液基全过程欠平衡钻井停止循环连续气侵井筒瞬态流动

液基全过程欠平衡钻井井筒流动过程主要包括正常钻进时稳态气液固多相流动以及停止循环条件下的瞬态气液两相流动。建立停止循环开井条件下遇到连续气侵时井下瞬态气液两相流动特征参数变化数值模拟计算方法及数学求解模型,计算对比遇到不同气侵量的井下气液两相流特征参数变化。结果表明:较大气量条件下气体运动速度更快、顶出钻井液更多、井底流压波动更大;井口回压的施加能有效控制井下气体膨胀与井底压力波动。     

气侵早期检测新方法

在复杂地层钻进时,地层中的气体会以重力置换、欠平衡气侵等方式进入井筒,现有的气侵检测方法主要有泥浆池液面监测、地面出口流量检测和气侵声波时差监测,但这些方法存在气侵检测效率低、不能进行早期识别预警等多种问题。针对气侵早期识别困难的难题,在考虑侵入气体物性随井筒中温度、压力变化的基础上,结合地层渗流,建立了气侵井筒传热与多相流动瞬态模型,给出了数值求解方法。通过对该模型求解,计算结果表明:在气侵过程中井底压力不断降低,并且随着气侵时间的增加,井底压力减小速率加快,与此同时,井底温度不断升高,环空返出口温度不断降低。根据该变化规律提出了以井底压力与井口温度相结合或井底温度与井底压力相结合进行气侵早期检测的新方法。     

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.     

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。     

高压气井修井挤压井井筒流动模型

塔里木油田克深气田超深、高温、高压,部分气井在生产过程中环空异常带压,若长期监控生产,井控风险大,需要进行压井以便开展修井作业。高压气井修井挤压井作业过程井筒流动规律复杂,压井风险高。考虑压井过程井筒-地层复杂耦合流动,建立了高压气井挤压井数学模型,模型预测结果与实测数据吻合较好,能够满足高压气井挤压井施工设计的需要。通过数值计算,分析了高压气井挤压井作业井筒流动规律及影响因素。研究表明,挤压井过程中井底压力和油压对地层渗透率、储层厚度、地层压力、压井液排量等参数较为敏感,储层渗透率和厚度越低,地层压力越高,压井井底压力和油压越高。压井液排量越大,压井持续时间越短,产生的井底压力越高。挤压井作业需根据储层渗透率、厚度及地层压力等参数,确定合理的压力液排量等施工参数,在保证压井成功高效的前提下,避免压漏地层。     

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筒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。     

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。     

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。     

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。     

考虑储层与井筒特征的高温高压水平井溢流风险评价

考虑气体物性的影响,优选适用于高温高压水平井的气侵模型,分析储层渗透率、裸眼段长度、负压差等储层参数对气侵量的影响。基于建立的井筒环空瞬态多相流动模型,研究高温高压水平井溢流期间的含气率、泥浆池增量、井底压力的变化规律。基于此,评价储层渗透率、水平段长度、负压差对溢流风险的影响,与直井溢流风险进行对比分析。基于模拟结果发现:储层渗透率较低(小于2×10~(-3)μm~2)、负压差较低(小于2 MPa)、水平段长度较小(小于10 m)、钻进储层厚度较小(小于5 m)时,气侵速度小,井底压力及溢流体积变化小,溢流风险小,不易发生井喷;相同条件下,直井溢流风险要高于水平井;在长水平段、厚度大、渗透率大的情况下,溢流风险较大,需优化配置钻井液密度、及时监测钻井状态才能显著降低目标井溢流井喷事故风险,为安全、经济、高效的开发高温高压油气藏提供理论依据。     

欠平衡钻井地层出气量对环空压力影响分析

采用欠平衡钻井技术钻遇裂缝、溶洞或高气油比油气藏时,地层气体会在重力置换作用和压差作用下进入井筒,对环空压力剖面产生影响。出气量不同对环空压力的影响不同。建立了环空气液两相流动模型并采用Mathcad编制程序求解模型、实例分析了出气量对流型、环空含气率、密度及环空压力的影响。分析结果表明:环空不同井段流态不同,随着出气量的增加,环空依次会出现搅动流和环雾流,对携岩不利;随着出气量的增大,环空含气率增大,密度减小,且出气量对含气率和密度的影响程度井口比井底大得多;井底压力随出气量基本呈线性规律变化。     

页岩气压裂水平井不稳定流动模型

水平井多级压裂技术已经成为目前开发页岩气藏的主要手段。针对气体在页岩流动过程中存在的吸附解吸、扩散、滑脱、启动压力梯度和应力敏感等效应,基于三线性渗流方程的基础上,推导出五线性渗流方程,建立了页岩气藏压裂水平井渗流数学模型。运用Laplace变换和Duhamel原理,求解出考虎井筒储集效应和表皮效应的页岩气藏压裂水平井Laplace空间的无因次井底拟压力解。通过Stefest数值反演,绘制了无因次拟压力曲线和拟压力导数曲线。依据特征曲线划分了流动阶段,并分析了不同影响因素对气井压力特征曲线的影响。研究结果表明：压裂水平井泄流范围可划分为五个流动区域,气井的压力特征曲线可划分为六个流动阶段。裂缝导流能力对水平井压力特征曲线的影响主要在过渡阶段、双线性流阶段;吸附系数主要影响过渡段、双线性流段、线性流段以及拟稳定流阶段;视渗透率系数主要影响双线性流动阶段、过渡阶段、窜流扩散阶段、地层线性阶段和拟稳定流阶段;导压系数影响窜流扩散阶段、地层线性流阶段和拟稳定流阶段;压裂改造区宽度主要影响地层线性流和系统拟稳态流动段。模型可以正确认识页岩储层复杂渗流规律,判别页岩气藏压裂水平井流动阶段,为预测单井产能和优化压裂设计参数提供了科学依据。     

