层出水定量准确预测是气体钻井可行性钻前论证的关键。目前,已有的出水量预测方法较少考虑气体钻井井底压差下地层渗流过程与地层应力变化的流固耦合作用对出水量的影响,在渗流力学和岩石力学的基础上,综合考虑地层渗流过程与岩石应力变化的流耦合作用对地层应力、孔隙度、渗透率以及孔隙压力的影响,建立气体钻井孔隙性地层和孔隙-裂缝性地层出水量预测动态流固耦合模型。结合工程实际,通过该模型计算得到气体钻井快速钻穿水层后出水量随时间的变化关系,计算结果与现场监测吻合。研究对于钻前准确预测出水量和筛选气体钻井层位具有重要意义。     

控压钻井技术在伊朗雅达油田S03井的应用

伊朗雅达油田多口井钻遇活跃沥青侵害问题,由于活跃沥青层分布规律不明、井间地层压力差异大、活跃沥青黏稠、易出现涌漏复杂等,给钻井施工带来极大挑战。根据对活跃沥青层地质特征认识、钻井工程施工难点分析和置换性涌漏室内模拟实验结论,形成了优化井身结构、优化钻井液性能措施的控压钻井强行钻进方案。在雅达油田S03井进行现场应用,同比邻井相同井段作业周期缩短39%,节约了钻井液消耗量,为雅达油田解决活跃沥青侵害提供了技术手段,具有推广应用价值。     

“三高”油气井早期溢流在线监测与预警系统

为解决钻井过程中传统溢流监测实时性和可靠性差的问题,设计开发出一套"三高"油气井早期溢流在线监测与预警系统。该系统针对常规单一参数、单一手段溢流监测实时性低、可靠性差的问题,综合应用微流量、随钻压力(pressure while drilling,PWD)以及综合录井3类参数,通过多参数、多手段相互印证的方式提高溢流监测的实时性与可靠性。提出基于专家系统和改进的贝叶斯判别相融合的溢流等钻井事故判别方法:当缺少训练数据时,应用专家系统判别溢流等钻井事故;当训练数据充足时,应用专家系统和改进的贝叶斯判别相结合识别溢流等钻井事故。改进的贝叶斯判别模型对于因属性变量间不独立而引起的误判具有一定的抑制作用,能够提高判别准确度,且训练简单,应用灵活。通过两种算法的有机结合,优势互补,可以提高井控安全的智能化水平与现场适用性。测试实验结果表明,该系统能够实时、有效地监测溢流等钻井事故。     

井底恒压控制压力钻井技术

 近年来控制压力钻井(MPD)由于能有效降低井下复杂、事故情况的发生,减少非生产时间,非常适合复杂地层的钻进,在国内外油田开发复杂地层钻井施工中得到了飞速发展.目前井底恒压控制压力钻井(CBHP MPD)是最常用的一种控制压力钻井方式,大约占总工作量的80%以上.本文首先对井底恒压控制压力钻井的适用范围、优点和关键技术进行了分析,然后详细分析了目前的解决方案和技术现状,包括回压泵加节流管汇控制法、连续循环系统(CCS)控制法、连续循环阀(CCV)控制法、注气稳压方式以及目前国内外最先进的全自动智能控制压力钻井系统,并对该项技术今后的发展提出了建议.     

井涌过程仿真技术的研究

对直井内水基泥浆条件下钻遇高压气层时敞口井气涌过程进行了计算机仿真,提出了研究井涌的新方法,并编制了仿真软件.经实井资料验证,该方法是可行的.研究结果表明,各种因素对井涌的影响各不相同,处理井涌的措施亦应各不相同.在井涌初期,井口流量的检测效果比泥浆池增量检测效果更为明显、可靠.     

大庆油田控压钻井作业环空压力的计算

根据Beggs-Brill的流动型态模型推导出了控制压力钻井环空多相流的压力计算公式;并提出了井口回压对环空流态的影响。提出的计算模型已通过现场试验的验证。试验结果表明其误差只有3%左右,能够指导现场作业。为控制压力钻井技术在大庆油田的应用和发展提供理论依据。     

An analytical study on early kick detection and well control considerations for casing while drilling technology

Casing while drilling (CwD) technology is designed to reduce drilling time and expenses by improving the wellbore stability, fracture gradient, and formation damage while reducing the exposure time. However, for the purpose well control, the wellbore geometry and volumes differ from those obtained via a conventional drilling technique, thereby requiring a different approach. This study discusses well control principles for CwD operations. It presents a simplified method for evaluating the maximum kick tolerance and allowable well shut-in time for both conventional and CwD techniques using a mathematical model. Preliminary results revealed that the use of CwD leads to an annulus pressure loss three times higher than that observed in the conventional drilling. In addition, the kick tolerance is reduced by 50% and the maximum allowable well shut-in time is reduced by 65%, making an early kick detection system necessary.