大位移井岩屑运移研究综述与展望

随着大位移井的广泛应用,岩屑运移问题已成为大位移井钻井安全、成本、效率的关键问题之一。井筒岩屑堆积会导致高摩阻扭矩、卡套管、固井质量差等一系列问题,影响井筒岩屑运移的因素众多且相互作用复杂。当前研究及应用也有诸多问题亟待解决,有必要对大位移井井筒岩屑运移进一步探讨。系统总结了岩屑运移的机理、研究方法、影响因素、评价标准及现场措施,并在此基础上对当前岩屑运移研究进行了展望,以期为大位移井岩屑运移研究及工程实践提供参考。     

大位移井岩屑床厚度预测模型与现场应用： 以CH1-1-XX井钻井为例

大位移井钻井过程中,岩屑极易在斜井段及水平段环空底部积聚成床,导致憋泵、卡钻等事故,严重影响钻井施工安全和钻井时效。现有的岩屑运移及岩屑床清除模型均针对标准圆球状岩屑,与实钻中返出的岩屑形状差异较大,导致模型应用范围受限,无法提供更准确的现场指导。为探究大位移井非标准圆球状岩屑运移规律,本文通过可视化岩屑运移实验与CFD数值模拟结合的方法,建立了一套大位移井岩屑床厚度预测经验模型,并在CH1-1-XX井开展了现场应用,对不同开次下的钻进参数进行了优化,取得了良好效果。结果表明：利用模型预测岩屑床厚度并进行钻进工艺参数优化后,一开与二开钻井时最高岩屑床厚度分别为40.6 mm、33.9 mm,均低于同井深处的岩屑床厚度安全线,表明井眼清洁程度高,无憋卡风险。本文建立的岩屑床厚度预测经验模型对提高大位移井井眼净化效率,保障大位移井安全高效钻进具有重要意义。     

曹妃甸油田浅层大位移井管柱作业极限分析与优化设计

在浅层大位移钻井中,井下管柱上产生高摩阻扭矩,管柱作业极限问题突出,急需开展大位移井管柱作业极限分析与优化设计的研究。基于管柱平衡微分方程,综合考虑接触力、摩阻力、管柱内外钻井液等因素影响,建立管柱摩阻扭矩计算模型;以井眼延伸长度为目标,考虑地面和井下各种约束因素的影响,建立管柱作业极限的预测模型。针对曹妃甸油田一口浅层大位移井,计算不同工况下管柱摩阻扭矩,预测管柱作业极限,并提出优化设计方案。结果表明,采用滑动钻进技术无法达到设计井深,采用旋转钻进技术可达到设计井深,但存在一定的风险。提升钻机性能后,采用旋转钻进技术可安全达到设计井深;优化井身结构后,采用滑动钻进技术并辅以减摩措施可达到设计井深。     

连续循环阀钻井技术在番禺油田大位移井的应用

番禺油田大位移井φ215.9 mm井段钻进过程中,面临井段深、稳斜段长、稳斜角度大、岩屑易堆积、钻遇断层、钻井液安全密度窗口急剧减小、全井段采用油基钻井液钻进、黏度高、静切力大等钻井技术问题。为此,引入连续循环阀钻井技术,分析了该技术在PY10-5-A1H井φ215.9 mm井段的应用效果。结果表明,全井段1 026 m当量循环密度波动值小于2.3%,井内循环压力稳定,扭矩波动平稳,平均机械钻速高达19.30 m/h,井眼清洁状况良好,减少不必要的循环划眼和短起下钻,缩短非钻进时间,提高钻井效率,安全平稳钻过断层,未发生任何漏垮卡等井下复杂情况。总结了现场应用中出现的切换循环通道瞬间对钻杆和水龙带的冲击、MWD信号传输受干扰等问题,提出了应对措施和改进方案。     

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。     

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。     

冀东油田大斜度大位移井井眼清洁技术

随着冀东油田勘探开发的持续深入,大斜度大位移井比例逐年增加,钻井过程中井眼清洁问题凸现。针对大斜度大位移井的特点,通过室内模拟实验及岩屑颗粒的受力特征探讨了岩屑床成因及岩屑运移规律。并基于水力学计算模型优化设计水力参数,应用CFD仿真模拟岩屑床清除钻杆周围流体的流动特性,评价优选钻井液材料维护钻井液性能,同时采取井眼清洁实时监测、高效携岩剂等工艺,从设计到施工全面提高井眼净化水平,形成了一套改善大斜度大位移井井眼流动条件的配套技术措施,为大位移井的安全施工提供了技术支持。现场应用结果表明,后续施工的大斜度大位移井极少发生井眼清洁不好导致的憋钻卡钻等复杂情况。     

大位移钻井全井段岩屑动态运移规律

根据固液两相流理论,综合考虑岩屑的悬浮、滚动和滑动运移方式以及悬浮层固液相速度差和钻杆旋转的影响,建立大位移井全井段三层岩屑动态运移模型,用于模拟计算实际钻井中正常钻进和停钻循环的全部过程;基于有限体积法原理,引入SETS方法对模型进行数值求解,并进行模拟分析.结果表明:对于具有长斜井段的大位移井,环空岩屑床分布达到稳...     

