深水无隔水管钻井液多级举升系统泵参分析

深水无隔水管钻井技术主要解决海洋钻井中地层破裂压力与坍塌压力之间余量较小的问题。该技术除去了隔水管,利用内径较小的钻井液回流管线将钻井液和岩屑从海底送回钻井平台。但在深水钻井过程中,由于水深较大而要求举升泵的扬程很大,而目前的工艺技术还达不到此要求。因此,业界提出了钻井液多级举升技术,将举升泵串联通过多级举升而将钻井液和岩屑返回地面。根据无隔水管钻井泥浆多级举升系统的理论要求,确定了举升系统参数的计算方法,并以3000m水深为例,分析了不同因素对举升泵参数的影响,研究结果可为泥浆多级举升技术提供理论依据。     

海底钻井液举升钻井系统监测与控制

海底钻井液举升钻井(SMD)技术可以有效地解决常规深水钻井压力梯度区间较窄的问题,复杂的海洋钻井环境为其实现造成了一系列的控制难题。结合SMD系统的组成和基本功能,选择PXI系统作为海底钻井液举升钻井监、控系统的硬件平台,基于Labview开发SMD系统监控程序。结合SMD的作业流程和工况特点,根据模糊控制理论,设计实现SMD系统模糊控制器,解决SMD系统大惯性、大时滞的控制难题。通过海底钻井液举升钻井试验平台对所开发的监控系统性能进行验证。试验结果表明:监测模块可精确测量SMD系统的各项运行参数;模糊控制器能够快速有效地保证泵的入口压力维持在某一恒定值附近,系统能可靠地应对井涌、井漏等异常工况的发生。     

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.     

无隔水管海底泵举升系统循环温度变化动态模拟

由于无隔水管海底泵举升系统使用回流管线代替隔水管作为钻井液上返的通道,造成海水段钻井液注入与上返的路径成为了两个相互独立的单元,流体的换热方式发生了较大变化。为此,以系统的结构特点为依据,分段建立了其不同结构内的循环温度模拟动态分析模型,并对全系统的循环温度变化进行了动态模拟。研究结果表明,与Lima和Pereira等所建立的解析解模型相比,论文所建立的模型更贴合实际的钻进情况,且模拟的结果具备准确性;在钻井作业过程中,作业时长的变化会造成全系统的循环温度发生变化;钻井液的密度变化同样会使全系统的循环温度发生改变,但变化的趋势与作业时长不同;作业水深的改变主要会对海水段各结构内的循环温度造成影响,但对地层段相应结构的影响较弱。     

深水海底泵举升钻井井筒泥浆性能、温度和压力场祸合规律

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。     

泡沫举升排酸过程井筒压力温度数学模型研究

泡沫流体举升排酸工艺能有效排出酸化后地层的残酸,根据质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程,考虑环空泡沫流体与油管泡沫流体及地层之间的双重热传导作用,建立了泡沫流体在井筒内流动的温度分布和压力分布的数学模型,并给出了相应的边界条件和约束条件,该模型可以用于泡沫举升排酸的参数设计。利用数值方法进行了压力场和温度场的耦合求解,得到了泡沫流体温度、压力、密度在油管和环空内的分布。计算结果表明,随着井深的增加,泡沫温度、压力和密度都是增加的,泡沫举升排酸比氮气举升排酸启动压力和平衡压力都要小,随着酸排量的增加,循环点深度、启动压力和平衡压力逐渐增大。     

深层油田人工举升采油技术

深层油田的开发对油田开发工作者提出了新的挑战,由于深井具有高压和高温等特点,因此对钻井和采油提出了较高的要求。针对深层油田的特点,对各种人工举升采油方法进行总结,分析和总结了深井人工举升采油方法,用实例说明水力泵、有杆泵、气举和电潜泵在深层油田采油中的应用。     

空心杆掺稀油深层稠油举升设计方法研究

对稠油粘温关系和深井举升工艺进行了研究，结合实验室掺稀油降粘效果研究结果，对空心杆泵上和泵下掺稀油举升工艺的可行性进行了研究。计算结果及现场生产表明，空心杆掺稀油举升工艺能有效地改善井筒流体流动条件，保证油井以一定的产量进行稳定生产。空心杆泵下掺稀油能改善泵吸入口处原油的流动性，但对泵的实际排量有影响，且影响生产压差。空心杆泵上掺稀油没有解决原油进泵阻力大的问题，因此在泵吸入口处原油应具有较好的流动性。     

