钻井井喷关井期间井筒压力变化特征

针对目前钻井井喷关井期间井筒压力计算值与实际关井压力差别较大的问题,将关井期间井筒压力变化分为两部分:关井初期地层流体继续侵入井筒的续流部分和气液密度差导致气体滑脱上升部分,从渗流理论和试井理论出发,考虑关井期间井筒内气体和钻井液的压缩性以及井筒的弹性,建立关井期间井筒续流模型;从气液两相流理论出发,考虑关井气体滑脱上升期间气体的膨胀、气体和钻井液压缩性、井筒弹性以及钻井液滤失等因素,建立关井期间气体滑脱模型;然后考虑关井期间井筒续流和气体滑脱综合影响,建立关井期间井筒压力计算模型,并给出基于本模型的气侵关井井筒压力读取方法。结果表明:关井初期井底压力呈指数增加,井底压力大于地层压力之后井底压力呈线性增加;关井初期井筒续流起主导作用,井底压力大于地层压力之后气体滑脱效应起主导作用。     

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。     

考虑井筒热效应的气体井底压力计算

将井筒热效应考虑成一维热对流,将地层简化成热传导,使用Ramey定义的综合换热系数将井筒温度与地层温度联系起来,从而建立温度方程,通过解析求解得到温度变化函数.由气体状态方程将温度与压力联系起来,得到由于温度变化而产生的附加压力,将这一附加压力通过内边界条件加入到气体渗流方程中,最终得到考虑井筒热效应的井底压力表达式.比较了考虑热效应与不考虑热效应井底压力的不同,并使用某油田一个实例验证了考虑热效应时井底压力表达式的正确性.     

深水钻井气侵溢流发展规律及隔水管气侵监测优势

随着石油勘探开发迈向深水超深水,利用隔水管的长度优势、在隔水管底部对气侵进行早期监测的新思路成为研究的热点之一。从深水钻井气侵气体运移的基本规律出发,通过建立深水钻井井筒气液两相流计算模型,分析不同水深、泥线以下深度、井底压差、地层渗透率等工况下气侵气体的运移规律及其与溢流量的关系。结果表明:对于水深大于800 m、泥线以下深度小于2 800 m、地层渗透率小于50×10~(-3)μm~2的深水钻井,在隔水管底部对气侵进行监测比常规的泥浆池液面监测法更具时效性优势,且水深越深,泥线以下深度越小,地层渗透率越小,井底压差越小,该优势越明显。     

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。     

注CO_2井井筒温度压力分布主控因素分析

通过对低温CO2与井筒、地层传热机理的研究,建立了注气开发中综合考虑井筒沿程流体相态以及热物理性质变化的井筒温度、压力场数学模型,利用四阶龙格库塔法求解,并开发了"注CO2井井筒温度、压力场数值模拟"软件,研究注气过程中井筒温度、压力受不同因素影响的变化规律.结果表明,注入速度、累注量、套管直径对井底温度影响较大,注入温度对井底压力影响较大.     

气藏开采中地层温度及井口压力对井筒流动参数的影响

根据气藏开采过程中气体在井筒内流动的特点，得出了单相气体恒速流动状态微分方程组。阐述了不同地层温度与井口压力下井简气体流动参数的分布，并说明了不同地层温度下，井口回压对井底流压与产量的影响。结果表明，在不同的地层温度与井口压力下，井筒底部的气体速度与密度可以高于、等于或低于井筒上部的气体。通过合理控制井口压力可以调整井筒内流体流动状态参数，从而合理控制生产压差和产气量，以满足气井安全测试与生产的要求。对几口井数据的数值模拟结果验证了地层温度与井口压力对井筒气体流动参数的影响规律。     

考虑热效应的CO2气井试井压力模型和计算方法

油井注CO2采油,在CO2停注关井后,井筒不同位置处温度与地层温度不相同,存在井筒和地层的热交换,变化的温度和井筒储集流动共同影响井底压力.为了正确模拟关井后不同时刻的井筒压力,温度,密度和速度分布,建立了一个基于CO2注入的井筒管流及地层渗流热流耦合数学模型,对地层气体渗流采用半解析半数值的求解,对井筒流动使用PISO方法来进行数值计算.计算结果表明:关井后热效应对井底压力导数曲线的早期形态有明显的影响,因而可以分析热效应对井底压力的影响,正确指导CO2注A工艺.     

