油气井多级节流压井系统研究

多级节流压井系统由多级节流管汇、控制系统（节控箱及工控箱、控制软件）构成。该系统能实现多级降压节流、多路通道选择、在线状态监测、压力程序控制、远距离压井操作等五大功能，具有安全性、可靠性和可操作性三个方面的优势，可以解决超高压油气井压力控制技术难题，在技术层面具有突破性的进展。通过试验表明，在高密度（2.0 g/cm³）和高固相介质（钛铁矿粉）的钻井液条件下，套压高达50 MPa，但通过三级节流，作用在节流阀的最大压降为20 MPa（仅为套压的2/5），经过近5 h的节流压井作业，系统工作正常，节流阀阀芯、阀座均完好无损，保证了压井作业的顺利进行。与常规单级节流压井系统相比，使用寿命提高了5～10倍。多级节流压井系统后三项功能还可以方便的移植到常规节流压井系统，具有全面推广应用的潜力。     

压井过程中井底压力的控制方法

随着窄安全密度窗口和高压油气藏井数的越来越多,井控风险日益突出,对现场常规压井技术提出了更高的要求。立压和套压是井控作业中两个重要的压力数据,随着井控技术的发展和随钻井底压力测量技术（PWD）的应用,套压作为重要的井控参数,作用越来越突出。为此,通过分析套压在常规压井中的应用,套压操作受到地层破裂压力、套管抗内压强度、井控装置的工作压力的限制,而井口节流阀的操作关系到及时准确地控制井底压力以及顺利实施压井作业。针对立压控制法和套压控制法在常规压井技术中的压力传递的延迟性, 指出应充分利用立压和套压变化趋势及特点,优化节流阀操作,改进常规压井技术操作,并提出了井底压力控制法的使用原则和操作步骤。最后,分析了压井过程中随钻压力测量技术（PWD）实时记录的井内钻井液当量密度,有助于工程师准确控制井口回压,实现井底压力基本恒定的控制,以便顺利完成压井作业。     

欠平衡钻井井底压力自动控制技术

在建立井底压力模型的基础上,研制开发了欠平衡钻井井底压力自动控制系统,其井底或井口压力计算模块根据数据采集模块提供的实时数据结合其它井身结构、钻具组合、钻井液性能等静态数据把计算结果传给电控节流阀控制模块,由其调节电控节流阀的开度,从而达到调节井口压力、特别是井底压力的目的.该系统有两种模式:井底压力的自动控制和井口压力的自动控制,分别可以满足欠平衡钻井施工和压井施工的要求.该系统由上位机和下位机组成,上位机负责采集、计算与控制,下位机负责显示、数据录入及数据管理.     

四川盆地L17超高压气井的试油测试工艺技术

超高压气井的试油在国内外均是一大难题，目前国内外对高温高压井的概念没有作出统一的解释和规定，国际高温高压井协会、中国石油天然气集团公司将高温高压井定义为：井口压力大于70 MPa（或者是井底压力大于105 MPa）、井底温度大于150 ℃的井为高温高压井；井口压力大于105 MPa（或者是井底压力大于140 MPa），井底温度大于170 ℃的井为超高温压井。四川盆地九龙山构造L17井栖霞组测试关井井口压力为107.64 MPa、温度为147.3 ℃，是一口典型的超高压、中含硫、超深气井。高温高压井从钻井设计、钻井、测井、测试、试采均与常规井有很大区别。为解决超高压气井的试油测试难题，从试油准备工作、试油测试设计技术、测试工具的优化、安全保障措施、现场组织等方面总结分析了L17井的试油特点与难点，介绍了一些成功的经验和做法，建议加强节流阀远程操作工具的引进与研制。     

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节流管汇存在的问题及改进措施四川石油管理局川东钻探公司陈惠玲节流管汇是现代井控工艺必备的井控装备之一。在气井发生溢流关井后，由于某些原因造成关井时间较长时，气体在井筒内逐渐滑脱上升至井口，会导致井口关井压力升高，而聚积气体的排放必须通过节流阀控制。压...     

关于容积法排出井内气体压井问题的探讨

容积法的基本思路是利用节流阀间断放出钻井液,并通过控制套管压力和放出钻井液的量控制井内压力不变,使井内气体在受控的情况下上升至井口,然后,再实施顶部压井法压井.在培训学习时,通过对容积法的仔细推敲,认为把气体放至井口再做处理的做法,不论是从保护油气层的角度还是从井控安全的角度都不是最优方法,尤其是井内气体含有硫化氢时,把它放至井口井控的难度和危险性将增大数十倍.详细分析了采用容积法使井内气体在受控的情况下上升至井口,再实施顶部压井法压井时存在的问题及原因,并给出了在关井后不能循环条件下处理溢流相对较好的处理程序.     

