气体钻井关键点问题研究以及最小注气量计算

气体钻井技术不但具有避免井漏、泥页岩水化膨胀和储层污染等问题的优点,而且能够大幅度提高钻井速度,提高钻井速度4~8倍,有利于及时发现和有效保护储层及提高油气采收率和单井产量,特别对坚硬地层、致密储层勘探有着重要的意义。但是气体携屑困难、井眼堵塞等问题一直是阻碍该钻井方式推广的瓶颈问题,解决这些问题的关键技术之一就是最小注气量的确定。目前多数文献是用地层温度代替环空温度来进行最小注气量计算,但由于气体的PVT效应,温度受压力流速影响较大,若用地层温度代替环空温度存在较大误差。同时,以往最小注气量计算方法均将关键点设置为钻铤顶部,然而本研究中发现井筒内气体的携岩动能并非一定在钻铤顶部最小,井身结构和钻具组合对关键点位置的影响较大。应用温度-压力耦合计算方式,确定的气体钻井最小注气量与现场施工更加接近,在给定工况下,最小注气量误差在0.4%左右。     

气体钻井注气量对钻柱振动的影响研究

气体钻井中,高速气流在流道截面突变处产生振荡,加剧钻柱振动从面导致钻柱的不稳定或失效。基于气体在环空的流速和压力的理论计算,使用ANSYS软件仿真了气体在环空中的返速及压力及气体对钻具的冲击作用,进而分析注气量对钻柱振动的影响。研究表明:流道截面突变这些区域,钻具在高速流体的作用下,发生了变形;环空流体在钻杆和钻铤连接处,环空流体的流速在一部分区域会出现死区。钻柱的各阶纵向振动频率和横向振动频率随注气量增加而增大,且对高阶频率的影响较大。     

钻井过程中井筒温度分布影响建模研究

为掌握钻井过程中的井筒温度分布规律。建立了直井钻井过程中井筒和地层瞬态二维传热模型,研究了入口温度、钻井液导热系数和地温梯度对直井井筒温度分布的影响,实验结果表明,环空内钻井液和钻柱内钻井液温差最大在井筒温度等于地层温度处;入口温度影响井口附近井筒温度,但井深增加后地温影响更大;钻井液密度增加,井筒上部温差增大;钻井液导热系数增加,井筒上部环空内温度降低,下部升高。模型计算结果与现场温度数据吻合度高,最大相对误差仅为1.65%和0.79%,表明模型有效可靠,可为钻井作业提供指导。     

空气钻井最小注气量的数值模拟

空气钻井是一种利用空气作为循环介质的新型钻井技术,其循环系统的压力分布、钻井机械的选择、钻井参数的配置都和传统的钻井技术有很大的差别,本文主要研究的是在空气钻井中,岩屑的受力分析及作用机理,然后利用CFD软件模拟在不用入口压力下,能实现环空钻井的最小注气量.     

空气钻井环空气固两相流三维数值模拟

应用CFD软件对空气钻井环空气固两相流动进行数值模拟研究。模拟结果显示,不同入口速度条件下,压强分布的趋势基本一致,气体入口速度越大,压强速率变化越快;在斜井中,空气和岩屑的速度分布并不均匀,环空区域明显大于近壁面区域,最大流速发生在井筒环空区域上部,当气体流速与岩屑速度接近时,携岩效果并不理想;井筒内岩屑浓度的分布并不相同,环空区域岩屑的平均浓度明显大于近壁面处。     

液面折算井底压力方法研究

本文根据井筒内流体温度和压力的分布特征,引入了水密度的温度修正以及气体修正参数,通过积分的方法建立了新的考虑井筒内流体性质随温度压力变化的井底压力折算方法。并与现场实测数据进行了对比。结果表明,该方法计算的抽油井井底压力与压力计实测值误差较小。验证了该方法的正确性、稳定性和可靠性。     

空气钻井井下燃烧机理研究

井下失火是空气钻井或空气雾化钻井中最大的问题之一.在空气钻井中钻遇的任何油气层,均有可能发生井下燃烧或者是爆炸.由于井下条件的复杂性,对油气产层油气成分、位置、产量、井下循环系统压力分布、温度分布;井下异常高温源的位置、温度;井下钻具与岩屑碰撞产生火花,岩屑与岩屑互相碰撞产生火花等等因素的难以确定性,使井下失火爆炸问题的理论分析成为一个十分复杂的燃烧问题.     

