井内波动压力

管柱(钻柱、套管和油管等)在充满流体的井内运动,会产生波动压力,这个附加压力会影响井内压力系统的平衡关系。本文介绍了稳态波动压力计算方法的要点,并指出其粘附系数K值计算曲线所存在的问题。这是因为常用的钻井液多为幂律流体和宾汉流体,而原作者用牛顿流体的K值曲线计算井内波动压力,显然不符合井内实际情况。在分析波动压力机理的基础上,本文推导出适合井内幂律流体和塑性流体K值的计算公式。稳态波动压力计算方法,由于未考虑流体的压缩性和流道的膨胀性等具体井内条件,故只适用于浅井。1977年以来,美国AMOCO公司的研究人员,以弹性-可压缩流体理论为基础提出了瞬态波动压力计算方法,由于所考虑的条件更符合井内实际情况,所以更具有普遍性和准确性。     

用动态法研究井内波动压力

井内波动压力是管柱在充满流体的井眼内运动时所产生的附加压力。有时它会破坏井内压力系统的平衡而引起井喷、井漏、卡钻及污染泥浆和油气层等恶果。因此,准确可靠地预测井内波动压力是平衡钻井和合理设计井身结构的重要环节。但是,目前国内钻井工作者对波动压力的认识,一般仍停留在1954~1964年Clark、Burkhardt等学者以刚性管-不可压缩流体理论为基础,用固体类型分析法推导计算井内波动压力数学模型的水平上。而这一套稳态计算方法未考虑泥浆的可压缩性及管柱、井眼的弹性,因此其计算结果与实际情况出入较大。本文运用力学的基本原理,成功地预测了波动压力的变化规律,并且应用先进的测试工艺,实测了许多波动压力变化曲线,而后将理论研究和实验手段结合起来,运用动态分析方法,准确地预测了井底波动压力的变化规律,获得许多新认识。可为今后指导现场生产提供依据。     

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管柱在充有钻井液的井内运动时会引起波动压力,将使井内压力系统失去平衡而引起井喷、井漏、井塌或卡钻等井下复杂情况和事故。故准确预测和控制波动压力是钻井工作者关心的问题。本文提出了井内波动压力的动态模拟法,并对有关的影响因素进行了分析。     

管柱运动引起的井底压力变化的试验研究

井内波动压力的危害已众所周知,准确预测和描述其变化规律也是钻井工作者们所关注的问题。虽然现有的理论和计算方法已在现场广泛应用,但实测资料表明其误差为50％～100％。本文介绍了波动压力的现场模拟试验的工艺原理及其结果,这对修正现有的计算方法和指导现场生产具有重要的参考意义。     

气体钻井过程中的瞬态流动分析

气体钻井过程中,调整钻井参数或者钻遇储层都会引起井内流体的瞬态流动。基于可压缩流体不稳定流动理论及地层流体渗流理论,建立了气体钻井过程中井简瞬态流动的数学模型。针对井内水动力体系的复杂特点,讨论了模型的定解条件,并对模型进行了数值求解。最后,文章对气体钻井中改变钻井参数以及钻遇储层两种情况井内气体的流动进行了计算,结果表明,增加注气量时井内压力波动不大,但钻遇储层会引起井内压力和流速的大幅度波动。     

钻井泵瞬态波动压力研究

介绍了国外在井内波动压力方面的研究情况,分析了影响井筒内波动压力的主要因素,对比了中原油田在1988年8月至1989年9月在全尺模拟实验井及参2井进行的大规模试验中采集的部分数据。通过对钻井泵瞬态波动压力间的比较分析,对可能出现的问题提出了相应的预防及处理方法。     

管柱运动过程中钻井液粘附系数计算

管柱在充满钻井液的井眼中运动时会引起压力波动。钻井液粘附系数对于准确计算井内波动压力大小影响很大。文中基于钻井液粘附系数定义，推导了牛顿流体、幂律流体、宾汉流体、带屈服值的幂律流体（Ｈ─Ｂ流体）及Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ──Ｓｔｉｆｆ流体（Ｒ─Ｓ流体）等非牛顿流体的粘附系数表达式，为计算管柱运动过程中速度分布和摩阻系数大小提供了理论依据。     