基于随钻电阻率响应特征的深水钻井气侵早期监测方法

为了将随钻电阻率测井值的响应特征应用于深水钻井气侵早期监测方法中,对随钻电阻率测井值气侵响应规律进行研究。在分析测井值的环境影响因素基础上,设计一套气侵模拟试验装置,研究随钻电阻率测井值在不同注气量下气体侵入井筒的响应特征。考虑如何排除地层岩性影响随钻电阻率测井值变化并结合钻井液录井资料的基础上,建立基于随钻电阻率测井的深水钻井气侵早期监测方法。试验结果表明:通过瞬时随钻电阻率测井值的脉动特征可进行井底环空流型识别,并拟合出了气体体积分数与无因次随钻电阻率测井值的关系式,拟合公式与试验数据的相对平均误差为5%,吻合程度较高;与常规泥浆池增量法相比,建立的方法可提前10 min监测到气侵发生,比隔水管气侵早期监测方法提前6 min监测到气侵发生。     

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.     

煤层气多分支水平井井筒压力及入流量分布规律

运用流体力学相关理论,结合质量守恒和动量守恒方程,推导考虑多分支水平井井筒内摩擦压降、加速度压降和混合压降的井筒压降模型,建立煤储层渗流与多分支水平井井筒内变质量流耦合的数学模型,并对其进行求解;在此基础上对煤层气多分支水平井主井筒及分支井筒的井筒压力及入流量分布进行研究。结果表明:开采期间,煤层气多分支水平井主支和分支井筒的压力均随距跟端距离的增大而增大,但主井筒压力增加的幅度越来越小;在开采前期,煤层气多分支水平井主井筒入流量分布曲线呈上凸趋势,在开采后期则呈下凹趋势;各分支井筒入流量在开采前期呈U型分布,在开采后期呈倒U型分布。     

用稳定性理论和方法研究井壁坍塌问题

给出了钻井过程井壁围岩的应力场和位移场的解析解。在此基础上,建立了井壁压力和井壁位移的平衡路径曲线,提出井壁坍塌是一种极值点型失稳现象,澄清了石油工程中的一些问题。得到了井壁失稳的临界压力公式,并给出了气体钻井的适用条件。     

注超临界气体井筒温度压力场计算方法

根据传热学、热力学和垂直管流理论 ,建立了注超临界气体井筒温度压力分布的数学模型 ,提出了节点解析法、数值差分法以及焓插值法 3种求解方法。对辽河油田静 35块高凝油注不同介质现场效果进行的对比计算结果表明 ,在 0～ 6 0 0m井深时 ,井筒温降很大 ,随井深的增加 ,温降逐渐变小 ,温度趋于稳定 ;压力随井深的增加逐渐变为线性增加。利用节点解析法和焓插值法计算均能得到满意结果 ,其中解析法结果最为准确 ,而用数值差分法求得的温度偏高、压力偏低     

地层H2S侵入时井筒压力变化规律及控制研究

随着我国酸性油气藏勘探开发的深入,处于对井控安全的考虑,需对酸性气体侵入后井筒多相流动及相态转变规律进行研究。针对H₂S特殊的物理性质,并考虑其在井筒内相态变化,建立了钻井过程中H₂S侵入时井筒流动与传热的数学模型。将井筒传热、压力与H₂S物性参数耦合迭代计算,给出了求解方法并编写程序进行数值计算。计算结果表明:井口回压较小时,H₂S在环空上升过程中由液态转化为气态,相态转变点上部为气液两相流,其压力梯度较小,下部为井筒单相流,其压力梯度较大。H₂S侵入速度对环空压力和相变井深均有影响。随着侵入量增大,井底压力先急剧减小,后基本保持不变,而相变井深先增大后减小。井口回压对井底压力影响较大。随着井口回压增大,井底压力增大,但影响程度逐渐减小。井口回压不仅可以控制井筒是否发生相变,而且对相变井深位置影响十分大。对是否考虑传热对相变井深和井底压力的影响进行了对比分析。研究对提高酸性油气藏开发勘探安全具有一定指导意义。     

高温高压复杂井身结构气井井筒温度计算方法

 西气东输的气源井以高温高压气井为主,气井生产依赖于井底温度和压力,生产过程中温度起着重要的作用。为了确保高温高压气井的正常生产,必须对井筒温度压力进行深入研究。井筒压力的研究已有较为成熟的结果,但对井底温度的研究还很不成熟,尤其是井身结构对井筒温度的影响国内外尚未见报道。本文基于Ramey经典井筒温度计算模型建立了两种考虑复杂井身结构井的井筒温度分布计算模型,即在复杂井筒条件下从井底到井口的温度计算模型和从井口到井底的温度计算模型。通过与实测资料对比,给出了计算模型的误差对比,分析了井身结构对井筒温度分布计算的影响。研究结果表明,从井底到井口的温度分布模型计算结果优于从井口到井底的温度分布模型。     

