控压钻井气侵流动分析模型研究与应用

控压钻井(managed pressure drilling,MPD)发生气侵时,可通过实时动态压力控制在保持井底压力恒定的情况下实现气侵有效控制与安全排溢,气侵安全控制的关键是实时准确地井筒流动分析。通过理论分析建立了考虑侵入流体在不同类型钻井液中溶解析出影响的井筒气液两相流模型,考虑动态回压影响,给出了不同控压钻井模式下模型求解的初始及边界条件。基于有限差分法充分考虑不同控压模式下的压力动态调节对气体滑脱、相态变化的综合影响,给出了该模型的求解流程。运用全尺寸模拟井筒气侵测试数据对模型进行了验证分析,运用该模型对页岩气水平井控压钻井气侵控制进行了计算分析。结果表明,该模型具有较高的精度,能够很好地为控压钻井气侵控制与分析提供技术支持。     

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。     

高压气井带压排出溢流工艺技术研究

针对高压气井常规处理溢流的不足,该文提出一种带压排出溢流技术,立足于漂移流动原理,创建高压气井带回压井筒气液两相流动计算模型,且以数值法解答模型。结合仿真算例模拟带压排出溢流时井口压力受到井深、钻井排量、溢流量等参数的影响,根据模拟的上述参数结果,制定钻进过程中带套压排出溢流程序。     

液基全过程欠平衡钻井停止循环连续气侵井筒瞬态流动

液基全过程欠平衡钻井井筒流动过程主要包括正常钻进时稳态气液固多相流动以及停止循环条件下的瞬态气液两相流动。建立停止循环开井条件下遇到连续气侵时井下瞬态气液两相流动特征参数变化数值模拟计算方法及数学求解模型,计算对比遇到不同气侵量的井下气液两相流特征参数变化。结果表明:较大气量条件下气体运动速度更快、顶出钻井液更多、井底流压波动更大;井口回压的施加能有效控制井下气体膨胀与井底压力波动。     

基于智能钻柱的控压钻井溢流实时评价方法*

在对传统地面溢流评价方法滞后性问题进行分析的基础上，开展了基于智能钻柱的井下溢流实时评价方法研究。该方法是利用分布于智能钻柱上的多个压力传感器将所钻井段分为若干个控制区域，通过监测各区域中地层流入井筒的流体流量来确定溢流大小和发生溢流的位置。基于软测量的基本思想，使用了两相流井筒瞬态流动模型，并采用无迹卡尔曼滤器对智能钻柱上传感器节点处井筒压力测量值进行了实时校正。现场试验证明，与井筒压力最接近的地层孔隙压力区域最易发生溢流，基于智能钻柱技术的溢流实时评价方法能够在溢流发生后的100 s内较为准确地预测地层流入井筒的流体流量和发生溢流的位置，具有很高的实时性和可靠性，发展潜力巨大。     

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。     

充氮气钻井井筒气液两相流流量设计图版与应用实例

充气钻井是发现和保护致密油气藏、防止裂缝性储层漏失、提高机械钻速的重要技术手段。通过实验资料和计算论证,阐述了充氮气钻井井筒环空与钻柱内两相流体呈现出的多种流型特征;并建立了充氮气钻井井筒气液两相流稳态流动的数学模型。通过数值解法的计算,绘制出常用井身结构中φ216 mm井眼实施充氮气钻井时井筒气液流体注入流量的设计图版,可供钻井施工和工程设计。对于准噶尔盆地百泉1井裂缝性致密储层的充氮气钻井现场试验,充分证实新建的钻井气液两相流参数设计图版完全满足充氮气钻井设计和施工要求;且充氮气钻井具有地层适应性强、压力控制范围大、专用设备需求量小、钻井流程简单的特点。     

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。     

简易气液两相垂直管流模拟实验平台设计及应用

针对教学及实验需求,设计了气液两相垂直管流模拟实验平台,详细阐述了实验平台的工作原理、硬件设计、软件设计及实验方法等,应用该平台不仅可观察模拟井筒中气液两相流动型态变化,而且能够对气量和产液量的关系进行定量分析,以及对垂直井筒多相管流压力分布计算模型进行验证。该平台具有价格低、简单实用等诸多优点,已用于室内教学和实验,效果良好。     

气液两相流多喷嘴分流取样计量研究

提出一种具有4个分流喷嘴的新型取样器结构,根据分流比和取样流体气、液流量确定主管路气液相流量。为保证取样流体的代表性,采用"流型调整"与"阻力控制"两种方法抑制相分离的发生。建立气液两相流数值模型,模拟气液两相流在取样器中的流动特性。在气液两相流试验环道上开展试验测试,流型包括波浪流、段塞流及环状流。结果表明:在试验范围内气、液相分流系数接近理论值0.25,其主要取决于分流喷嘴的数目,不受流型、气液流速等参数波动的影响,流量测量误差小于±6.0%。该取样计量装置具有体积小、精度高、维护费用低的优点,可代替传统计量分离器,实现气液流量的实时测量。     

井下防喷器坐封后多相流瞬态流动规律研究

钻井钻遏高压、高产气层后,井漏、气侵及溢流等复杂情况多发.目前,井口防喷器的研究已日趋成熟,但对井下防喷器坐封后多相流瞬态流动规律的研究较少.为此,针对井下防喷器坐封后下部井筒复杂流动特性,建立了一套防喷器坐封后下部地层-井筒耦合瞬态流动数学模型及其数值求解方法,对井下防喷器坐封后压力分布及影响因素进行了分析.实例模拟...     