暂关井井口封井装置

为了解决目前封井中无法测取井内压力和控制井内流体而容易造成事故的严重问题,结合生产实际,设计一种新型暂关井井口封井装置.暂关井井口封井装置在关井时可进行封井,使井内流体与外界隔绝,封井安全可靠;恢复生产时可录取井内压力信息,方便快捷.封井装置结构简单,安装、操作方便,可用于暂关井,也可用于长关井.     

国外液滴破碎机理研究与新型井口节流阀开发

鉴于我国对低剪切井口节流阀的研制处于空白的现状,在介绍液滴破碎理论基础和各种理论预测模型的基础上,论述了荷兰Delft理工大学和法国石油研究院在小孔节流中液滴破碎方面的相关成果,对挪威Typhonix公司旋流阀门和荷兰Duxvalves公司Typhoon阀的基本结构及工作原理进行了介绍。井口低剪切节流阀基于液滴破碎理论及旋流原理,极大地降低了对流体的剪切作用,与常规井口节流阀相比具有明显优势。建议我国对低剪切节流阀予以关注,并尽快开展低剪切节流阀的应用基础研究工作。     

气井井口安全切断系统与控制设备现场试验

气井井口安全切断系统及其控制设备是气井井口装置上的一套安全装置。为验证它的安全可靠性,在相18井和相19井进行现场应用试验。整个装置在露天运用一年多,证明它具有操作简单、灵活可靠等特点,适用于关井压力小于25.0MPa的低含硫井。不足的是手轮操作不方便、两位三通阀密封胶圈易失灵等。     

国外液滴破碎机理研究与新型井口节流阀开发

鉴于我国对低剪切井口节流阀的研制处于空白的现状,在介绍液滴破碎理论基础和各种理论预测模型的基础上,论述了荷兰Delft理工大学和法国石油研究院在小孔节流中液滴破碎方面的相关成果,对挪威Typhonix公司旋流阀门和荷兰Duxvalves公司Typhoon阀的基本结构及工作原理进行了介绍。井口低剪切节流阀基于液滴破碎理论及旋流原理,极大地降低了对流体的剪切作用,与常规井口节流阀相比具有明显优势。建议我国对低剪切节流阀予以关注,并尽快开展低剪切节流阀的应用基础研究工作。     

电控自动节流控制系统研制与应用

自动节流控制系统是精细欠平衡/近平衡(控压)钻井实现精细控制井口套压、精确控制井底压力的关键设备之一;该系统独创性应用电动机构自动调节节流阀,系统设计中采用执行机构—伺服控制—上位计算机的三层控制结构,远程控制、本地自动控制和本地手动阀位控制的三种压力闭环控制模式,以及全冗余、热备份和应急通道的安全设计,确保系统的控压精确性、安全性和可靠性,能满足不同施工场所的需要。该系统通过30余口井的现场试验应用表明,能满足精细控压钻井现场需要,经济实用性好,达到国内领先、国际先进技术水平。     

高压自控液动恒压节流阀的设计

普通井口节流阀手动操作劳动强度大, 容易疲劳, 而且控制精度不高, 井口回压波动大, 为此开发了新型高压自控液动恒压节流阀。介绍了该装置的结构和工作原理, 并简述了设计要点。新型高压自控液动节流阀采用了液压控制机构, 具有控制精度高, 压力波动小, 结构简单,体积小, 质量轻, 维修方便等特点, 因而具有良好的应用前景。     

井口换装防喷控制技术研究与应用

针对在试油期间,换装井口时的无控制现状,开发了一种封堵器及换装井口工艺。利用油管封堵器封堵井口,实现了换装井口时的可控性,防止井喷的发生,在井口换装完成后对封堵器以下进行压力检测,并在有压力时能实施压井作业。这种工艺操作简单、密封严密,能在油、气、水井中使用,安全可靠。经国家专利局检索,此项工艺属国内外首创,整体技术达国内外先进水平,已申请了国家发明专利。     

基于三级反馈调节的控压钻井回压自动调控方法

井口压力的自动调节与反馈控制是控制压力钻井技术(MPD)得以成功应用的根本。现有的井口回压控制方法较少考虑节流阀系统结构特征及流通特性,存在控制响应慢,控制效果差的问题。针对井口回压控制上述问题进行研究,基于节流阀的工作特性、电液比例控制原理、反馈控制方法,提出了一种井口压力三级反馈控制方法,实现了一级开度曲线双向反馈控制,二级井口回压快速粗调,三级井口回压精细反馈控制。制定了该三级反馈控制方法的详细实现流程,开发了井口回压控制模块,通过实验验证了控制方法的响应时间和精度,井口回压控制精度误差在±0.1 MPa以内,新的井口回压精细控制方法为井筒压力的精细控制奠定基础。     

