窄安全密度窗口重力置换漏喷函数研究

由于重力置换的原因,钻遇裂缝性地层时,井下经常发生漏喷同存,造成井下复杂情况,增大井控难度,损害地层,影响生产。建立了重力置换数学模型,并基于此形成了高压含气层窄安全密度窗口重力置换漏喷函数,利用地层-井筒耦合流动可视化实验装置对漏喷函数进行了验证。实验结果表明,建立的漏喷函数的计算结果与实验数据吻合度较高。当钻遇裂缝性地层时,无论是采用欠平衡钻井、平衡钻井工艺,还是过平衡钻井工艺,均无法避免重力置换现象的发生,但是将井筒压力维持在近平衡（微过）状态,能够显著降低重力置换现象的严重程度。研究成果对研究钻遇裂缝性地层时的井底复杂的物质交换规律及井筒压力的安全控制具有重要的指导意义。     

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。     

钻井工程中沥青与钻井液动态置换规律实验研究

钻井工程中钻遇活跃沥青层时,涌漏并发等恶性事故严重影响钻井作业的正常进行。针对中东Y油田沥青层钻井面临的严重钻井液漏失与沥青侵入问题,首先分析了沥青层特征和钻井液漏失特点,发现沥青与钻井液间的重力置换是钻井液漏失和沥青侵入的主要原因。研制了可视化沥青-钻井液动态置换模拟实验装置,分别在钻井液循环和静止状态下,模拟研究了钻井工程中钻井液与沥青的动态置换过程,分析了钻井液密度和黏度、地层裂缝宽度以及沥青黏度对置换过程的影响规律。结果表明,随着钻井液密度增加,沥青置换量呈对数增大趋势;随着地层裂缝宽度增加,置换量呈线性增大趋势;随着沥青黏度增加,置换量呈对数减小趋势;而钻井液黏度与置换量呈负相关关系。因此,钻井作业中,需合理控制钻井液密度以平衡地层压力;适当提高钻井液黏度;重点加强钻井液随钻堵漏作用,有效封堵地层裂缝,减少和堵塞钻井液漏失与沥青侵入井筒的通道。结合控压钻井技术,在该方法的指导下后续钻井作业中顺利钻穿沥青层。     

基于含可信度地层压力剖面的精细井身结构设计方法

对现有深井井身结构设计中安全密度窗口约束条件进行分析,发现井涌允量、破裂压力安全系数、抽吸压力系数等经验性安全系数的取值较为保守,且没有考虑循环钻进时防漏的约束条件,这对深井尤其是下部安全密度窗口窄的井钻井不利。通过引入含可信度的地层压力剖面以及附加钻井液密度和抽吸压力的计算分析,使安全密度窗口的上下限得以精确确定,在此基础上加入考虑环空压耗当量密度的约束条件,并给出迭代计算方法,解决了环空压耗计算中需要井身结构参数的难题,避免了深井循环钻进过程中的井漏问题,进而形成了一套基于含可信度地层压力剖面的、适用于深井的精细井身结构设计方法,可以有效避免深井中由于钻井液密度设计不合理导致的井下复杂事故的发生,且其设计结果具备一定的风险控制功能,有利于结合现场实际对设计进行风险控制。     

CO_2分子置换法开采页岩气实验

从CO2置换页岩气吸附气开采机理入手,通过页岩等温吸附、直接降压解析、注CO2置换解析实验评价方法,探讨利用CO2分子置换页岩气吸附气提高采收率的方法。实验结果表明,富县页岩注CO2置换法开采页岩气比直接降压开采的采收率提高了7.66%,地层压力衰竭到6.559 MPa时,注CO2效果最好,最佳的CO2注入量为0.22倍的孔隙体积。注CO2分子置换法开采页岩气是可行的,不仅能提高页岩气的采收率,而且可以缩短开采周期。     

巴什托构造井身结构优化设计研究

巴什托构造是巴麦地区主要勘探区块之一。该构造工程地质条件复杂,多套压力系统并存,前期探井多采用的四层次井身结构设计方案,在实施过程中常有涌、卡等井下复杂情况的发生,明显减缓了钻井速度,增加了钻井成本。在已钻探井的基础上,通过对邻井地层岩性、测井和实钻资料进行统计分析,以BX井为例,对此构造的地层岩石力学参数进行了分析研究。优选地层压力预测方法并建立了其地层压力剖面和安全钻井液密度窗口,结合地层岩性条件综合提出了改进后的五层次井身结构设计方案,并进行了优选和对比分析。通过实钻资料对比,改进后的井身结构更为合理,能够避免下部井段易卡的复杂情况的发生。后续施工的三口井均采用了优化后的井身结构设计方案,取得了良好的效果,减少了井下复杂事故的发生,节约了钻井成本,提高了钻速。     