无隔水管海底泵举升系统井底压力计算与分析

在无隔水管海底泵举升系统(riserless mud recovery system, RMR)钻井中,当钻井泵停止工作时,可能会发生U型管效应,而U型管效应的发生势必会导致井底压力处于不平衡状,发生溢流的概率将大大增加。为了能够在U型管效应发生期间,对井底压力进行控制,保持井眼稳定,通过建立RMR系统在停泵工况下的U型管效应环空返速数学模型,对RMR系统在该期间的环空返速和井底压力变化进行了模拟,分析了在恒定井底压力下海底泵入口压力和海底泵出口流量的变化规律。结果表明：海底泵入口流量越小,可调区间越大;钻井泵停泵前流量越大,维持井底压力恒定下的时间越短,钻井泵停泵前27、32、37、42 L/s时流量可调的截止时间分别为21、19、18、16 min。形成了适用于RMR系统在该期间进行井底压力控制的流量调节方法,为实际作业时的井控方法和操作提供了理论指导。     

空心杆掺稀油深层稠油举升设计方法研究

对稠油粘温关系和深井举升工艺进行了研究 ,结合实验室掺稀油降粘效果研究结果 ,对空心杆泵上和泵下掺稀油举升工艺的可行性进行了研究。计算结果及现场生产表明 ,空心杆掺稀油举升工艺能有效地改善井筒流体流动条件 ,保证油井以一定的产量进行稳定生产。空心杆泵下掺稀油能改善泵吸入口处原油的流动性 ,但对泵的实际排量有影响 ,且影响生产压差。空心杆泵上掺稀油没有解决原油进泵阻力大的问题 ,因此在泵吸入口处原油应具有较好的流动性。     

水平井段脉冲携岩数值模拟研究

水平井钻井技术已成为现代油气勘探开发的重要手段,水平井段岩屑运移不畅造成钻井过程中的高摩阻和扭矩、卡钻和憋泵等情况,影响钻具的使用寿命和钻进安全,特别是使用现有的常规携岩方法无法解决,为此,提出脉冲携岩方法。在现有水力脉冲的基础上,根据分流继能机理,建立小井眼水平井岩屑运移的流场模型,采用RNG k-ε模型、幂律模式及二次开发子程序进行数值计算,确定脉冲携岩合理的脉冲周期、占空比等参数,并研究水力脉冲条件下钻井液排量、偏心度、岩屑粒径等参数对偏心环空岩屑运移的影响,得到环空岩屑运移速度和浓度的分布规律。研究表明,在同等条件下,脉冲携岩效率更高,破坏岩屑床效果更好,降低岩屑床浓度约40%。     

热水系统纯回水工况参数图解法及应用

针对现行设计规范推荐采用的同程式机械循环集中热水供应系统,阐述了图解法求解系统在纯回水工况下的循环泵流量、各立管循环流量的方法。通过分析图解流量与设计流量间相互关系,说明了图解法在求取纯回水工况下的循环流量、校核循环水泵和管路改造中的应用。结果表明:经过图解法的多次求解,可直观灵活地获得符合实际的工况参数,能够预测热水系统的运行效果,为热水系统的运行调试和管路改造提供依据。     

气体钻水平井钻杆偏心对环空岩屑运移规律的影响

气体钻水平井段,由于自身重力,钻杆倾向于下井壁,形成偏心环空,使得下环空岩屑运移困难,通过研究偏心环空正常携岩和岩屑床岩屑的运移规律对气体钻水平井井眼净化具有重要意义。针对钻杆偏心对气体钻水平井环空岩屑运移规律的影响问题,基于气固两相流理论,利用可视化实验并结合计算流体动力学(CFD)数值模拟方法对其进行了研究。从环空气体速度分布、岩屑速度分布和岩屑相对体积分数分布等方面分析了正常循环和下井壁沉积20 mm岩屑床两种工况,钻杆偏心对环空岩屑运移规律的影响。实验现象和数值模拟结果表明:正常循环时,随着偏心度不断增大,下环空气体和岩屑速度逐渐减小,气体携带岩屑的能力降低;当下井壁沉积20 mm岩屑床时,随着偏心度的增大,气流对岩屑床的扰动能力降低,使得下环空岩屑相对体积分数明显增大,岩屑床的最高剩余厚度逐渐增大。     

弹性/黏弹性混合管道瞬变流参数校核方法

为探究弹性管道与粘弹性管道串联混合连接的管道系统瞬变流压力波动的影响规律,设计并搭建了弹性/粘弹性串联混合管道系统瞬变流实验台,分别是镀锌钢管、镀锌钢管与聚丙烯（polypropylene,简称PPR）管混合管和镀锌钢管与聚乙烯（polyethylene,简称PE）管混合管。在不同初始流量情况下,分别对三种管道系统进行了瞬变流实验,基于实验数据,对粘弹性管道瞬变流模型结合一维拟稳态摩阻模型的参数进行校核,并提出了混合管道瞬变流参数校核方法。结果表明：使用粘弹性管道替换部分弹性管道会使得瞬变流压力波峰值衰减幅度下降,钢管/PPR混合管道相比钢管/PE混合管道具有更大的下降幅度。改变初始流量不会引起压力波相位发生改变,其对粘弹性效应产生的影响可以忽略不计。此外,应用一维拟稳态摩阻模型可以较准确地模拟混合管道瞬变流的压力波动过程,本文所提出的混合管道瞬变流参数校核方法可简便且准确地校核混合管道瞬变流参数,为工程中混合管道瞬变流的数值计算提供参考依据。     

