气体钻井上返岩屑对井斜影响的分析

气体钻井井眼环空的气固流动状态给固体岩石颗粒冲击井壁提供了条件。高速气流携带的岩屑与井壁碰撞的频率和剪切应力较大,因而井壁岩石更易破碎,井径扩大更为严重。井径的扩大导致底部钻具组合(BHA)受力状态发生变化,从而造成控制井眼轨迹的难度增加,引起井斜。同时,井壁岩石颗粒碰撞剥落在下井壁形成岩屑垫层,同样影响底部钻具组合力学特性,造成增斜力,从而影响井斜。为分析气体钻井上返岩屑对井斜的影响,根据气体钻井环空流动模型与颗粒碰撞的能量关系,建立了气体钻井条件下的井径扩大判别模型。实例计算表明该模型准确、有效,可以为气体钻井设计和井径分析提供依据。     

浅谈石油工程气体钻井中井径扩大在不同钻压下对井斜的影响

气体钻井由于能够有效地保护油气层,解决恶性井漏、压差卡钻,提高机械钻速而得到了广泛的应用,但是在现场的应用过程中,井斜问题十分严重,下面分析气体钻井特点,并分析对井斜的影响。气体钻井过程岩屑的上返将对井壁有冲蚀作用。有研究表明,在钻井液钻井中,当1mm的岩屑颗粒以1m／s的速度冲击颗粒较细的井壁岩石时,作用于井壁岩石的有效剪切作用力将超过30MPa。岩屑持续不断地冲击井壁,将使井眼不断扩大。气体钻井条件下,上返岩屑与井壁的碰撞更剧烈,因而井壁岩石更易破碎,井径扩大更为严重,井径扩大的直接影响就是导致常规钻具组合中钻铤外壁与井壁之间的环空间隙大,本文对井径扩大在不同钻压下对井斜的影响作一浅析,与同仁共勉。     

基于智能钻柱的控压钻井溢流实时评价方法*

在对传统地面溢流评价方法滞后性问题进行分析的基础上，开展了基于智能钻柱的井下溢流实时评价方法研究。该方法是利用分布于智能钻柱上的多个压力传感器将所钻井段分为若干个控制区域，通过监测各区域中地层流入井筒的流体流量来确定溢流大小和发生溢流的位置。基于软测量的基本思想，使用了两相流井筒瞬态流动模型，并采用无迹卡尔曼滤器对智能钻柱上传感器节点处井筒压力测量值进行了实时校正。现场试验证明，与井筒压力最接近的地层孔隙压力区域最易发生溢流，基于智能钻柱技术的溢流实时评价方法能够在溢流发生后的100 s内较为准确地预测地层流入井筒的流体流量和发生溢流的位置，具有很高的实时性和可靠性，发展潜力巨大。     

气体钻井环空携水能力研究

气体钻井在某些方面具有常规钻井液钻井不可比拟的优势,在深层海相地层勘探开发过程中能够提高钻速、降低成本、减小对储层的伤害,具有广阔的应用前景。然而,当钻遇出水地层时,岩屑若遇水水化,黏度增大,容易导致钻头泥包、井眼堵卡等井下复杂问题,影响气体钻井的安全性。依托气体钻井井筒多相流大型实验架,对出水地层气体钻井携水规律进行实验研究。着重分析了井底携水搅动、井壁湿润、液膜形成及回落、液膜波动前进等携水现象,在实验结果分析的基础上,通过对环雾流携水规律的研究,提出了气体钻井极限携水能力计算模型。模型计算结果与实验结果相吻合,表明具有现场实用价值。     