可控型循环压井钻孔装置的研制与应用

要重新恢复不规则封堵的老井或长停井时,现场施工中需要一种配套设备对油井进行泄压、压井,然后安装井口装置。为此,研制了可控型循环压井钻孔装置。该钻孔装置用卡箍与套管固定,用简易手动泵推动活塞向钻头加压,在油井套管钻孔建立压井通道后,可对油井进行有控制的泄压、压井施工。现场应用结果表明,可控型循环压井钻孔装置是一套安全、可靠、实用的工具,具有耐压高、操作简便和井口压力可控的特点,设计强度满足高压井口的要求,成功解决了老井和长停井恢复问题。     

控制压力钻井用节流阀的研制

随着控制压力钻井技术不断推广,对控制压力钻井用节流阀的性能要求越来越高。文中分析了控制压力钻井用节流阀的国内外研究现状,指出了常规节流阀应用于控制压力钻井存在的问题,提出了一种新型的控制压力钻井用节流阀,并对新型节流阀进行了流体特性分析,得到了新型节流阀的流场分布和流量系数曲线。通过对比分析,指出了节流阀的发展方向以及新型控制压力钻井用节流阀的广阔应用前景。     

控压钻井技术在白28井的应用

控压钻井系统主要由钻井参数监测系统(包括井下PWD)、决策分析系统、电控系统、地面自动节流控制及回压补偿系统组成,通过在井口施加连续回压来实现井底压力的恒定控制,能有效解决窄密度窗口地层和高温高压地层所出现的钻井复杂问题。白28井的应用结果表明,使用控压钻井技术,在控压钻进工况下可将井口压力波动控制在0.2 MPa以内,控压停泵和起下钻工况下可将井口压力波动控制在0.5～0.8 MPa,井底压力波动控制在1.0～1.5 MPa,可保证井底压力当量密度在控制范围内;能够快速发现溢流和井漏等复杂情况并进行有效控制,确保了施工过程的安全,实现了钻井安全和勘探开发的目标。     

硬关井水击问题及减小水击措施的探讨

通过对各种关井方式优、缺点的比较,指出了解决硬关井时水击问题的工程意义。对于硬关井来说,水击造成的危害是不容忽视的,必须采取有效措施,从分析井内气、液、固三相流中水击波速入手,推导了水击压力波的传播速度计算公式,结合相应的控制方程对其进行了简要的分析以及实例计算。最后,在分析了各种减小水击压力的方法后,提出在井口加装储能式空气罐控制水击压力的尝试,而且对设有空气罐和未设空气罐的不同井口装置进行了水击压力的理论研究,计算表明,井口安装有空气罐时能够有效地控制水击,这一认识对现场钻井生产具有一定的指导意义。     

基于Fluent的井下流量控制阀流道研究

井下流量控制阀是智能井系统井下流体控制的关键部件。为了提高产量、降低压降、减少局部损失,对流量控制阀结构进行了分析,建立了流量控制阀流动模型,推导出出口流量与流道过流总面积的流量系数C_V。以流量控制阀出口产量3 000 m³/d为设计标准,计算出理论C_V值与数值模拟得到的C_V值非常接近。在设计节流阀套孔口的流道时,对节流阀套流道口的形状、过流面积和位置进行了分析,采用了百分比控制方式进行调产。研究结果表明：所得C_V关系式为确定流道口过流总面积提供了理论依据;且设计的方形流道在径向角度为75°时,百分比控制方式不仅能够有效精确调节产量,还能减少流道口前后的压降;最后开设了圆锥形稳流小孔,有效地解决了流道环空的漩涡,减少了能量损失,使得内部原油流动更加稳定。研究结果可为流量控制阀进一步的优化设计提供依据。     

钻井中节流阀动作引发的气液两相压力响应时间研究

考虑角频率、气侵量及相间阻力等因素,基于双流体模型,建立了钻井中节流阀动作引发的压力响应时间模型,通过小扰动理论及龙格库塔方法编程对其求解。结果表明,随气侵量减小/套压增大,减小了气液压缩性,使环空中各点的压力波速增大,从而环空各点压力响应时间减小;气体沿环空从井底向井口运移中,空隙率持续增大,压力响应时间呈逐渐增大趋势;在井口环空段,由于空隙率急剧增大,使压力响应时间急剧增大;在控压钻井多相流计算及自适应节流阀控制中,考虑节流阀动作产生的压力响应时间,可使控制精度大幅提高。