利用超重力机内滞液现象提高气-液反应过程效率初探

滞液现象是指通过液位控制而使超重力机底部形成积液的现象。初步研究结果表明,滞液现象显著改善了旋转填充床(RPB)内众多气-液反应过程的效果。在臭氧处理有机废水时,滞液现象不仅可以显著提高臭氧的吸收率,而且使得COD的去除率提高了1倍,一级RPB可以达到与无滞液时三级RPB串联处理接近的COD去除效果;在采用臭氧氧化亚硫酸铵时,利用滞液现象可以使亚硫酸铵完全氧化为硫酸铵的时间缩短40%以上;在利用NaOH溶液吸收HCl时,滞液现象可以使HCl的吸收率从85.1%提高至98.5%;利用羟乙基乙二胺吸收CO₂,滞液现象则可以使其吸收率从33.4%提高至77.8%。对滞液现象的强化机制分析表明,该现象通过提高气-液传质系数改善了传质效率,并通过延长液相物料在超重力设备内的停留时间改善了气-液反应效果。合理利用滞液现象可望将超重力技术的应用拓展至众多受限于反应动力学的过程中。     

气-液分布导流片对超重力旋转床吸收性能的研究

以CO2-NaOH体系为研究对象,研究了超重力旋转床内构件中气-液分布导流片对吸收性能的影响。重点考察了3种不同气-液分布导流片对超重力旋转床中NaOH对CO2吸收过程的流动特性、传质性能的研究。实验结果表明,不同的气-液分布导流片对流体在超重力旋转床中的流动性能产生一定的影响,当采用顺时针偏转的液体分布导流片、径向无偏转的气体分布导流片时,气液两相为顺流接触,可增长液体吸收剂与气体接触时间,获得较好的传质效果。以CO2-NaOH体系为研究对象,传质系数为不添加气-液分布导流片的2.83倍,CO2的脱除率可从43.34%提高到80.00%。     

气、液两相流在水平管道中水头损失的实验研究

在污水生物处理中,一种新的节能曝气方法,需要管道中的气、液两相流动.利用普通镀锌钢管中的气、液两相流进实验,考察气、液两相流在水平管道中压力变化,并对气、液两相流在水平管段中流动时的实验数据进行了数学拟合,得出了统计计算公式和参数,为未来的节能曝气所需的气液两相流管路设计,作了初步工作.     

气、液两相流在水平管道中水头损失的实验研究

在污水生物处理中,一种新的节能曝气方法,需要管道中的气、液两相流动。利用普通镀锌钢管中的气、液两相流进实验,考察气、液两相流在水平管道中压力变化,并对气、液两相流在水平管段中流动时的实验数据进行了数学拟合,得出了统计计算公式和参数,为未来的节能曝气所需的气液两相流管路设计,作了初步工作。     

钻井液流变参数允许调控范围研究与应用

从液-固两相流体动力学基本理论出发,结合钻井液携岩原理及钻井工程需要,探讨了特定工况下钻井液允许流变参数范围的计算方法,建立了钻井液流变参数允许调控范围计算模型,开发了钻井液合理流变参数计算系统软件。计算结果表明,钻井液密度、排量、塑性粘度及泥浆泵缸套缸径中任一项增大都将使钻井液允许的流变参数调控范围变窄,钻井液排量的影响尤其明显。泥浆泵排量是控制流变参数允许调控范围上限的主要因素,而其下限则主要受钻井液密度影响。     

宁国凹陷复杂工况关键钻井工艺

为探索下扬子地区海相沉积地层油气钻探的关键技术,结合皖油地1井的钻井施工情况,讨论了宁国凹陷的复杂情况,特别是易坍塌地层、石膏层和裂隙漏失层交互存在,钻井液密度窗口窄等情况下的施工工艺。通过对复杂工况钻井工艺的研究,形成了一套适宜的井壁稳定性控制方法、石膏层钻头泥包处理方法和窄钻井液密度窗口条件下的钻进方法,保障了本井的顺利完井,为该地区的下一步钻井作业提供参考。     

