气体钻井注气量计算方法研究进展

气体钻井过程所需注气量是关系到气体钻井成败的重要参数。目前计算气体钻井所需注气量的3种方法各有不足,根据这些方法得出的计算结果与现实情况都有差异,有时差异还很大。为了准确计算气体钻井所需注气量,应对影响气体钻井注气量的因素进行深入研究并对现有计算方法进行改进。经过对现有方法的分析,建议应从以下几个方面进行深入研究：①建立准确计算气体钻井时环空流体温度的模型以确定温度对注气量的影响;②应用气液两相流理论分析气体携水能力,以确定地层出水时气体钻井所需注气量;③钻屑直径对气体钻井所需注气量的影响;④气体钻井所需注气量与井斜角的关系;⑤对“关键点”处钻具外形进行优化设计以改善该处气体的携岩能力。     

气体钻井临界携水量计算

地层出水是制约气体钻井顺利实施的一个瓶颈,准确计算一定注气量下的临界携水量对于气体钻井现场安全施工、避免井下复杂至关重要。基于最小动能标准建立了计算气体钻井临界携水量的数学模型,该模型综合考虑了地层出水后环空多相流动状态,利用该模型可确定气体钻井注气量和临界携水量的对应关系。计算结果表明：增加注气量和降低液气表面张力是提高气体钻井临界携水量的有效途径;当增加注气量不能满足携水要求时,必须转换钻井方式,通过降低液气表面张力来提高临界携水量;气体钻井临界携水量计算需兼顾携带岩屑和携水两个要求,当所需的最小携水动能等于最小携带岩屑动能时,液气表面张力达到极值,进一步降低液气表面张力失去意义。实例验证表明,该研究成果能够用于指导气体钻井现场实践,为地层出水后气体钻井转换钻井方式提供了理论依据。     

特殊井选择钻井注气设备影响因素分析

合理选择气体设备是气体钻井现场施工的重要内容之一。为科学合理确定所需要的最低气体排量影响因素,本文依据最小动能法应用模型编制的软件对影响气体钻井所需最低注气量各种影响因素进行分析,确定了井深、井径、钻速、环境大气压、地层出气、地层出水对所需设备额定最小注气量的影响,为气体钻井合理选择气体设备提供依据。     

地层出水后的气体钻井携岩携水机理研究

近年来,由于气体钻井技术在某些方面有着常规钻井液钻井不可比拟的优势而在国内得以大范围地推广应用。但是,作为一项新技术,本身具有一定局限性,其实用范围尚不是完全清楚,因此,在实际应用过程中已经暴露出不少问题,地层出水后的携岩携水规律就是其中最为重要的关键技术难题之一。气体钻井过程中,地层出水将导致气体携岩规律复杂化,需要的最小注气量也会相应增加;当地层出水量继续上升时,可能会严重影响携岩效率,最终导致发生卡钻等井下复杂情况。文章对气体钻井过程中地层出水后的携岩携水基本规律和有关理论计算方法进行了研究,建立起相应的计算方法;并结合实际工程地质特征,对川西特殊复杂地区气体钻井过程中地层出水后的携岩携水规律进行计算分析,分析结果与现场施工情况基本吻合,表明文章给出的评价方法是可靠的。     

气体钻井中井眼温度变化及其对注气量的影响

目前关于气体钻井时所需注气量的计算方法均是将环空流体的温度取同一深度的自然地层温度来进行计算，没有考虑井眼内流体与地层进行换热的影响，这必然会带来误差。而且随着井深的增加，这种误差还会相应增大。为此，根据能量守恒原理，建立了考虑井筒流体与地层换热对井筒流体温度影响在内的数学模型，并进行了求解。然后利用求解获得的环空流体温度计算了所需注气量，并将其与按照地层未受干扰温度所得的注气量进行了对比。结果表明，按照自然地层温度所得的注气量偏小，并随着井深的加大该差值会逐渐增大。因此，在进行深井气体钻井作业时需要考虑地层与井眼流体换热的影响来计算井眼流体温度，进而确定出合理的注气量。     

气体钻井最小气体体积流量计算新方法

目前气体钻井时主要采用Angel模型计算注气量,但与实际注气量相比,Angel模型的计算结果往往偏小。为此,结合最小速度理论,首先计算得到携带岩屑所需的最小流速,然后采用最小动能方法求解气体钻井所需的最小气体体积流量。考虑气体流量、环空截面积等因素对气体钻井所需最小气体体积流量的影响,引入颗粒群系数与阻力系数对计算结果进行了修正,使求解得的气体钻井最小注气量更加准确。计算结果表明,修正模型的计算结果比Angel模型更符合现场实际情况,机械钻速、井眼直径对气体钻井最小气体体积流量的计算结果也有很大影响。      

非直井气体钻井岩屑起动的临界流速

注气量作为气体钻井的关键参数,直接关系到现场钻井的成败。目前用于气体钻井的注气量计算方法均是基于垂直井眼得到的,对于水平井、大斜度井的情况并不适用,从而给气体钻井在水平井、大斜度井的应用造成很大困难。在分析岩屑颗粒运动方式的基拙上,假设岩屑颗粒沉积在下井壁,注入气体后对岩屑颗粒进行受力分析,得到不同井斜角情况下岩屑颗粒起动所需的临界流速模型。以此速度作为气体的最小流速,从而得到最小注气量。分析认为,在井斜角为60700的情况下,岩屑颗粒起动所需气体速度最大;大粒径岩屑对注气量要求很高,实际钻井过程中应采用适当方法减少大粒径岩屑的数量     