基于钻柱动力学的井筒摩阻系数预测与应用

井筒摩阻系数是钻井设计和施工阶段准确预测和控制摩阻扭矩的关键因素,对比摩阻扭矩的实测值与预测值可预防钻井事故的发生。为此,基于钻柱动力学摩阻扭矩计算模型,结合近钻头多参数测量仪实测数据,开展了大斜度井实钻条件下套管段和裸眼段摩阻系数的预测方法研究,结果成功应用于同类型邻井的三开钻进阶段摩阻扭矩分析与控制。现场应用结果表明,实钻井筒套管内摩阻系数0.27~0.29,裸眼段摩阻系数0.39~0.41,均高于经验值;案例井钩载和扭矩预测值与实际值的误差满足施工精度要求,依托摩阻扭矩预测图版实时监测实钻摩阻扭矩的异常变化,保障了该井顺利施工。研究结果可为大斜度井钻机设备优选、井身剖面优化和现场钻井施工方案决策等提供科学依据。     

斜井岩屑运移临界环空流速力学模型

岩屑在大斜度井眼中主要以翻滚形式向井口方向运移,在低斜度井眼中主要以悬浮形式被钻井液举升至地面.通过岩屑受力分析建立两种运移机理作用下的岩屑运移临界流速计算力学模型,并提出保持倾斜井眼清洁的临界环空返速计算方法.将模型计算结果与现有试验数据进行了对比验证,结果表明:临界环空流速随井斜角变化趋势的模型预测结果与试验结果吻合较好,但由于模型计算和试验中判断形成岩屑床的准则不同,环空临界流速的模型计算值较试验值偏低;对实例井的井筒清洗分析结果与现场作业情况一致,验证了该模型的可靠性.     

考虑井壁径向流入的大位移井井筒压降计算

根据大位移井井筒流动特征,应用质量守衡、动量守衡原理建立了考虑井壁流体径向流入的任意倾角的大位移井筒压降计算模型。普通水平管内单相液流压降模型和Dikken 的压降模型是所建模型的特例。在井筒为单相层流、紊流的情况下,对考虑了井壁流体流入的摩擦系数进行了分析讨论,对不同井长和井产量用实例分别计算了单相流情况下井筒的压力分布和压降。计算结果表明,在井筒较长、井产量较高时,不能忽略井筒压力降。     

实用简单的大斜度井井眼清洁模型的建立与应用

根据井眼及工况条件,预判是否将发生岩屑清洁事故,可以提前采取相应处理措施,规避相关事故风险,从而实现高效经济钻进。从工程应用的角度出发,考虑不同洗井区岩屑的运移机理,建立了一套实用简单的井眼清洁模型,并用现场数据验证了该模型的正确性和准确性。实例应用结果表明,模型能较准确预测岩屑床厚度,能够为施工前参数优化设计和钻井现场井眼清洁状况预判提供依据。     

单螺杆泵采油系统启动扭矩动力学模型研究

单螺杆泵采油系统启动扭矩模型是螺杆泵井提高系统效率、进行故障诊断的理论基础。对启动过程中单螺杆泵的运动特点和受力情况进行分析，建立了该系统启动扭矩动力学模型。运用经典碰撞理论并考虑杆管非完全弹性碰撞的影响，利用该模型可计算出整个抽油杆柱的运动学和动力学参数。模型在二连油田B18-42井的应用结果表明，启动过程中的扭矩曲线在稳定时的井筒扭矩曲线左右摆动；延长启动时间可降低启动扭矩峰值，有效地解决螺杆泵井瞬时启动抽油杆扭矩过大造成的断杆问题。     

单螺杆泵采油系统启动扭矩动力学模型研究

单螺杆泵采油系统启动扭矩模型是螺杆泵井提高系统效率、进行故障诊断的理论基础.对启动过程中单螺杆泵的运动特点和受力情况进行分析,建立了该系统启动扭矩动力学模型.运用经典碰撞理论并考虑杆管非完全弹性碰撞的影响,利用该模型可计算出整个抽油杆柱的运动学和动力学参数.模型在二连油田B18-42井的应用结果表明,启动过程中的扭矩曲线在稳定时的井筒扭矩曲线左右摆动;延长启动时间可降低启动扭矩峰值,有效地解决螺杆泵井瞬时启动抽油杆扭矩过大造成的断杆问题.     