孔隙压力变化对水平井井壁围岩应力的影响

针对水平井井壁围岩应力随井壁渗流压力变化的问题,考虑井内流体渗滤造成井壁岩石孔隙压力和孔隙度变化,推导孔隙度与井内流体压力和渗滤半径的理论关系,建立考虑孔隙压力变化的井壁围岩应力计算模型。应用模型计算表明：孔隙压力变化对井壁上径向、周向和轴向应力大小影响明显,渗滤带内随着距井眼中心距离增加,孔隙压力逐渐趋于地层初始压力,考虑和不考虑孔隙压力变化计算得到的径向、周向和轴向应力差值逐渐减小,在渗滤边界处考虑和不考虑孔隙压力变化计算得到的各向应力数值相等。     

确定泥浆比重的原则和方法

本文详细介绍了井底压差与钻速的关系;气侵时对井内泥浆柱压力的影响;气侵时最小泥浆比重的确定方法;计算抽汲压力,定出泥浆比重附加数。     

溢流关井水击压力数学模型研究

溢流关井水击压力的大小直接决定了现场是采用“软关井”、“半软关井”，还是“硬关井”的关井方式。从溢流关井实际情况出发，应用质量守恒原理、牛顿第二定律建立了气液两相流的溢流关井水击压力数学模型，采用基于特征线法的有限差分法求解数学模型，同时编制了相应的计算机程序并进行了实例计算。计算表明：①所建立的数学模型，适用于“软”、“半软”、“硬”关井的水击压力计算；②“硬关井”、“半软关井”、“软关井”井内水击压力逐渐减小；③井内压力波动由井口到井底逐渐减小，井内为气液两相流时产生的压力比单相流更小。为了便于油气田应用，建议在瞬态模型的稳态化方面开展进一步的研究。     

波动压力的计算与讨论

地层压力和波动压力是解释井下复杂情况和采取相应措施的理论依据之一。本文在实践与研究的基础上,对以稳定流态为基础的波动压力计算方法进行了补充与完善,提出了不同工况下的波动压力计算方法,为现场应用提供了条件。     

钻井开停泵井底波动压力变化特征研究

为了准确了解钻井过程中开停泵对井底压力的影响,指导安全钻井作业,根据不稳定流动理论,建立了开停泵井底压力波动模型,采用特征线的求解方法,并借助计算机编程对其求解,利用现场实测数据对模拟结果进行验证,分析了压力波在井内的传递与转化过程,研究了开停泵持续时间、钻头距井底距离及钻井液性能对井底压力波动的影响。模拟结果显示:开停泵持续时间越长,异常压力窗口比越小;钻井液密度越大,异常压力窗口比越大;钻井液稠度系数与流性指数越大,异常压力窗口比越小。研究表明,钻井开停泵时,开停泵持续时间、钻井液稠度系数及钻井液流性指数对井底压力的影响极为明显。建立的开停泵井底压力波动模型可以为现场开停泵作业提供参考。      

固井注水泥时确定流体准确位置的方法研究

流体的位置直接影响着循环摩阻、静液柱压力等参数计算,因此准确的预测注入井筒内流体的位置是十分重要的。固井注水泥施工过程中,由于管串组合、井身结构以及施工排量等的变化都会影响流体在井内的位置,本文针对注水泥施工过程中流体流动特点和井内体积组成等对注水泥作业的影响进行系统研究,采用分段式体积计算方法较为精确的确定注入井筒内各段体积流体的种类、位置,能更好的预测井内动压力的变化情况,更加准确地计算注水泥施工动态参数,对提高固井质量,确保施工过程的安全具有重要的现实意义。     

“液量稳定”控压钻井方法

为了满足"窄密度窗口"地层安全钻井的需要,开展了"液量稳定"控压钻井技术研究。在分析井内压力关系的基础上,指出了当前控压钻井技术存在的问题与不足,提出了"液量稳定"控压钻井方法。该方法以地层压力与井底压力平衡为依据,在钻进中控制循环液量稳定,接单根时关井保持井内液量稳定,起下钻时关井并通过挤注与放出液体方式保证井内液量稳定,达到井内压力平衡要求。通过控制"液量稳定"来达到井底压力与地层压力平衡,是实现平衡压力钻井的一种有效方法。该方法在高压、超饱和、窄密度窗口盐水层钻井中获得成功,并形成了特色钻井技术。提出了实施要点与相关计算方法,为控压钻井技术的研究与应用提供了一种新思路。     