侧钻分支井分叉段井壁稳定分析

老井侧钻可有效开发老井未受控面积内的储油和死角残油并有效提高产能。而分支井眼连接井段的稳定性是成功完井的关键。采用三维有限元方法对侧钻短半径水平井井壁稳定进行弹塑性分析。分析结果表明:侧钻井眼在与主井眼连接处存在应力集中,容易发生井壁失稳。随井间距的增加两井眼中间单元应力逐渐减小,两者互相影响减小。两井眼间距为主井眼尺寸的2倍时,两井眼之间的影响可以忽略。适当的增加造斜率,让侧钻井眼快速的脱离主井眼,可以降低连接段的长度,降低井壁失稳的风险。适当增加泥浆密度,可以降低连接井段井壁失稳的风险。     

注蒸汽水平井井筒内参数计算新模型

注入蒸汽在水平井筒内流动时,蒸汽沿着水平段的质量流量越来越小,且加速度压降不等于零,导致蒸汽的物性参数发生变化,而蒸汽物性对井筒内蒸汽的沿程参数分布有较大影响。依据质量守恒和能量守恒,建立了注入蒸汽干度沿水平段的变化方程,利用动量守恒原理,推导了沿水平井筒的蒸汽干度分布和压力分布计算公式,构建了摩擦力做功、湿蒸汽混合物密度、水平段吸汽量和井筒与油层之间的热传递计算模型,模型同时考虑了变质量流与蒸汽PVT参数的变化对计算结果的影响,采用按压力增量迭代的计算方法对模型进行求解。实例的模型计算结果与油藏数值模拟结果对比表明,新模型具有较高的计算精度。     

裸眼井中膨胀管外壁胶筒的井眼适应性分析

为了更加合理地对裸眼井膨胀管外壁定型胶筒井眼尺寸进行选择,建立了膨胀管、胶筒、井眼和膨胀锥三维有限元模型并对其膨胀过程进行非线性有限元分析。通过对直径为194 mm的膨胀管在不同井眼下的膨胀过程进行分析后发现:随着井眼直径的减小,胶筒的压缩率、接触压力以及所需膨胀力逐渐增大,井眼直径为218 mm时胶筒前端和末端橡胶体积变化显著,造成该处的密封性能下降。因此,采用的定型胶筒应避免在直径小于218 mm的井眼中使用。在胶筒稳定膨胀阶段,226 mm和230 mm的井眼胶筒所需膨胀力相差不大,波动幅值平稳。同一井眼中,最先膨胀的胶筒压缩率、接触压力及所需膨胀力都高于后膨胀的两个胶筒,但是随井眼直径的增大,三个胶筒的压缩率、接触压力以及所需膨胀力不再受膨胀的先后顺序影响。此外,随着井眼直径的增大,胀后胶筒处的膨胀管残余应力逐渐减小。同时膨胀管内外壁残余应力的波动逐渐减弱,大小趋于相等。可见研究结果为裸眼井中膨胀管外壁胶筒的选型以及膨胀管的井眼适应性提供了理论基础。     

元坝气田超深层高含硫气井硫沉积预测

准确预测高含硫气井井筒硫沉积规律与沉积位置,避免管道堵塞、腐蚀穿孔等影响气井正常生产具有重要的意义。为进一步研究硫沉积机理,结合元坝气田元素硫的溶解度含量实验,建立硫溶解度预测模型;基于瞬时热传导、能量守恒定律以及多相流理论,分别建立超深高含硫气井温度场和压力场数学模型;进行多场耦合求解,获得超深高含硫气井井筒元素硫沉积预测模型,并对元坝气田气井进行实例分析。研究结果表明:元素硫溶解度随温度、压力的增加而增大;建立的井筒温度压力模型计算的压力误差小于1%,温度误差小于5%,精度较高;元素硫溶解度在井筒内呈非线性递减,井底最大,井口最小。研究成果可用于预测井筒硫溶解度分布以及硫析出井段,以及同类型气井井筒多相流压力计算,为含硫气井安全稳定生产奠定了基础。