深层碳酸盐岩地层长水平段钻井井筒温度分布模型研究

为克服深层海相碳酸盐岩地层长水平段钻井作业过程中的井下高温问题,结合深层海相碳酸盐岩气藏长水平段钻井过程的特点,建立了综合考虑多源项、非牛顿流体螺旋流动、变热物性参数的钻井井筒瞬态温度分布数值模型。基于该模型,研究了水平段长度、循环时间、钻井液排量、入口温度对井筒温度分布的影响规律。结果表明：随着水平段长度的增加,井底温度会显著增加;增加循环时间、增加循环排量、降低钻井液入口温度等措施对降低深层长水平段井底温度的作用有限。可见,为保障深层碳酸盐岩油气资源开发的顺利进行,须提高旋转导向工具的耐温极限。     

海域天然气水合物水平井钻井温度场预测

利用水平井开发海域天然气水合物具有产量高、产气快、经济效益好的特点,但井筒温度变化容易引起储层水合物分解,诱发井壁失稳坍塌等事故。因此基于井筒传热学理论和钻井工程参数,研究了海域天然气水合物水平井钻井过程中井筒热量传递过程,考虑钻柱与井壁、套管直接的摩擦生热效应,建立了海域天然气水合物水平井钻井过程的井筒温度剖面计算模型,分析了钻柱摩阻、循环时间、钻井液排量、入口温度、水平段长度等参数对对井筒温度场的影响规律。结果显示,钻柱的摩阻生热不可忽略;钻井液循环一定时间后,井筒温度剖面趋于稳定;钻井液排量对于井筒温度场的影响较大;钻井液的入口温度对于裸眼段的温度剖面影响较小,主要影响海水段的温度剖面;水平段裸眼段越长,裸眼段的温度越高;在海域天然气水合物地层钻水平井时,井周地层中的水合物不会分解。该研究成果可为中国海域天然气水合物水平井钻井设计提供借鉴。     

环空注气气举反循环钻井工艺及关键参数设计

利用气举反循环钻井技术解决长宁页岩气表层钻井漏失问题,需要解决常规气举反循环钻井技术井口敞开、井底压力控制不精确等问题。为此,在常规气举反循环钻井技术的基础上,设计了一种环空注气气举反循环钻井新工艺,新工艺加装旋转防喷器、钻杆旋塞等工具,具备井控能力。通过调节注气量、钻井液排量等关键施工参数,控制井底压力,减少钻井漏失。在多相流理论基础上,建立了与新工艺匹配的环空注气气举反循环井底压力计算模型,分析了关键施工参数对井底压力的影响规律,建立了关键参数设计方法,在安全窗口范围内优选关键施工参数,保证安全钻井。结果表明：井底压力随注气量的增大先减小、后增大,存在临界注气量;井底压力随井深增大而增大;井底压力随钻井液排量增大而增大。在长宁某井表层进行了现场试验,与同井段井漏地层相比,较常规钻井工艺技术井漏减少83.6%。研究成果为解决四川长宁页岩气表层井漏问题提供了一种新的技术措施。     

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。     

深水大尺寸井眼钻进钻井液双循环携岩方法

深水大尺寸井眼提高泵排量钻进时,易导致钻井液循环压耗增加、泵功率利用率低和井底压力增加等问题,提出一种通过在井筒变径处钻杆上安装分流短节,实现钻井液双循环的方法,基于钻井水力参数优化理论和数值模拟方法,研究分流短节对井筒变径处环空钻井液返速、钻井水力参数和钻杆结构安全性的影响.结果表明:安装分流短节后井筒变径段环空钻井...     

羽状水平井欠平衡钻井环空流动特性研究

羽状水平井欠平衡钻井技术是近几年来国内外煤层气开发中普遍采用的一项减少储层伤害、提高低渗储层煤层气采收率的新技术。针对该技术的技术特征,建立了物理模型和数学模型,结合现场井例分析了井筒环空内各流动特性参数的变化规律。结果表明:井底压力随泥浆排量的增加单调递增,同一泥浆排量条件下,环空注气量越大,井底压力值越低;羽状井自注气点至井口的井筒环空内,水平段由于静液压力占主导,空隙率、混相流体流速增长幅度较小,混相流体密度少许降低,压降损失也较少;竖直井筒环空内空隙率及混相流体流速自井底沿井筒向上初始缓慢增大,当环空压力降低到一定程度后,由于气液滑脱效应,而急剧增大,环空内混相流体密度变化规律与之相反,环空压力自井底沿井筒向上呈线性减小。     

页岩气钻水平井段岩屑床破坏及岩屑运移机理研究

针对页岩气开采成本高,以及清水钻井在垂直井段具有成本低和机械钻速快的优点,且页岩气清水钻井岩屑运移规律尚认识不清。基于流体力学基本控制方程和湍流输运方程,建立了三维井眼环空岩屑运移模型。使用全隐式多网格耦合求解技术进行数值计算。利用该模型开展清水钻水平井段岩屑运移可行性研究,以及钻井液排量、岩屑床高度、岩屑粒径、清水黏度和钻柱转速对岩屑运移规律的影响研究。研究表明,在水平井段清水钻井液携岩是可行的,数值计算结果对比,得出钻井液排量、岩屑床高度和岩屑粒径是影响清水携岩能力的敏感参数。建议钻井过程岩屑床厚度不要超过井眼直径的10%,岩屑颗粒直径为5 mm左右,根据钻井需要选用合适的钻井液排量、钻井液黏度和钻柱转速。清水钻井岩屑运移机理研究可为页岩气安全高效开采提供技术支撑,同时将加快页岩气工程的开发进程。     

