深水油气井开采过程环空压力预测与分析

深水油气井投入生产后受到地层高温流体的影响,井筒内温度场会重新分布引起环空压力上升,威胁油气井管柱的安全服役和井筒完整性。为确保深水油气井井身结构和管柱强度符合长期安全稳产的要求,建立了基于能量守恒定律和多层圆筒壁传热原理的深水油气井井筒温度分布计算模型,根据深水油气井井身结构复杂、环空层次多的特点,遵照体积相容性原则提出了计算环空压力的迭代方法,实现了对井筒内温度分布和环空压力的预测与分析。利用温度预测模型和压力计算方法对相关影响因素进行了分析。结果表明:环空温度、压力的上升主要集中在油气井投入生产的初期,随生产时间的增加变化逐渐变缓;产量较低时,井口产出流体的温度与环空温度、压力随产量的上升迅速增加,当产量到达一定数值以后井口产出流体的温度与环空温度、压力趋于稳定;环空温度和压力随着地温梯度的增加线性上升。     

吉林油田CO2驱注气井环空压力测试曲线的数值分析方法

吉林油田CO2驱区块注气井当前普遍存在较高的环空持续带压现象.环空持续带压预示着井筒发生泄漏,井筒完整性受到削弱,这将对生产和环境带来一系列的危害.对环空压力测试曲线的诊断对评估、控制环空压力带来的风险具有重要意义.为了解决此问题,针对CO2注气井环空压力的形成,建立了相应的数学模型,研究了环空液柱压缩系数、侵入区域压力、气顶高度、水泥环渗透率以及泄漏点大小对环空带压的影响规律,从机理上分析了环空持续带压的原因,该数值分析方法,现场实践证明真实可靠.该方法可通过拟合现场实测数据,预测环空压力的发展趋势,并估计环空井筒泄漏的速度甚至泄漏的位置.     

气井井口环空压力分析与预测模型

气井环空持续压力会带来生产安全隐患,而气体泄漏是引起井口环空持续压力的原因之一。鉴于此,考虑环空内液体的压缩性,基于气体等温达西渗流理论和PVT方程,分析了气体通过水泥环和完井液柱向上流动并形成环空压力的过程,建立了套管环空压力解析模型。对典型带压井的现场测试数据进行拟合与分析,得到了环空压力上升速度、气体流量及相关参数,验证了模型的有效性。分析结果表明:影响环空压力上升的因素有水泥环综合渗透系数、地层压力、环空中不同介质的高度、井筒温度分布及环空液体压缩性等,拟合得到的未知参数对准确度影响很小。研究结果实现了对现场环空压力测试数据的定量分析和环空压力的预测,为现场采取措施治理环空压力提供了依据。     

元坝高含硫气井油套环空正常起压规律

对于元坝这种高含硫并于近期大幅度提产的气井来讲,温度效应引起的环空压力也是一类不容忽视的井筒安全威胁。首先结合元坝气井产水并且产气中含非烃成分的实际生产情况,建立了考虑非烃校正的气液两相流井筒温度、压力计算模型和温度效应引起环空压力预测模型,通过实例计算和参数敏感性分析获得了油套环空正常起压规律,并提出了相应的环空压力控制措施。然后通过不同产气量和产水量情形的模拟计算,建立了油套环空起压类型判断图版,并将该图版进行了现场应用,实现了元坝3口重点井的起压类型判断。结果表明：降低环空流体热膨胀系数、提高环空流体等温压缩系数和油套管变形系数都是控制环空压力的有效方法;投产初期预留一定环空气腔高度有利于降低环空压力。     

深水气井环空带压模型的建立与研究

为了研究深水气井作业生产井密闭环空压力变化规律,基于典型深水作业井井身结构,分析了密闭环空组成和特点;根据井筒压力传递特点,建立了非泄露下多套管密闭环空压力预测模型、环空气柱体积变化模型,以及泄露下环空带压数学模型;结合现场作业井进行了环空压力变化研究。研究结果表明:环空密闭压力的快速上升主要集中在生产初期,生产20h后趋于稳定,且越靠近作业管柱内部的环空,压力增大越快;对于B环空压力取得平衡所需的时间,因环空已有气柱厚度的增大而增长;B环空平衡的最终压力随着地层压力的增大而增大,但平衡时间基本稳定。研究结果为深水气井密闭环空压力变化研究、井筒的风险预防与安全控制提供了基础。     

