煤层气欠平衡钻井环空注气工艺优化

充气欠平衡钻井技术是目前煤层气钻井中减少煤储集层伤害、保护煤储集层最常用的措施之一.针对煤层气羽状水平井充气欠平衡钻井技术特征,优选了水平及竖直井筒内多相流动压降计算模型,确立了井底欠压值的求解方法,给出了求解的计算流程.根据沁水盆地煤层气田某羽状水平井实际资料,通过对不同注气压力、不同注气量以及不同钻井液排量条件下井底欠压值的计算和分析得出:当环空注气压力一定时,井底欠压值随钻井液排量的增大而单调递增,且环空注气量越大,井底欠压值越小;在最佳环空注气压力条件下,当钻井液排量一定时,井底欠压值随着环空注气量的增大而单调递减,当环空注气量一定时,井底欠压值随着钻井液排量的增大而增大.利用该计算模型和计算方法,结合现场欠平衡钻井工程要求.可以优化出最佳的环空注气工艺参数.     

连续管调制局部欠平衡钻井试验系统研究

连续管调制局部欠平衡钻井可以有效控制井底近钻头环空压力,在实现近钻头局部欠平衡钻井的同时保障了封隔器以上井眼稳定。为了研究该钻井技术的井底欠平衡情况及循环压耗变化规律,设计并研制了连续管调制局部欠平衡钻井试验系统,初步进行了压力分布及微环空岩屑运移测试。分析结果表明:主要由试验架、回流装置和旋转密封排岩装置等组成的连续管调制局部欠平衡钻井试验装置,能够模拟连续管调制局部欠平衡钻井过程;该试验系统可进行井底近钻头压差变化规律、近钻头钻井液携岩规律以及微环空钻井液携岩规律研究。所得结论可为连续管调制局部欠平衡钻井技术的现场应用提供参考。     

井眼清洁监测系统在西南油气田的工程应用

目前在大斜度井、大位移水平井等钻进施工过程中,井底岩屑实际返出情况是影响钻井安全和钻井周期的直接因素.为了保障钻井安全,提升钻井时效,通过井眼清洁监测系统(BCM),可定量化监测井底岩屑返出情况,为现场第一时间提供井底清洁度和井壁稳定性数据分析,帮助井队不断提高钻井效率,为钻井施工实时预警,减少非生产时间(NPT),B...     

大位移井井眼清洁监测技术

大位移井因其大斜度段和水平段长,容易造成岩屑在环空中滞留或形成岩屑床。研究表明,利用环空压力变化可以有效监测井眼清洁程度。在钻头附近安装环空压力传感器,能够精确测量环空压力,但成本高,故障率高,大范围的应用受到限制。介绍了一种方法,可根据地面立压值来计算出环空压力,监测井眼不清洁的程度。其原理是:环空压力等于立管压力减去钻柱、井下动力钻具、MWD与钻头循环压降。井下动力钻具、MWD与钻头循环压降的计算是在假定井眼为清洁的情况下,通过立压、环空循环压降、钻柱与钻头压降等计算后获得。之后,将环空压力转换成循环钻井液当量密度,据此可以监测井眼清洁程度,为大位移井安全钻井提供了一定的依据。     

页岩气水平井钻井沉砂卡钻监测方法研究及应用

页岩气有利目标箱体地层多发育天然微裂缝,呈现硬脆性力学特征,地层稳定性差,水平井钻进过程中井壁容易剥落产生掉块,如果不能及时将掉块从井筒环空循环排除,可能导致钻井沉砂卡钻事故。鉴于目前还无法直接测量井壁剥落掉块严重程度,进行了利用随钻环空压力监测环空掉块数量及其在环空中分布情况的研究。通过定义最小关泵压力、最大关泵压力、平均关泵压力、停泵和开泵状态及停泵时间实现了环空压力监测窗口自动捕捉;根据提取不同窗口的特征建立随钻环空压力数据与停泵期间井壁剥落掉块严重程度表征关系,通过定义沉砂卡钻风险等级实现了对页岩气钻井沉砂卡钻风险评价。现场测试实例表明,该方法可以实现对沉砂卡钻风险的识别,有助于对沉砂卡钻事故的预判和预防,提高页岩气水平井施工安全性,具有现场应用推广价值。     