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。     

页岩气双二维水平井极限延伸能力研究

页岩气藏的开发多采用水平井,水平段的延伸能力直接影响到页岩气藏的综合开发效益。双二维水平井具有施工难度小、邻井碰撞风险低、作业费用低等优点。根据长宁页岩气的钻井实际情况,分析了钻机承载能力、钻柱安全系数、地层承压能力及额定泵压等因素对水平井延伸能力的影响,推导了相应计算模型。以长宁已钻页岩气井为基础,计算了不同影响因素随水平段长度的变化。研究表明,双二维水平井的延伸能力主要受地层承压能力和额定泵压影响,钻井施工中应选择合理的钻井液密度和排量,降低水平段岩屑床高度,采取适当的堵漏措施,选择高额定泵压的钻井泵。     

页岩气水平井前导地质物理模型的测井研究

以川南威远地区寒武系筇竹寺组页岩气为研究对象,首先,利用邻井的测井储层评价结果优选“地质甜点”作为导向目标层;其次,分析沿井眼轨迹方位钻遇不同岩性、物性、含油性及脆性的地层剖面的随钻测井响应特征,并根据LWD和MWD资料实时确定地层倾角和厚度,准确建立前导地质物理模型;最后,利用井眼轨迹-随钻测井曲线-气藏岩性剖面综合成图技术及时判断水平井井眼轨迹在页岩储层中的位置、延伸长度及上下行方向,实时优化井眼轨迹与修正前导地质物理模型,指导钻头在优质页岩储层中的钻进,提高钻遇率。将该方法应用于研究区的页岩气水平井地质导向钻井中,效果明显。     

井下防喷器坐封后多相流瞬态流动规律研究

钻井钻遇高压、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。实例模拟计算表明,防喷器期坐封期间,采用不同下深防喷器的井筒压力演变规律基本一致;不同地层渗透率下井底压力都先呈增加趋势,渗透率越大,井底压力升至地层压力的所需时间越短;随着气侵量不断增加,不同初始井底压力最终都稳定在地层压力附近。     

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。     

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。     

高压气井压井井筒温度场预测与影响因素分析

从反循环压井工艺特点出发,以质量守恒、动量守恒和能量守恒为理论基础,推导出反循环压井过程井筒温度场计算模型,并对压井液入口温度、压井液密度、循环时间、压井液排量、压井液导热系数、井深等对反循环压井过程中井筒温度场的影响进行分析.结果表明:随井深增加、压井液入口温度提高、压井液排量减小、循环时间缩短、压井液导热系数增大、压井液密度减小,井筒温度线向高温偏移,反之井筒温度线向低温偏移;调整压井液排量和压井液入口温度是改善井筒温度场最有效的途径.     

温度对气层气体钻井井壁稳定的影响

气体钻井过程中气体经过钻头喷嘴后产生焦耳-汤姆逊冷却效应,导致井底温度远小于地层温度。当气层被钻开后井壁围岩温度、孔隙压力和应力分布发生改变,容易引起井下复杂事故。为此,分析了井底低温对致密砂岩气藏气体钻井井壁稳定的影响。研究表明,井眼钻开后井底低温产生拉热应力,使近井壁有效应力减小,有利于防止岩石剪切失稳,但增加了岩石产生拉伸破坏的可能。气层气体产出使近井壁地层孔隙度和渗透率减小,不考虑井底低温时减小程度偏大。气体钻井近井壁可能存在塑性区,低温使塑性区向地层延伸更容易导致井壁失稳。塑性区的形成不仅取决于水平地应力,而且与垂向地应力有关。通常致密砂岩气藏埋藏较深,垂向应力影响大,其弹塑性分析需考虑三维主应力的影响。     

井筒内超临界多元热流体注入过程的数值模拟

在稠油热采过程中,提高注入工质的流动参数可显著增加采收率。为评价超临界多元热流体注入井筒后的流动传热特性,建立了相应的计算模型,得到了井底温度、压力与沿程热损失随注入流量、井口温度及井口压力的变化规律,并与注入超临界蒸汽情况下的流动传热规律进行了比较。结果表明,井底参数与注入流量呈单调关系;井底压力与井口温度、压力亦呈单调关系;而其他井口、井底参数的组合呈现出复杂关系。相同井口压力条件下,为使井底参数达到超临界状态,超临界多元热流体的井口温度和注入量高于注入超临界蒸汽的情况。适当选取较低的井口压力,可以减少热损失,提高经济性。所得结果可为注入工质参数的选取提供参考,进而为海洋稠油开发中的能源与动力保障的研究及设计明确需求。