偏心环空中牛顿流体稳态波动压力近似解

波动压力的大小与环空见何形状密切相关。在建立同心环空波动压力的精确模式基础上,求解了偏心环空稳态波动压力的近似解。利用多元参数回归的方法,建立了求解偏心环空波动压力的经验模式。计算结果表明:随钻柱与井眼间偏心度增大,波动压力减小。全偏心情况下的波动压力大约只有同心情况下的一半。     

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利用由作者提出的井内流动和传热的三维数值模型计算所得的大量数据,文章对影响井内温度的诸多因素进行了较的敏感性分析,研究表明：钻井液和地层等的热物理２参数以及钻井液的入口温度、循环排量等对井内温度有较大影响,因此,准确掌握所钻地区地层和井内钻井液的热物理参数值,考虑温度压力对热物理参数的影响,准确测量钻井的入口温度、排量等参数值,对于井内温度的准确模拟至关重要。     

起下钻过程中井筒稳态波动压力计算方法

为了避免起下钻过程中井涌、井漏等复杂情况的发生,需要提高井筒波动压力计算精度。以槽流模型为基础,结合起下钻过程中的流体真实速度分布情况,根据井筒流体的连续性及相应的边界条件,分别讨论层流、紊流状态下的波动压力,建立了基于钻柱运动的稳态井筒波动压力计算模型,并采用数值解法对模型进行求解。结合现场生产数据分析发现:当起下钻速度由0.2 m/s增大至0.6 m/s时,波动压力由0.21 MPa增大至0.27 MPa;钻柱运动速度、流体流变性等条件不变,环空内外径之比由0.55增大至0.95时,井筒波动压力增加幅度由0.30 MPa增大至0.50 MPa。采用文献数据进行计算对比,结果表明:Burkhardt模型的计算误差多数大于8%,波动压力模型预测值与实测值的计算误差基本小于5%,符合精细控压钻井计算误差要求。研究结果表明,采用井筒稳态波动压力计算方法可以精确分析非钻井过程井筒压力,指导现场安全生产。      

挤压法压井计算与应用

挤压法压井是在不能建立正常循环时实现井控的一种有效方法,它的基本思路就是在井口设备、套管抗内压强度、地层破裂压力等所有因素安全的前提下进行压井施工,在井口将压井液通过环空或钻柱泵入到井内,将井内溢流气体或混合流体压回地层并重新建立循环。根据在挤压法压井的原则,总结了挤压法压井应用条件和注意事项。根据挤压法压井原理进行了理论推导,建立了相关参数的数学模型,并编制了计算程序。实例计算表明,所编制挤压法模拟计算程序计算结果正确,可用于挤压法压井模拟计算。      

氮气测压法及压力计算

氮气测压方法是将一根细的不锈钢测压管下入井下待测部位,从地面将氮气注入,气体经测压管端部排出,然后关闭气源,等测压管的压力达到稳定后,井口压力显示计的压力加上井内测压管中氮气柱的重量产生的压力之和,即为欲测部位的压力。对于井温有不同温度梯度变化的井,在计算氮气柱重力的影响时,可以把井温随深度的变化,近似看成由多个相同温度梯度变化所组成,再分段加以计算。分段越多,计算的数据越接近实际值。也可以根据地面测压管压力大小、测压管深度,在温度变化范围内,计算出氮气柱压力可能的最大、最小值,并取中值做为压力值,可以保证一定的测量精度。     

气体钻井井内压力计算模型与标准化

虽然国内外学者对循环系统内压耗计算进行了大量研究,并给出了相关的公式,但均基于一定假设条件,且为英制或工程单位,不便于深入研究和推广采用。对井内压力计算模型重新进行了推导,并使用国际单位制,得到的气体钻井井筒压力计算模型得到了实例计算验证,为气体钻井流场分布、工艺设计及操作参数确定等方面的深入研究提供了理论基础。