裂缝性储层充氮气欠平衡钻井流体参数设计图版与实例

充气钻井是发现和保护油气藏、防止裂缝性储层井漏、提高机械钻速的重要技术手段。通过实验资料和计算论证,阐述了井筒环空与钻柱内两相流体呈现出的流型特征。同时,建立了充气钻井井筒流动模型和数值解法,计算并绘制出常用井身结构的气液流体参数设计图版。准噶尔盆地百泉1井充氮气钻井试验采用了新建的井筒气液两相流体注入参数设计图版。根据二叠系裂缝性储层漏失压力和坍塌压力,确定钻井流体安全密度窗口,设计该井氮气注入参数和欠平衡专用设备需求量。该井的成功实践充分证实充氮气钻井具有地层适应性强、压力控制范围大、可有效避免裂缝性储层井漏,利于勘探发现。同时,新建的设计图版完全满足常规井眼条件下充氮气钻井的工程设计和现场作业。     

储层缝洞耦合下的井筒压力及气侵模拟研究

岩溶缝洞性储层井筒压力预测难度大，导致在钻井过程中井漏和溢流同存，产生严重的井控风险，影响安全高效钻进。针对大牛地气田下古生界奥陶系马家沟组岩溶缝洞性储层因重力置换导致的溢漏同层问题，本文通过建立和求解井筒与缝洞性储层耦合的气液两相流数学模型，分析了裂缝发育参数(缝宽0.4～2.8 mm,缝高260～370 mm,缝长300～600 mm)对井底气侵和压力的影响。结果表明：气侵速率、溢流量和井底压力与缝高和缝宽正相关，对缝高最敏感、缝宽次之；三者与缝长负相关且受其影响最弱。本研究得到的模型和规律对预测和预防大牛地钻井溢漏和储层伤害问题具有重要参考价值。     

气井喷漏同存的处理技术研究

川渝地区碳酸盐岩地层，地质情况极为复杂，气井钻井喷漏同存时有发生，钻井现场需要很好地掌握对喷漏同存的处理技术，尤其要注重灵活掌握每一种处理技术的适应条件和施工原则。文章通过对气层发生井漏后采取吊灌技术，抑制天然气进入井筒，当天然气进入井筒后采取置换法控制井口不出现高压力，以及对气井喷漏同存的堵漏压井技术进行了较为系统的研究，以供读者参考。     

双庙1井喷漏同存复杂井况的处理

双庙1井是一口高压气层喷漏同层、下喷上漏，伴有多压力系统多漏失层的复杂井，多次打水泥和桥塞加水泥堵漏，井漏均未得到有效的控制。由于井漏导致井内液面下降致使井内液柱压力降低，同时使原来封堵上部漏层的桥塞反吐造成钻头卡死，又因井口下闸板防喷器长期处于高压工作状态，并被高压气体携带的固相颗粒刺穿，严重威胁井口安全，最终采用新型聚合物堵漏材料特殊凝胶堵漏剂尾追水泥浆的方案，一次施工便成功堵住了多点漏层和封隔了主漏层以下、钻头以上环空。测井结果表明，水泥环在2250～3200 m，返高2355 m，返高以上至漏层环空特殊凝胶柱近100 m，成功地解决了双庙1井喷漏同层的复杂井况问题。     

井筒环空稳态多相流水动力学模型

基于井筒环空气液两相流流型的分类及特点,建立适合于直井、斜井的井筒环空段塞流、环状流水动力学模型及环空流型过渡准则。基于井筒环空多相流特性,以液膜区域为控制单元,考虑油管膜、套管膜双层液膜的存在及气芯中液滴对质量、动量传递的影响,推导了环空段塞流、环状流质量、动量守恒方程,得到了段塞流与分散泡状流、泡状流及环状流间的流型过渡准则。根据已发表文献中的实验条件,采用本文模型与校正后的圆管模型预测了不同气、液相表观速度下的流型、持液率及压力梯度。结果表明:采用本文模型可以比较准确地预测环空流型、持液率及压降梯度,且预测持液率、压力梯度的准确性优于校正后的圆管模型。     