欠平衡钻井中钻井液密度的确定与控制方法

合理的钻井液密度是欠平衡钻井安全、快速施工的前提。在欠平衡钻井工艺方面,研究较多的是井壁稳定力学和油气储层保护,在确定和控制井底负压差及钻井液密度方面研究较少。讨论了欠平衡钻井井底负压差的确定因素和合理钻井液密度的计算方法;研制出欠平衡钻井地面数据监控系统,可依据实时监测的钻井作业参数和产出流体量,以及立管压力和套管压力与井底实际压力间的数学关系及软件计算,调节钻井液密度和井口回压来控制井底负压差。理论模式和控制方法经计算模拟及现场应用,符合钻井现场要求,软件计算误差小于5%。     

煤层气多分支水平井双管双循环井眼清洁技术

针对目前煤层气多分支水平井钻井中充气辅助携岩技术存在的充气压力难于稳定控制、易产生井壁失稳等事故复杂这一突出问题,利用文丘里原理,借鉴井控模拟系统中的寄生管注气法,研发了一种适用于煤层气多分支水平井钻井的双管双循环井眼清洁技术,建立了该钻井条件下的流体岩屑颗粒系统的多相流有限元模型。现场试验结果表明:①该技术采用了双层套管固井,内层套管底部安装射流发生器;②钻进过程中,从双层技术套管环空注入的钻井液,经射流发生器形成高效转向水射流,并与钻头喷嘴形成的水射流一起增加了内环空流体上返流速;③从模拟仿真结果中发现射流发生器喷嘴与垂向夹角为30°时对岩屑的携带能力最强,并得出了岩屑尺寸大小、不同主辅循环流量、不同钻速等参数对井眼清洁的影响规律。结论认为,该技术增加了环空钻井液排量,大幅度提高了钻井液返速,提高了携岩能力,是目前煤层气多分支水平井清水作为钻井液的技术条件下井眼清洁的有效技术之一。     

高压油藏钻井过程中的压力控制

在高压油藏钻井过程中 ,为控制井底循环压力、减小风险 ,常规方法是采用过平衡压力钻井。过平衡压力钻井特别容易造成井口压力过高或钻井液密度过大。井口压力过高 ,对司钻人员及井口设备不利 ;钻井液密度过大增加了钻井成本。动态压力控制方法是针对高压油层钻井而开发的一种新技术。它是在油井内建立第二个环空 ,通过第二环空循环液体的摩擦压力损失来控制井底压力 ,它使低压头钻井和欠平衡动态钻井成为切实可行的方法。     

欠平衡钻水平井全井段气液两相流模型研究

为了给欠平衡钻水平井技术提供工程设计依据，根据气液两相流研究方法在欠平衡钻井中的应用评价结果，利用环空及圆管内的气液两相流力学研究成果，建立了欠平衡钻水平井全井段气液两相流模型，用数值求解方法求解了该模型，并通过现场测量数据和试验数据验证了该模型的预测结果。该欠平衡钻井模型能模拟欠平衡钻水平井的全过程，预测欠平衡钻井过程中井底压力变化规律，对欠平衡钻井环空及钻柱内压力的预测精度在5%左右，能够满足欠平衡钻井工程设计的要求。该模型为欠平衡钻井井底压力预测及控制提供了理论依据，保证了欠平衡钻井的成功实施。     

可循环泡沫钻井环空压力计算与应用

环空压力对可循环泡沫控制压力钻井来说是一个重要的参数,但在钻进过程中要获得此参数比较麻烦。为此,建立了一套利用求得动密度及环空流动压耗并根据静液柱压力最后得出可循环泡沫钻井环空压力的计算模型,其理论计算结果与环空压力实测情况对比分析表明,井底压力的理论计算误差小于1.5%,理论计算值与实测值基本一致,表明此计算方法对可循环泡沫钻井有一定的适用性。进行了可循环泡沫钻井与常规钻井液钻井环空压力的对比分析,结果表明在3000m井深处,采用可循环泡沫钻井比常规钻井液钻井的环空压力低2～3MPa,说明可循环泡沫钻井能降低钻井时的井底压力,以达到降低储层伤害的目的。     

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??At present, the aeration-assisted cutting-carrying technology is faced with complexities in the drilling of CBM multi-branch horizontal wells. For example, the aerating pressure is hardly maintained, and the borehole instability may happen. In view of these prominent problems, the double casing & binary circulation hole cleaning technology suitable for CBM multi-branch horizontal wells was developed according to the Venturi principle by means of parasitic tube insufflation which is used for well control simulation system. Then, a multiphase flow finite element model was established for the fluid-cutting particle system in this drilling condition. This technology was tested in field. Double-casing cementing is adopted in this technology and a jet generator is installed at the bottom of the inner casing. In the process of drilling, the drilling fluid injected through double intermediate casing annulus is converted by the jet generator into a high-efficiency steering water jet, which, together with the water jet generated by the bit nozzle, increases the fluid returning rate in the inner annulus space. It is indicated from simulation results that the cutting-carrying effect is the best when the included angle between the nozzle of the jet generator and the vertical direction is 30°. Besides, the influential laws of cutting size, primary circulation volume, accessory circulation volume and drilling velocity on hole cleaning are figured out. It is concluded that this technology increases the flow rate of drilling fluid in annulus space, the returning rate of drilling fluid significantly and the cutting-carrying capacity. It is currently one of the effective hole cleaning technologies for CBM multi-branch horizontal wells where fresh water is taken as the drilling fluid.     