气体钻井钻杆接头处流场研究

气体钻井中气体携岩冲蚀多功能四通是引起多功能四通快速失效的主要原因之一。在气体钻井钻进过程中,当钻到储气地层时,地层中得大量天然气会从井底环空高速流向井口环空,经放喷管线流向外界。其间,天然气会携带大量井底岩屑颗粒,并对四通造成冲蚀。根据现场实钻数据表明：在现场测试时钻杆接头正处于存在冲蚀位置,初步估计是由于钻杆接头的导向作用,致使四通本体内部造成冲蚀。目前采用的解决办法是用4寸油钻杆来替换5寸钻杆来减小钻具接头携岩对多功能四通的冲蚀。     

气体钻井井内动力学分析

欠平衡钻井则是指利用自然条件或采取人工方法,在可以控制的条件下,使井筒内钻井流体压力低于地层压力,从而在井底形成负压差的过程。欠平衡钻井可以大幅度提高钻井速度,缩短建井周期．降低钻井成本。欠平衡钻井可以减轻或消除钻井液对油气层的伤害。良好的产层显示,有利于提高油气勘探成功率。欠平衡钻井技术以空气钻井的出现为标志,本文通过对空气钻井过程中井内气体稳定流动的分析,建立模型,以及过程推导,对空气钻井过程进行模拟。     

气井作业钢丝下行阻力研究

钢丝作业多应用于气井作业中,井内气体压力过大会导致钢丝工具下行时被气流倒托至井口防喷盒,给钢丝作业带来困难。结合钢丝作业操作过程,研究气体动力学及阻力分析,模拟钢丝工具在井内下行过程,得到仪器周围环空速度、压力分布情况,分析不同井口压力下钢丝工具受到的气体阻力,进而拟合出压力与仪器下行阻力数学关系式,在解决仪器下行问题方面起到重要作用,节约人力物力,最大程度的利于现场作业。     

基于井底恒压的深井气侵溢流特性分析

精确井筒多相流水力学模型的建立和井口回压实时调节是井底恒压控压钻井作业的关键。针对深井气侵溢流规律,结合控压钻井工艺特性,综合考虑井筒-地层传热和温度压力对钻井液物性参数的影响,建立了基于井底恒压控制方法的控压钻井井筒与地层耦合流动模型。计算结果表明,忽略温度压力对钻井液物性参数影响的井口回压计算值偏小,使得井控风险大大增加,在现场控压钻井设计中不可忽视。在井筒压力控制过程中,井口回压会呈规律性的波动变化,随着时间的推移,井口回压先增大后减小,并在气体前沿运移到井口时出现峰值。现场作业时,需要提高溢流量监测精度,有利于降低井口回压调整幅值,减小井口装备压力负荷,提高作业安全性。     

泥页岩压力传递测试方法研究

泥页岩井壁稳定性研究一直是国内外钻井界是十分关注而未能很好解决的工程难题,也是目前制约我国油气田勘探开发速度的重要因素之一,因此研究泥页岩压力传递有助于认识泥页岩井壁失稳的机理,也有助于设计新的防塌钻井液体系以及顺利的完成泥浆到气体钻井和空气钻井到泥浆钻井的转换,从而更好地解决泥页岩井段井壁失稳问题。本论文的主要目的是对泥页岩井壁稳定性进行分析研究;了解气体钻井泥浆转换过程的井壁失稳原因;实验和分析工作液在泥页岩中传递规律。     