缅甸大段凝灰质泥岩地层井壁稳定性分析*

缅甸Y-1井位于缅甸中央盆地火山岛弧带上,由于地应力复杂和钻遇大段凝灰质泥岩层,钻井过程中井壁坍塌严重,返出大量掉块。为保护油气层,尽量降低钻井液密度,本文结合钻井出现的复杂问题,通过掉块力学实验分析和测井资料研究,建立了压裂预测模型,分析了缅甸Y-1井的井壁稳定性问题的原因,进而在预测钻井液安全密度窗口的基础上,提出了在大段凝灰质泥岩地层钻井的井壁稳定性合理化建议。     

安塞地区加密井地层压力预测研究

安塞油田王窑加密试验区位于王窑区块中西部,开发时间较长,综合含水58.9%,地质储量采出程度11.8%, 地层压力系统紊乱,且同时存在天然裂缝和压裂裂缝,加密试验井地层压力预测难度大,安全钻井风险高。在分析安 塞加密试验区地质特征的基础上,针对注水过程中地层压力与原始地层压力差异较大,且经过注水后的地层压力分布 难以准确确定的问题,将裂缝性地层渗流理论引入到注水后地层压力预测过程中,给出了复杂裂缝地层加密井地层渗 透率的张量计算方法和加密井地层压力预测方法,对安塞试验区加密井地层压力进行了预测,预测结果精度较高,能 够满足确定安全钻井液密度窗口的需要;并分析了裂缝特征对加密井地层压力的影响,可为加密井安全钻井提供实际 指导。     

密度差对水平段固井顶替界面影响规律研究

水平封固段的固井顶替效果是影响水平井固井质量的关键问题,居中度和密度差是影响水平段固井顶替效果的重要参数。本文基于国家超级计算中心天河一号大规模集群计算平台,采用Fluent软件对300 m长水平段偏心环空进行1 000 s的隔离液顶替界面的数值模拟实验,研究居中度和密度差对隔离液与钻井液顶替界面的影响规律。研究结果表明,在扶正器扶正条件和密度差设计许可时,尽量提高水平段套管居中度与密度差,可以达到理想顶替效果与固井质量。当井眼条件差、扶正器下入困难时,采用大密度差的浆体设计,可以大幅改善偏心环空窄边钻井液滞留,提高隔离液顶替效率与固井质量。当钻井条件限制无法采用合理的密度差设计时,提高水平段扶正器的扶正效果,可以大幅改善偏心环空窄边钻井液滞留,提高隔离液顶替效率与固井质量。本文研究结论对固井顶替施工具有重要理论与实践指导意义。     

Kingfisher区块过断层地应力变化规律及井壁稳定性

 Kingfisher区块断层发育,钻穿断层时井壁坍塌、钻井液漏失等复杂情况频发。根据孔隙弹性理论及Mohr-Coulomb强度准则,分析了正断层对地应力的影响规律,结合断层对地层力学性质的影响建立过断层时井壁稳定预测模型。结果表明,过正断层后垂直断层迹线水平应力明显增加;断层附近发育断层破碎带,使地层强度降低、坍塌压力升高;过断层时的安全泥浆密度窗口大大减小,为防止断层破碎带发生漏失,应以最小水平主应力作为安全泥浆密度窗口的上限;合理的钻井液密度及优良的封堵性是保证安全钻井的关键。研究结果与Kingfisher区块实钻情况吻合,对Kingfisher区块过断层时的钻井安全具有指导意义。     

破碎性煤层段钻井液安全密度窗口的确定与应用

破碎性煤层段钻进过程中井壁坍塌、掉块严重,常规模型计算所得的坍塌压力当量密度难以较好地支撑煤层段井壁。依据破碎性煤岩的特征,系统分析了破碎性煤层段井壁失稳的机理,重新界定了破碎性煤层段的钻井液安全密度窗口。计算结果表明进入破碎性煤层段后钻井液安全密度窗口明显变窄。利用该模型对D2井三开破碎性煤层段的钻井液安全密度窗口进行了预测,理论计算结果和实钻情况基本吻合,验证了模型的合理性。研究成果对类似井段的井壁稳定性研究有借鉴意义。