红河油田水平井油气显示特征分析研究

红河油田属于低孔、低渗-特低渗油藏、生产中表现自然产能低或无自然产能,前期勘探开发表明,水平井是一种有效的开发模式,然而水平井开发导致岩屑混杂、细碎,泥浆长时间长距离对岩屑的冲洗,致使荧光显示级别降低;长井段大面积裸露的油层井筒,导致气测基值高;加之水平井钻进方向与高角度裂缝为垂直方向,大大增加了裂缝钻遇的几率,钻井过程中经常出现井漏、溢流等,槽面显示十分活跃,需要对水平井油层特征进行系统研究,建立完善的录井解释评价方法,以更好地满足红河油田水平井开发的需要。     

渤海油田大位移定向钻井关键技术

为了解决大位移定向钻井中摩阻扭矩大、井眼清洁困难、井壁失稳等问题,从大位移井设计源头出发,通过优化井身结构,将表层套管下至第一造斜结束点、减少井身结构开次和采用瘦身井井身结构等方式,降低下部井眼段作业风险,缩短工期,降低钻井成本;通过优选钻具组合及导向工具,采用中海油服的国产化"D+W"工具,可实现准确识别油层并及时进...     

井漏的预防和处理

井漏是钻井过程中井筒内钻井液或其他介质（固井水泥浆等）漏人地层孔隙、裂缝等空间的现象。井漏是钻井过程中最复杂的问题之一,是引发其它恶性事故的重要隐患。井漏也是钻井工程中常见的井内复杂情况,多数钻井过程都有不同程度的漏失。轻微的井漏会导致钻井作业中断,严重的井漏处理会浪费大量的人力、物力和财力,如果井漏处理不当或者不及时,因井内液柱压力下降引起井壁失稳造成井壁坍塌从而造成卡钻事故,甚至导致部分井眼或全部井段报废。特别是有进无出的大漏如不能及时发现采取措施进行控制．常常会诱发地层流体涌入井筒发生井涌或井喷事故。井漏的原因通常是井筒内液柱压力大于地层压力;根据漏失速度来分井漏可分为渗透性漏失、裂缝性漏失及溶洞性漏失．     

CO_2驱注入井井筒完整性分析与风险评价

针对CO_2驱油藏开发过程中注入井井筒完整性进行分析,将CO_2驱注入井井筒完整性评价分为井口、管柱及井筒三大单元,给出了井筒完整性评价指标,并利用层次分析法确定各完整性风险影响因素的权重。在此基础上,利用风险矩阵法建立CO_2驱注入井井筒完整性风险评价模型,确定注入井井筒完整性风险值和风险等级。利用以上方法对吉林油田某CO_2驱注气井井筒完整性进行评价,确定了井筒完整性主要风险因素和风险等级。研究结果表明:CO_2驱注入井井筒完整性风险评价有助于降低注入井安全事故风险,能够有效指导CO_2驱安全施工和完整性风险管理。     

水平钻井环空岩屑床表面颗粒临界启动流速的影响因素

利用环空流速分布规律和边界层绕流理论,探讨水平井大斜度和水平井段钻进时钻井液冲蚀岩屑床的临界流速。水平井大斜度和水平井段钻进时,环空岩屑因停泵而自然沉降形成岩屑床,通过对岩屑床表面颗粒进行受力分析和边界层绕流假设,结合数学推导得到床面岩屑颗粒所受钻井液表面切力解析式,建立床面颗粒临界启动解析模型。模型计算与实验数据结果表明,在不同井斜角和颗粒直径条件下,循环介质为清水时模型预测的临界启动流速与实验数据的绝对平均误差不超过8.80%,循环介质为PAC溶液时绝对平均误差在2.51%～7.06%。边界层绕流和环空流速是岩屑临界启动流速的重要影响因素。     

裸眼完井下的大位移井裂缝起裂研究

随着大位移井数量的增加,大位移井压裂逐渐成为油气藏的一种重要增产技术手段。大位移井水力压裂裂缝起裂与直井、普通定向井有显著差别,其起裂模式不仅与井眼轨迹(井斜角、方位角等) 有关,而且还与地应力方位密切相关。以往的斜井裂缝起裂模式已经不能满足大位移井压裂设计的需要。考虑作业条件、压裂液渗滤效应和孔隙压力的影响,建立了大位移井井筒周围应力场分布模型,提出了裂缝起裂压力和起裂方位预测模型,并分析了不同构造应力范围对大位移井压裂裂缝起裂的影响。计算结果表明,建立的模型完全适用于大位移井压裂设计的需要。