气侵期间环空气液两相流模拟研究

钻井过程中地层气体一旦侵入井眼,环空中会形成气液两相流,如果控制不及时或不当,极有可能产生井喷。为研究气侵期间环空中气液两相流的流动规律,以及时控制气侵及防止井喷的发生,以空气—钻井液为介质,分析了垂直井眼环空中气液两相流流型,建立了环空流场的物理流动模型,采用标准k-ε模型对紊流场进行模拟计算,在模拟条件下,得出了气侵发生前后环空气液两相流的流动规律与气侵期间井眼流体实际流动情况相符,并给出了气侵发生后,流体流型转变、气体运移速度及气体在环空空间上的分布规律。计算结果对井控计算机模拟研究具有一定的指导意义。     

伊朗阿扎德干复杂碳酸盐岩油气藏钻井提速技术

伊朗阿扎德干复杂碳酸盐岩油气藏储层埋藏深,非均质性强,裂缝发育并存在多套地层压力体系;钻井液密度窗口窄,漏失频繁;高压盐水侵、溢流、卡钻等事故复杂多发;井眼环空间隙小及封固段长导致固井质量难以保证;钻井速度慢,钻井周期长,针对上述问题,开展了以提速为目标的关键技术研究,形成了以井身结构优化、个性化钻头优选、漏涌同层防漏治漏、当量密度有控固井为主体的钻井提速技术,解决了复杂事故多、固井质量差、机械钻速慢、钻井周期长等技术难题,现场应用效果显著,机械钻速提高70%以上,非生产时间控制在2%以内,固井质量合格率达100%,为中石油海外油气合作项目快速上产提供了有力的技术支撑,对国内外同类大型复杂碳酸盐岩油气藏的勘探开发也具有借鉴和指导作用。     

Annular multiphase flow behavior during deep water drilling and the effect of hydrate phase transition

It is very important to understand the annular multiphase flow behavior and the effect of hydrate phase transition during deep water drilling. The basic hydrodynamic models, including mass, momentum, and energy conservation equations, were established for annular flow with gas hydrate phase transition during gas kick. The behavior of annular multiphase flow with hydrate phase transition was investigated by analyzing the hydrate-forming region, the gas fraction in the fluid flowing in the annulus, pit gain, bottom hole pressure, and shut-in casing pressure. The simulation shows that it is possible to move the hydrate-forming region away from sea floor by increasing the circulation rate. The decrease in gas volume fraction in the annulus due to hydrate formation reduces pit gain, which can delay the detection of well kick and increase the risk of hydrate plugging in lines. Caution is needed when a well is monitored for gas kick at a relatively low gas production rate, because the possibility of hydrate presence is much greater than that at a relatively high production rate. The shut-in casing pressure cannot reflect the gas kick due to hydrate formation, which increases with time.     

南海C区块高温高压气井井控技术

为确保南海C区块高温高压气井钻井过程中的井控安全,针对存在的地层压力高且复杂、地层温度高、钻井液安全密度窗口窄、高密度钻井液性能维护困难等井控技术难点,制定了实时检测溢流、控制溢流量,压井时逐渐提高压井液密度,防止发生井漏,钻井液降温和性能维护,井下溢漏共存处理等技术措施。防止井漏的技术措施包括提高地层承压能力和钻井液的封堵性、优化井身结构、控制井底循环当量密度、阶梯开泵、简化钻具组合及控制下钻速度等。南海C区块30余口高温高压井在钻井过程中采取了制定的井控技术措施,未发生井控事故。这表明,采取所制定的井控技术措施可以确保南海C区块高温高压气井的钻井井控安全。      

高压低渗透气井欠平衡固井技术——以宝龙1井为例

宝龙1井是四川盆地川中龙女寺构造上的一口典型的压力窗口窄、漏喷共存的预探井。宝龙1井下177.8 mm尾管至井深2 250.05 m发生井漏失返,下至井深4 569.70 m井漏未返,反灌钻井液4.6 m₃见返,循环井漏,采用桥浆堵漏仍然井漏,不能建立循环。为此,提出采用正反注水泥法来固井施工的技术思路。正注水泥施工结束后出现溢流不能起钻,决定在喇叭口处直接反注水泥然后起钻,反注水泥完仍然出现高压低渗透溢流,被迫循环排除水泥浆。在管内注入密度为2.42 g/cm₃的加重钻井液,在环空有限溢流的前提下把钻具起至设计位置,进行反注水泥施工作业,固井成功,电测固井质量合格率为84.33%、优质率为76.79%。该技术为高压低渗透气井欠平衡固井提供了新的途径。     