气体钻井井下燃爆分析

与常规钻井相比,气体钻井在提高机械钻速、发现和保护油气藏等方面优势明显,由于负压钻进时,地层流体极易进入井筒,地层产出的可燃气体和氧气混合后具有燃烧、爆炸的潜在危险,容易发生严重的灾害性事故,在气体钻井应用中往往需要充分预测和评估钻遇气层的危险程度并提前采取应对措施。结合气体钻井实际施工情况,简要介绍了气体钻井过程中井下燃爆方面的研究进展,分析了气体钻井过程中可燃气体发生燃爆的条件。并从混合可燃气体组成、温度、压力,以及惰性气体含量等几个方面,展开论述了爆炸极限的主要影响因素。依据经验公式计算了某井气体钻井过程中可燃气体爆炸极限的变化情况,得出可燃气体下限值随井深增加略有减小,可燃气体上限值随井深增加明显增大的结论。结合该井实际施工情况,验证了计算的可靠性,可以看出氮气钻井过程中的氧含量安全范围很窄（2.43%4.20%）。     

井下流量测量装置在MPD系统中的应用研究

在常规钻井和欠平衡钻井的基础上发展起来的控压钻井（MPD）技术已经在国内外一些地区的实际应用中取得了良好效果。介绍的井下流量测量装置采用节流压差法,接在近钻头处,能够随钻监测井下环空流量,并通过随钻测量技术（MWD）把数据及时传至地面进行分析处理,可以及早发现溢流或井漏等井下复杂情况。该技术与现有控压钻井系统结合,能够显著提高系统的控制精度和可靠性,从而提高钻井的安全性及降低钻井成本,为安全可靠地进行控压钻井提供保障。     

气固两相流速度及质量流量的静电测量法研究

介绍了一种气固两相流速度及质量流量的静电测量方法,实现了静电法在气固两相流速度及质量流量测量中的应用．通过特殊设计的静电传感器系统,利用气固两相流中固相微粒的荷电信号直接测量两相流的速度和质量流量．速度测量采用互相关分析的方法得到静电信号相移时间,计算出固相速度;通过实验确定静电传感器上静电信号电压有效值与已知两相流质量流量的关系,建立了系统电压一质量流量曲线．实验结果表明,静电测量方法可准确跟踪并测量气固两相流的固相速度,实现两相流的在线无损检测．     

充气欠平衡钻井水平段环空岩屑运移规律实验研究

基于气-液-固三相流理论以及相似理论和量纲分析原理,自主设计并研制了一套水平环空多相复杂流动物理模拟实验装置。该装置可实现对常规或低密度钻井液携岩环空复杂流动的可视化物理模拟。利用该装置开展了充气欠平衡钻井水平段环空岩屑运移物理模拟实验;并针对气液体积流量比、钻杆旋转与偏心等因素对岩屑运移的影响规律进行了深入的研究。结果表明,对岩屑运移起主导作用的是液相流量,气液体积流量比对岩屑运移的影响相对较小,钻杆偏心或旋转对岩屑运移的影响具有不确定性;但在钻杆处于偏心位置时旋转钻杆,最有利于岩屑的运移。     

欠平衡钻井录井方法探讨

根据欠平衡钻井技术的特点,结合目前国内录井设备和技术现状,分析了欠平衡钻井技术中常规录井技术的局限性,针对欠平衡钻井工艺的特点,探讨了通过对岩屑分析、气体组分分析、气体采样、地层压力检测、流量检测、定量荧光检测及火焰观察等录井手段对地层含油、气情况进行识别和评价的方法,提出了相应的设备配套技术和录井方法,并给出了应用实例。     

浅析岩屑录井的主要影响因素

在石油钻井中,岩屑录井是用于鉴别地层的岩性以及含油性、物性的直接鉴别方式,只录井技术中较为重要的方式。岩屑录井技术是石油钻井过程中直接鉴别地层岩性、物性和含油性的重要钻井录井方法。在实际的生产中,岩屑录井技术检测的数据能够作为定位目的层、完井作业以及工程故障处理和测试、测井解释等依据。所以岩屑录井技术的研究对于现代石油生产有着重要的意义。     