空气钻井环空气固两相流动规律数值模拟

基于FLUENT软件中Euler模型,采用有限容积法建立了空气钻井环空气固两相流三维计算模型,分析了压力分布规律、流体分布规律、浓度分布规律。研究表明,从井底到井口压力逐渐降低;速度在钻铤内逐渐增大,在交界面处迅速降低,而后在钻杆内呈现增大趋势,岩屑速度在整体环空内逐渐降低;在交界面处形成漩涡,对岩屑进行了不同程度的清洗;同时空气浓度达到最大值、岩屑浓度为最小值;随着入口空气的逐渐增加,空气速度、岩屑速度变化率逐渐增大,而交界面处高空气浓度、低岩屑浓度区域逐渐增大,能较大程度的清洗岩屑。     

机械式岩屑清除工具在钻井作业中的应用

在定向井、大斜度井和水平井钻井中,当井斜角超过临界值时,岩屑在环空中的下滑速度会随着井斜角增大而增大,岩屑滑向井眼底边的倾向也增大,而向液流内的滑动力会逐渐减弱,此时若钻井参数使用不当,岩屑会沉积在环空的底边形成岩屑床。岩屑床的存在会使下入的测试工具、测井仪器受阻,作业成功率下降甚至难以进行,会使下套管、固井作业困难,水泥封固质量差;同时会导致钻具扭矩增大,严重时甚至扭断井内钻井工具。     

海上压力控制钻井施工关键技术

压力控制钻井(MPD)是一种适用的钻井程序,用于精确地控制整个井眼环空压力剖面,目的在于确定井底压力的范围,从而控制环空液压剖面。本文以渤海某油田两口井"海上压力控制钻井工艺技术"的研究提出和应用为例详细阐述了该技术首次在国内海上油田所取得的创新性成果。压力控制钻井工艺技术是海洋钻井技术的一次革新,对今后我国同类油田的勘探开发、钻完井作业和储层保护等都具有很强的指导意义。     

水平井井筒气液两相流流动特性分析

相较于直井钻井,水平井钻井以其独特的优势在现场得到了广泛的应用,但在深水钻井的复杂工况下,井筒水平段常常呈现不规则分布,水平段上翘,水平段弯曲存在气体口袋等情况给深水钻井带来了极大的挑战。因此水平井井筒内气液两相流动规律及水平井气侵井控成为行业内一个重要难题。本文基于水平井井筒多相流流动理论,对水平井井筒内可能出现的各种流型进行了详细的分析,建立了水平井井筒气液两相流井筒内压力模拟模型,分析了水平井条件下井筒气液两相流流动特性。研究结果可以为作业现场水平井气侵井控提供相应的理论依据。     

气液两相流体在环空中的压耗计算模型

为了应对钻井中出现的溢流和井涌,并使下一步的压井工作更有针对性和安全性,了解套管和井眼环空在出现溢流、井涌时的流体流动情况和压力的分布就显得非常关键和重要。     

气体钻井条件下的录井技术及装备需求分析

气体钻井技术是欠平衡钻井技术的延伸和完善,采用气体钻井技术主要解决了提高机械钻速、复杂地质条件下的井漏等重大钻井难题,并成为发现低压低产储层、保护油气层、提高油气产量的重要手段。但是,空气钻井技术的广泛应用,给现有的录井方法造成了很大影响。本文研究分析了气体钻井条件下录井施工的要求和特点,以及气体钻井条件下制约录井技术发展的关键因素,认为应该研发气体钻井监测系统,开发随钻录井技术装备,形成一套满足空气/氮气钻井配套的工艺技术装备,实现空气钻井钻前、钻中、钻后三方面的全方位管理。     

基于螺旋流场的井底压力模型

通过研究偏心环空螺旋流场的基本方程,构建井底压力计算模型。模型能较好的反应水平井、大位移井的井底压力状态,特别是在高速钻井过程中,环空流场为螺旋流场。流场的改变对井底压力的计算结果影响比较大。文章模型是建立在螺旋流场基础上,计算出的结果较常规模型较为准确,现场应用取得了较好的效果。     

气体钻井技术特点分析与探讨

作为低压钻井技术重要组成部分的空气钻井,可实现完全欠平衡钻井是其显著的特点。空气钻井技术具有诸多特点,如提高机械钻速,节约钻井成本,保护油气层等,因此在国内空气钻井得到迅速发展。本文对不同气体钻井的特点进行分析,通过优缺点的对比,探讨认知空气钻井。