超深井长裸眼段岩屑运移规律及特征分析

大位移井在深部地层的油气藏开采中得到了广泛应用,但同时面临着井眼清洁不充分、托压、卡钻等一系列问题,为了更好地指导超深大位移井的井眼清洁工作,需要进一步对超深大位移井的长裸眼段的岩屑动态运移特性进行研究。建立了考虑实际井眼轨迹、流体压降及悬浮层颗粒扩散的大位移井两层岩屑运移动态模型。该模型利用有限差分法进行求解,并利用已有文献的实验结果进行验证。对钻井和冲洗两种工况进行模拟研究,认识钻井液排量、钻井液密度、机械钻速、井眼半径等方面对岩屑运移的影响。研究结果表明：在钻井工况下,井斜角越小的井段,岩屑越难以沉积,且钻井液排量越高、钻井液密度越高、井眼尺寸越小、钻速越低,岩屑运移的效率越高;在冲洗工况下,井斜角越小,冲蚀效果越差,且钻井液排量越高、钻井液密度越高、井眼尺寸越小,岩屑运移的效率越高。研究结果对保障超深大位移井良好的井眼清洁具有指导意义。     

斜直井段和水平井段中环空岩屑运移机理的研究

以岩屑颗粒单元为研究对象,通过分析偏心环空各区域中岩屑颗粒的主要受力,预测岩屑颗粒的运移趋势。通过数值计算,分析了在流核区和速梯区中井斜角、岩屑直径、钻井液返速等对岩屑运移的影响,以及静岩屑床面岩屑运移的基本条件及主要影响因素,对钻进中旋转钻柱能提高岩屑运移行程的机理给出了合理的解释。研究结果表明,增大钻井液返速和保持钻井中钻柱旋转是避免岩屑下滑的主要措施;在斜井段及水平井段中钻柱不旋转,环空岩屑的运移主要靠动岩屑床的作用;增大静岩屑床面液流边界层的速度梯度有助于减小静岩屑床厚度。     

斜直井段和水平井段中环空岩屑运移机理的研究

以岩屑颗粒单元为研究对象，通过分析偏心环空各区域中岩屑颗粒的主要受力，预测岩屑颗粒的运移趋势。通过数值计算，分析了在流核区和速梯区中井斜角、岩屑直径、钻井液返速等对岩屑运移的影响，以及静岩屑床面岩屑运移的基本条件及主要影响因素，对钻进中旋转钻柱能提高岩屑运移行程的机理给出了合理的解释。研究结果表明，增大钻井液返速和保持钻井中钻柱旋转是避免岩屑下滑的主要措施；在斜井段及水平井段中钻柱不旋转，环空岩屑的运移主要靠动岩屑床的作用；增大静岩屑床面液流边界层的速度梯度有助于减小静岩屑床厚度。     

页岩气钻井岩屑运移规律仿真分析

页岩气水平井钻井过程中岩屑在重力作用下极易在斜井段及水平段中沉积形成岩屑床,清洁难度大,进而导致井底高摩阻、高扭矩和阻卡,严重时造成卡钻、钻具断落井下安全事故。基于液固两相流理论,建立了三维井眼环空岩屑运移模型,通过控制变量法分别分析了钻杆转速、排量、岩屑粒径、偏心度、井斜角度等因素变化对环空井筒岩屑体积分数及运移轴向速度的影响规律。研究结果表明：随着转速和钻偏心度增大,岩屑体积分数降低及轴向速度增大;随着岩屑粒径增大,岩屑体积分数增加及轴向速度降低;随着井斜角降低,岩屑体积分数降低及轴向速度增加。可见提高转速、钻井液排量和控制钻头破坏岩屑粒径大小有利于提高井眼清洁,降低井下安全事故。     

深水钻井隔水管段大尺寸环空压耗数值模拟

深水钻井过程中海水段隔水管环空中的水力学特性与常规井有较大差别。运用理论分析的方法对海洋深水钻井隔水管段大尺寸环空中的压力损失进行了研究,分析了环空泥浆返速、钻杆旋转速度、钻井液性能和环空尺寸等对压耗的影响,并与常规井眼环空压耗进行了对比。研究结果表明:在大尺寸环空中,对于幂律流体,在层流状态下环空压耗随钻杆转速的增加而减小;随着环空尺寸的增大,环空压耗急剧降低;随钻井液流变指数和稠度系数的增加,环空压耗呈指数增大和线性增大。本文可为研究隔水管环空螺旋流携岩规律提供帮助。