低渗气藏水平井不同完井方式产能预测研究

根据气藏内气体的流动模型和水平井筒内流体的流动模型,建立了气藏-水平井筒流体流动的耦合模型,该模型充分考虑了气藏内的各向异性和气体的非达西流动.利用拟压力采用非稳态方法求解气藏水平井的产能模型,预测了裸眼完井、射孔完井和压裂完井的水平井气井产能,分析了影响产能的因素,并将其与直井压裂的产能进行了对比.     

具有越流的多层气藏的压力曲线特征

在多层油藏半透壁模型的基础上 ,建立了多层气藏的半透壁模型及其微分方程组 ,内边界条件考虑了表皮系数和井筒储集效应的影响 .利用有限差分方法编制了模拟试井程序 ,并与精确解进行了比较 .阐明了半透率、表皮系数、井筒储存对井底压力曲线、分层产量的影响 .随着半透率的增大 ,压力曲线越平缓 ,压力导数曲线的“凹陷”不断向外漂移 ;当各层表皮系数相同的时候 ,各层的井壁压力是相同的 ,各层产量趋于各自的产能系数 ;当各层的表皮系数不同时 ,各层的井壁压力是一组平行线 ,井底压力与井壁压力平行 ,各层产量不在趋于各自的产能系数 ;井筒储存可以减小层间越流的早期作用 .这些结果可用于多层气藏的不稳定试井分析     

深水气井环雾流水合物沉积和堵塞动力学模型

深水气田开发过程中,海底附近井筒内具有水合物形成和堵塞的风险。基于井筒气液两相环雾流流动模式,根据气芯和液膜内水合物颗粒不同动力学特征,在液膜内考虑水合物颗粒的形成、运移和管壁黏附过程,同时在气芯内考虑水合物颗粒的形成、聚并、破碎和沉降行为,建立了井筒水合物动态沉积和堵塞的动力学模型,可以用于模拟和预测不同工况下井筒内水合物堵塞时间和堵塞位置。模型预测结果与水合物环路实验堵塞压降的相对误差小于10%。针对典型深水气田开发井案例,进行了井筒水合物形成和堵塞风险分析,得到了不同工况下井筒水合物层增长速率、沉积厚度分布和完全堵塞时间的变化规律。     

气举柱塞偏心环空间隙流场数值分析

柱塞气举利用井底压差推动柱塞沿井筒运动,依靠柱塞与管壁间隙密封举升上部液体至井口,达到排水采气目的。目前,针对柱塞实际运动中发生偏心对气举密封的影响认识不够清晰,导致无法进一步优化柱塞密封结构和工艺参数。为此,利用气液两相分层流动数值计算方法,讨论了紊流槽内相含率和速度场变化规律,并分析其多道密封机理,获得不同偏心距导致的环空间隙差异条件下柱塞密封效果。研究结果表明：当柱塞与油管轴线处于同心状态作业时,根据特定场合设计的柱塞外壁紊流槽的密封效果可以满足气举要求,但由于柱塞运动时很难保证同心,随偏心距逐渐增大,柱塞与油管间隙增大导致其密封效果逐渐变差。在偏心距为0.9 mm时,窜气量相比同心状态增加140.33%,大量气体发生滑脱;偏心距为1.5 mm时,液体以0.29 kg·m-3的速度泄露至柱塞下方区域。故偏心状态对气举柱塞密封性能的影响不容忽视,对此修正柱塞偏心环空状态下的运动方程,以探究柱塞偏心后对启动压力和单次循环排液量的影响。     

制冷剂侧结构对多元微通道平行流冷凝器传热与流动性能的影响

建立了多元微通道平行流冷凝器的稳态分布参数模型,将模型计算值与其实验结果对比验证了模型的正确性.同时,利用所建立的模型研究了扁管孔数、扁管内孔高宽比、流程布置、各流程间扁管数分配方式等参数对平行流冷凝器传热和流动性能的影响.结果表明:随着扁管孔数的增多,换热量逐渐增大,制冷剂侧压降逐渐减小,空气侧压降逐渐增大;随着扁管内孔高宽比的增大,换热量与制冷剂侧压降逐渐减小,空气侧压降不变;随着流程数的增多,换热量与制冷剂侧压降逐渐增大;当流程数一定时,各流程间扁管数的分配宜从第1流程向后依次递减,其递减速率逐渐减小,且过冷区的扁管数不宜过少.     

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。