基于井眼清洁程度与水力学耦合的环空压耗最小化计算方法

在钻井过程中,岩屑在井眼中堆积形成岩屑床,会引起环空压耗增大。针对井眼清洁不充分造成的环空压耗大的问题,根据质量及动量守恒理论,将岩屑运移与钻井水力学计算相耦合,建立了井眼清洁程度与环空压耗相关的数学模型,并利用全尺寸岩屑运移试验数据进行了模型验证。利用所建模型,分析了排量、井斜角、环空尺寸、机械钻速和钻井液流变参数对环空压耗和井眼清洁程度的影响。结果表明:大位移井和水平井中由于存在岩屑,环空压耗并非随排量增大一直增大,而是存在一个临界值;排量小于临界值时,环空压耗随着排量增大而减小;排量大于临界值时,环空压耗随着排量增大而增大。根据分析结果,建立了基于井眼清洁与水力学耦合的环空压耗最小化计算方法,利用该方法可以优化钻井参数,控制环空压耗,指导钻井设计和钻井施工。      

基于PWD的大位移井井眼不清洁识别方法

针对大位移井由于大斜度井段长容易导致井眼不清洁的状况,提出采用井下工程参数测量仪(PWD)所获取的井下环空压力进行井眼不清洁的早期识别。首先分析了引起大位移井井眼不清洁的原因,随后指出井眼不清洁时井下环空压力变化特征,并通过实测环空压力与理论计算值之间差值识别法以及环空压力概率密度识别法进行井眼不清洁的综合识别。利用上述理论分析,编制了相应的计算程序,对某大位移井钻井实际数据进行了现场测算,根据计算出的井眼不清洁综合识别指数Ed值的大小及时采取了相应措施,证明该方法可以实现井眼不清洁的早期识别报警。     

考虑有效膜压力的坍塌压力计算模型

川渝气区风险探井欠平衡井段的井眼扩径率普遍较高,井眼扩径率介于20%~30%,最高可达140%,增加了风险探井的钻探风险,而且欠平衡钻井井壁稳定的问题也尚未得到有效解决。为此,针对欠平衡井段井壁失稳机理开展了研究,提出了计算欠平衡钻井井壁坍塌压力的方法:通过引入有效膜压力系数,结合达西定律、地层流体状态方程、连续性方程,求解出井周压力分布解析解;依据叠加原理得到了井周应力分布模型,并采用Mohr-Coulomb准则推导出维持井壁稳定的最低钻井液密度计算模型;研究了欠平衡、过平衡、欠平衡转过平衡3种典型工况下的井周压力演化规律,并总结了欠平衡钻井井壁失稳的规律。结论认为:该模型反映了泥饼对井壁稳定的影响,由其计算得到的坍塌压力比常规模型计算所得的结果要高,说明有效膜压力系数对井壁坍塌的影响显著,而岩石强度(内聚力、内摩擦角)、地应力、岩石孔隙度等参数对井壁坍塌的影响则相对较小,采用该模型计算的结果更加符合现场实际。     

欠平衡钻井井底压力预测与控制技术

在欠平衡钻井过程中,为避免井底压力波动过大,引起过平衡状态,对产层造成伤害,保持全过程欠平衡钻井十分必要。分析了影响井底压力波动的因素,介绍了国内外在井底压力控制技术方面的最新研究成果,总结了欠平衡钻井井底压力预测技术研究现状。通过分析该研究领域内存在的不足及应用上的局限性,提出了解决井底压力波动的最新压力预测及控制技术的研究方向,即建立井筒和地层耦合的动态欠平衡钻井模型,实时监测和控制井底压力,在起下钻及接单根过程中,用地层流体的适当流入来代替中断的地面注入过程,避免井底压力波动过大而引起过平衡的钻井状态,保持全过程欠平衡钻井,最大限度地保护产层。另外,为了保证欠平衡钻井井底压力预测的有效性,提出了井底压力预测应采用稳态模型和动态模型结合的新方法。     