车66 区块钻井过程井底压力波动及渗流规律

针对车66 区块钻井过程中易出现的阻塞、地层垮塌、井漏甚至井喷等问题,基于环空流体力学并结合地层渗透性特征,分析了在起、下钻及钻井过程中产生的抽汲压力和激动压力的大小,以及钻井液黏度、密度,井深和钻井速率对其影响的规律;依据线性渗流定律,单向流体球面向心流和平面径向流模型研究了井底负压差下进入、钻过储层的渗流规律变化及正压差条件下钻井液漏失情况,得出井底压差越大、地层渗透率越高,地层流体渗流速度越高,钻井液漏失量越大。该分析结果揭示了钻井过程中井底压力波动和井下渗流规律及其相关影响因素,为井身结构设计优化提供了必要依据。     

王古1井防漏防溢充气钻井液技术

王古1井地层压力系数低,上部地层活跃.使用充气钻井液,充气量过大,井底当量密度会较低,油气容易溢出(或涌出)井口;充气量过小,井底当量密度会较大,又会发生漏失,因此合理地控制气液比是本井防漏防溢的关键;井漏的发生必然会使钻井液进入储层,污染油层,因此保护油气层,钻井液体系的选择是关键;另外,井下高温不仅影响钻井液性能,特别是无固相盐水钻井液的性能,也给钻具防腐带来难度.针对这种情况,采用无固相盐水充(氮)气钻井液新技术较好地解决了该井在钻井过程中的既溢又漏的复杂问题,为解决低压钻井井漏及油层保护问题提供了经验与方法.介绍了该井充(氮)气钻井液的施工工艺技术.     

高含硫喷漏同存气井钻井与完井工艺技术研究

天东109高含硫天然气井喷漏同存，需要实施堵漏压井技术对气层漏失进行暂堵，但该井属高含硫大产量天然气井，既没有安全钻井液密度窗口，又不具备完井条件，情况复杂，为此研究了固井技术与完井工艺及应急预案，通过认真组织施工，并取得了成功经验。并指明了应用放喷泄压技术从安全的角度考虑应注意的主要问题：①对长裸眼层段存在多压力系统发生井漏与溢流，应分析各层段的地层压力与承压能力，确定漏失层与气层，为制定堵漏与压井施工方案提供科学依据；②在钻井施工中进行堵漏作业，应认真分析漏失层岩性特征、漏失原因与机理，针对性地选择堵漏材料与堵漏工艺；③对喷漏同存的井，应将堵漏与压井进行综合考虑和有机结合，保持井内动态液柱压力始终高于漏层压力，即气层发生井漏实施吊灌技术；④若漏失层为非产层，在不构成伤害油气层前提下，可选择堵漏固化后强度高的永久性堵漏材料；若漏层为产层，确需堵漏则选择能最大限度保护产层的暂堵材料；⑤高含硫气井喷漏同存复杂条件下，固井与完井工艺选择既要符合气田采气技术要求，又要有利于安全施工。     

2022 年 5 期目录

准噶尔盆地深层超深层已成为油气资源勘探开发的重要接替阵地,随着钻探深度增加,地质条件越来越复杂,钻井技术难度越来越大。结合准噶尔盆地超深井钻井技术进展,根据该盆地地质构造特点、压力体系分布和地层岩性特征,剖析了造成井漏、溢流、井壁坍塌、机械钻速低的主要原因,梳理了近年来在井身结构优化、控压钻井、井壁稳定和钻井提速等方面取得的技术进步,分析了准噶尔盆地39口超深井的钻井情况和存在的不足,提出了提升钻井地质环境描述能力、丰富井筒强化手段和深化高效破岩技术等发展建议,以期对准噶尔盆地超深井钻井技术发展起到推动作用。