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.     

巨厚气藏气井井筒压力计算模型及应用——以普光气田为例

针对目前常用定质量流井筒压力计算模型不适用于产层段井筒长、从底部至顶部质量流量变化大的巨厚气藏气井的问题,通过耦合气井流入状态和井筒管流,建立了巨厚气藏气井产层段变质量流井筒压力计算模型,并通过实例气井进行验证,同时将该模型应用于气井产能评价。结果表明：变质量流模型计算的井筒压力值比定质量流模型小,两者之间差异随产气量和产层段长度增加而增大;在产层段不同深度处,变质量流模型计算误差均小于2%,计算精度较高。该变质量流模型能较精确地计算井筒压力值,进而可以有效解决气井产能测试遇阻无法获得井筒压力、井筒压力折算值不准确易导致产能指示曲线负异常等问题。该研究对巨厚气藏气井井筒压力分布计算和产能评价能够提供强有力技术支撑。     

压回法压井技术适用性研究

 利用非常规压回法压井技术在气侵或井喷发生后,通过压井管汇或钻具直接向井眼内泵入加重钻井液或原钻井液,将气体和已受污染的钻井液顶回到渗透性地层,重新平衡地层压力。针对某些类型的溢流井喷适用于压回法压井技术,分析了适用于压回法压井的侵入流体特征,地层物性特征等参数,给出了压回法适用的钻井现场工况,实施压回法压井的必要条件和所需装备,并进行了压回法压井实例分析,这可为现场工程技术人员选择合理的压井方法提供有益借鉴和指导。结合近几年国内出现的井涌、井喷事故特点,分析结果表明：压回法在应对浅层气溢流、高压气井溢流等复杂井溢流、井喷方面有着良好的适用性。     

含H2S天然气井溢流过程动态模拟

考虑H₂S在井筒中的相态变化,建立了含H₂S气井井筒动态溢流模型,同时采用有限差分法对模型进行求解,结合四川某含H₂S天然气井现场数据模拟含H₂S天然气井溢流过程,并将模拟结果与不含H₂S气井进行对比分析。研究结果表明：随着温度和压力的降低,H₂S在上部地层井段发生相变并直接引起气体体积的膨胀。含气率的突增使钻井液池增量迅速增加,且在相同的溢流时间内,关井时刻钻井液池增量增加更明显。含H₂S气井井筒内气体膨胀更迅速,导致环空压力下降更快,环空流型转化更加迅速。此外,井底压力下降更快,关井套压迅速增加,进一步加剧了溢流程度。因此,含H₂S气井井喷预警时间急剧缩短,井控难度和井喷危险大大增加。     

高含硫化氢天然气气侵时的溢流特性

以四川某高含H2S气体的气井井身结构及钻井工况为基础,针对高含H2S气井溢流时的特点,考虑H2S在水中的溶解度,建立溢流期间环空各相流体的质量和动量守恒方程,并用有限差分法对方程进行求解。结果表明:H2S在井底的溶解度远大于CH4的,在距井口约360 m开始大量析出;H2S的含量越高,气体在上升过程中密度变化越大,气体开始剧烈膨胀的位置越接近井口;井底侵入气体量相同的情况下,H2S的含量越高,气体的膨胀倍数越大,泥浆池增量也越大,同时,刚开始气侵时H2S含量越高气相的体积分数越小,而到达井口后H2S的含量越高气相的体积分数越大,导致溢流检测的难度和井控的危险程度增加;高含H2S气井溢流时井底压力的下降值、泥浆池增量、关井套压小于纯烃类的,不能反映真实的气侵程度,而且随着时间的增加情况会更严重;高含H2S气侵时压井过程中套压值与纯烃类的相差不大,因此可以在井口施加一定的压力,抑制H2S气体的膨胀,减缓井喷事故的发生。     

水平井筒两相流压力计算模型

对水平井筒变质量分层流动进行了微元段流动分析,根椐气相和液相的连续性方程及动量方程,忽略加速度的影响,得到了气、液两相的混合动量方程,并由此建立了水平井筒变质量气、液两相流动的压力梯度模型,该模型中考虑了流体从油藏到井筒流动的影响。利用已有的处理水平管分层流动的方法,计算了考虑流体沿水平井筒有径向流入时水平井筒的压力分布。因为水平井筒上不同点的生产指数不同,所以,本模型更接近于实际。对沿井筒的压力降和流入剖面进行了实例计算。结果表明,随着水平井半径的减小,压力降逐渐增大,从而产生了不均匀的流入剖面     

超深稠油高温高压井筒降黏举升摩阻实验研究

新疆深层稠油在井筒举升过程中,由于温度的降低,原油会逐渐失去流动性。稠油降黏是有效降低井筒举升摩阻的途径。根据现场掺降黏剂工艺,建立了室内高温高压井筒流动模拟实验装置,实验研究了温度、压力及流速对稠油井筒举升流动摩阻的影响,得到了不同降黏方式井筒举升摩阻梯度分布,在已有井筒压降计算模型的基础上,构筑了室内井筒流动模拟装置与实际井筒之间的压降换算关系,得到了不同降黏方式塔河原油在实际井筒中压力分布。实验表明：原油在垂直井筒中举升摩阻随压力和流速的增加而增大,随着温度的升高而降低,但流速越大,井筒流动摩阻增加趋势渐缓。在井下3000m处掺降黏剂使稠油更易举升至井口,降黏效果：复合降黏剂＞油溶性降黏剂＞掺稀降黏。