苏里格气田大位移水平井钻井液技术

苏里格气田安定组、直罗组、石千峰组和石盒子组泥岩地层易发生严重井壁垮塌,且因水平位移大、水平段长、井眼小易导致井眼清洁与润滑问题。针对苏里格气田的地质构造、岩层特性和水平井的井身结构特点进行了研究,对石盒子泥岩地层取样做了全岩矿物分析和黏土矿物分析,找出了影响井壁稳定的原因。针对苏里格地区地质特点、井身结构及保护油气层的要求,系统地分析了水平气井施工的钻井液技术难点,提出分地层采用不同的钻井液体系,并对钻井液处理方法与钻井施工的技术措施进行了阐述。4口高难度水平井的安全施工表明,苏里格气田大位移水平井钻井液技术能满足该地区大位移水平井施工的需要,可为高效开发苏里格气田钻井施工提供支持。     

页岩气水平井井眼清洁评价研究

川渝地区页岩气水平井环空岩屑浓度增加和岩屑床的产生会使井眼清洁程度变差,导致卡钻等事故,需要加快井眼清洁评价方面的研究。鉴于此,根据页岩气钻井现场所用油基钻井液数据,利用切应力误差法和相关系数法优选出适用于该地区的油基钻井液流变模式——卡森模式,建立了环空岩屑颗粒启动临界流速模型和岩屑床厚度分布模型。以CNH17-2井为例,采用本模型计算分析了起下钻和倒划眼工况下岩屑床厚度的变化规律。研究结果表明,随着井斜角增加,环空岩屑床厚度先增大后减小,在井斜角10°~20°井段岩屑床厚度趋于0,在井斜角60°~70°井段岩屑床厚度出现最大值;倒划眼操作后,岩屑床厚度可减小50%以上。优化井眼轨迹、适当进行倒划眼操作能有效提高井眼清洁程度,降低沉砂卡钻等风险。     

欠平衡钻井坍塌压力计算模型

欠平衡钻井过程中井壁稳定是保证欠平衡钻井成功的关键。在欠平衡钻井过程中，地层流体不断流入井内，促使井筒周围的应力将伴随地层流体的流入而重新分布，进而影响井壁的稳定性。根据原地应力产生的应力与地层流体向井眼径向流动产生的拖拽力叠加而求得了欠平衡钻井井周应力的解析解，考虑欠平衡钻井过程中地层流体对岩石拖拽作用后地层坍塌压力更大即井壁更易失稳，运用Mohr-Coulomb强度准则建立了欠平衡钻井坍塌压力的计算模型。将所建立的计算模型应用于塔中722井的井壁稳定性分析，结果表明：理论分析结果与工程实测数据对比，计算结果较为准确。     

大位移井井眼清洁计算精度提升探索及实践

中海油利用e-Drilling软件进行井眼清洁实时模拟,该软件计算结果误差较大。为提高井眼清洁计算精度,开展井眼清洁计算新方法探索。通过环空岩屑颗粒悬浮所需临界流速、环空钻井液流动速度计算,将临界流速和钻井液流速进行对比,以此确定岩屑床的厚度,进而计算环空岩屑浓度及井筒ECD（当量循环密度）。利用新方法对A区域两口大位移井进行计算,并和e-Drilling软件计算结果以及实测ECD值进行对比,结果显示新方法计算精度提升明显。通过实际应用可以看出,该方法具有较高的技术价值。     

强化充气钻井技术现状与应用

衰竭、低压储层钻进时易出现钻井液漏失、压差卡钻及储层伤害等问题,甚至还存在井壁稳定与储层保护的矛盾。文章针对上述问题调研了国内外强化充气钻井技术的发展现状及应用情况。强化充气钻井技术可有效解决钻井过程中的恶性井漏、压差卡钻及钻井速度慢等技术难题;也可结合钻井液脉冲实现水平井定向钻井,在精确定向作业的同时保护油气藏,提高单井产量;还可将充气钻井工艺与控压钻井技术相结合,利用环空充氮气强化充气钻井技术钻含硫、裂缝性和衰竭性低压高温油气藏,既保护储层,又避免储层井漏,满足井控要求。现场应用表明,强化充气钻井技术不仅有利于保护储层,且能减少井下复杂与钻井成本,在低压、破碎、易失稳的储层钻井中具有广泛的应用前景,有助于解决低压衰竭储层高效开发面临的技术难题,为国内低压衰竭储层水平井控压钻井技术发展提供借鉴与支持。