非开挖水平定向钻喷射式反循环扩孔器设计及其排屑性能试验

为解决大直径水平定向钻扩孔施工中环空岩屑清理困难的问题,基于射流泵原理设计了一种水平定向钻喷射式反循环扩孔器,并通过室内试验研究了其排屑性能.室内试验选取了3种粒径的石英砂颗粒(0.5～1、1～2和2～4 mm),配制了2种不同马氏漏斗黏度的泥浆,采用控制变量法研究了岩屑粒径、泥浆类型、扩孔器转速和岩屑浓度等因素对反循环扩孔器排屑效率的影响.试验结果表明:单纯考虑反循环形成抽吸作用设计的扩孔器,实际排屑效率较低,凸起的牙轮结构搅拌作用和扩孔器与孔壁紧密贴合两方面因素对提高岩屑排除效率有积极影响;在一定条件下,岩屑粒径越小,泥浆黏度越大,岩屑浓度越大,喷射式反循环扩孔器的岩屑排出效率越高;当其他条件一定时,岩屑排出效率在扩孔器转速为40 r/min左右达到最大值;在试验条件允许的范围内扩孔器最大排屑效率高达73.15％,具有很强的实用价值.     

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。     

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。     

井下液压脉冲发生器工作特性仿真

井下液压脉冲发生器是一种可调制脉冲射流的井下提速工具,该装置的工作原理是利用井底钻柱振动能量,采用活塞激励的方式调制脉冲射流,基于该装置工作原理,利用Matlab环境下的Simulink系统建立装置工作状态下的仿真模型,对装置的工作特性进行仿真分析。结果表明:装置调制脉冲射流的压力变化值与装置内柱塞运动规律密切相关,装置产生的脉冲压力幅值随钻头压降的增大而增大,但增长幅度逐渐变缓,随钻井液流量的增加呈线性减小趋势,随钻压的增大而增大,随转速的升高而增大,合理选取钻进参数有助于装置工作性能的进一步提升。     

闭环钻井由地面向井下通讯的一种实现方法

认为井眼轨迹井下闭环控制的地质导向钻井技术是集钻井、机械、电子、微电子、传感器、控制等技术于一体的高科技工程项目 ;井下闭环控制必需双向通讯通道 ,从井下到地面的上行通道已有现成的商品 ( MWD) ,而从地面向井下通讯的下行通道却无成熟的商品 .研究探讨下行通道的实现一种方法 :在地面按一定的规律对钻柱施加激励 ,井下检测激励造成的响应 ,通过一定的编、解码处理 ,即构成下行信号 .室内与油田试验证明 ,这种方法在正常的井况条件下可以实现信息传递 .     

缅甸D区块非渗透性防塌钻井液研究

 针对缅甸D区块钻井过程中存在的井壁失稳问题,系统分析了缅甸D区块易塌井段泥页岩黏土矿物组分、岩石微观结构、泥页岩水化性能,结合现场实际对前期钻井液存在的问题进行分析,优化出适宜缅甸D区块特点的非渗透性防塌钻井液配方。室内性能评价表明,该非渗透性防塌钻井液具有较强的抗污染能力、抗温能力,泥页岩抑制能力以及封堵能力。在现场应用4口井过程中,该钻井液取得了较好的井眼稳定效果,可有效解决缅甸D区块井眼坍塌和井径扩大率的问题,显著降低了井下复杂事故的发生。     

水合物地层低温钻井液对井底岩石表层强度影响

由于天然气水合物仅在高压低温条件下稳定存在,为了保持水合物稳定,在钻井过程中宜采用低温钻井液,而在低温条件下钻井液能否对井底岩石表层起到软化作用,对于提高机械钻速具有重要意义。在分析钻井液对井底岩石表层软化作用机制的基础上,较系统地建立低温钻井液软化井底岩石表层定量评价方法,以清水为对比浆液,通过试验将6种水合物地层模拟钻井液(分别含有质量分数为0.1%的表面活性剂和有机盐处理剂)在低温条件下对薄片砂岩试样的软化效果进行对比。结果表明:相比于两种有机盐处理剂,含表面活性剂的4种模拟钻井液在低温条件下对岩样软化效果更好,有利于提高岩石破碎效率和机械钻速;4种含表面活性剂钻井液中,含十二烷基硫酸钠(SDS)钻井液对岩样的软化效果最好。     

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。