NY1井气体钻井井下复杂问题的处理方法

针对NY1井非储层段的气体钻井过程中钻遇的井下复杂问题,具体分析了产生复杂问题的原因并提出了解决问题的措施。如空气钻井过程中钻遇地层出水,可采取每根单根完划眼、增大注气量、采用充气钻进措施;钻遇地层漏失层,可采取增大注气量、打水泥封堵、连续循环钻井措施;遇到井壁失稳问题,可采取增大注气量疏通或转为常规钻井。经过现场的具体实施,总结形成了一套针对NY1井区块气体钻井处理井下复杂问题的方法。该套方法能够指导现场的气体钻井作业,为此区块的气体钻井提供技术支持。     

欠平衡钻井中气体的载液能力

气体钻井是一种欠平衡钻井技术,钻井液从气体到泡沫的转变经常会给钻井工程师带来一些困难.这主要是由于对井筒积液问题缺乏理解,以及气体栽液能力知识有限造成的.本文基于Tumer采气井积液的理论,建立了最小动能方程来反映气体钻井中流动气体携载液体流出井眼的问题.确定了运移流入的地层水所需的最小气体注入速率的理论和计算方程,建立了预测以不同注入速率注入地层的气体的载波能力的工程图表.     

气体钻井携带液体最小注气量计算

气体钻井是以空气或氮气作为循环相把钻屑和液滴带到地面的钻井技术,井筒出水未带出的液滴与钻屑混合形成的泥环,会导致岩屑和液体在井底聚集并降低渗透率,影响油气产量。因此,准确预测能携带岩屑和液体的最小注气量是目前亟待解决的问题。基于Boyun Guo的井底压力四相流模型和携带液体最小动能理论,并引入Qian Fang考虑的雷诺数和液滴球形度的滑脱系数理论,建立了求解气体钻井中携带液体的最小注气量方程,注气量计算结果与现场实测数据非常接近,并得出了相比仅携带固体钻屑,同时携带固体钻屑和液滴所需注气量更大的结论。     

长庆苏里格气田天然气欠平衡钻井实践

苏里格气田压力系数低,平均渗透率低,丰度低,产量低,是典型的"四低"气田。针对该气田的储层特征,长庆石油勘探局从1999年开始进行以天然气为循环介质打开储层的钻井技术研究。通过对地层出水预测、地层稳定性、最佳注气参数等几方面的研究,得出了井壁坍塌压力梯度模式、钻头选型方法等,并在陕242、苏35- 18井和苏39- 14- 1井、苏39- 14- 4井进行了试验,试验数据表明,机械钻速大幅度提高,苏35- 18井的钻速达到18m/h,是邻井的9倍多,苏39- 14- 4井的天然气钻进井段为1092m,是迄今为止天然气钻进井段最长的井。通过研究与试验,初步形成了地层出水、稳定性评价、井眼净化技术以及天然气钻井HSE文件。     

陕242井天然气钻井实践

长庆油田在陕 2 42井采用了纯天然气钻井科学试验并取得了成功,进尺 15 7m,平均机械钻速 11.77m/h,天然气用量 7×104m3。对气体钻井的井壁稳定性、地层出水的综合评价、钻进中的注气参数、井控安全钻井技术以及相关的技术问题进行了分析,得出在干气钻井条件下井壁是稳定的结论。同时分析了 15个层段的出水情况,确定了 10个层段共 15 7m的段长出水量 0.5m3/h,适合于天然气钻井,从而为实施天然气钻井打下了基础。钻进中严格按天然气欠平衡钻井的技术规范操作,使得钻进过程顺利,填补了我国天然气钻井的空白。     

大庆油田气体钻井配套技术及应用

针对深部地层机械钻速慢、中浅层"三低"储层开发动用难等问题,大庆油田开展了气体钻井配套技术研究及实践。通过配套湿度和注气参数等监测装备、判别水层、计算地层出水量、优化钻具组合及钻井参数、采用"内喷外侵"气液转换工艺,解决了地层出水引起的复杂情况、易发生井斜、井壁失稳等问题,形成了一套适用于大庆油田深层泥页岩地层的气体钻井配套技术,实现了在泥页岩地层出水情况下安全钻进。大庆油田27口深井应用该配套技术后,钻井速度提高4倍以上,钻井周期缩短15 d以上;8口中浅井应用该配套技术,在不采取压裂增产措施的情况下,单井产量提高2 t/d以上。这表明气体钻井技术是深层提速及中浅储层保护可行的技术,为大庆油田加快勘探开发进程提供了新的技术手段。      

海域天然气水合物的形成及其对钻井工程的影响

将气体生成水合物的条件与深水钻井井筒温度压力、地层温度压力分布相结合，证实了深水钻井过程中形成水合物和钻遇天然气水合物层的可能性。天然气水合物的形成会改变钻井液的性质、堵塞井筒、环空及防喷器；水合物层的分解会造成沉积物坍塌、井壁失稳，引起井漏、井喷等一系列问题，给钻井作业造成巨大的经济损失，甚至使钻进无法正常进行。国内外近几年在天然气水合物研究勘探方面的经验表明，解决水合物问题常用的方法是加入水合物抑制剂，或者是采取必要的措施来防止井喷，将钻井液中的气体循环出去。     

七里北101井气体钻井提高钻速试验研究

遭遇大段研磨性强、可钻性差的难钻地层,钻井液钻井钻速慢,井下事故频繁,建井周期长,已成为制约深层油气资源有效勘探开发的瓶颈。采用气基流体作为钻井循环介质,通过改变井底应力状态、消除压持效应、降低岩石强度和研磨性、延长钻头寿命和提高井底清洁效率可有效提高钻速。七里北101井采用气体钻井进行提速的试验结果表明,气体钻井可提高钻速1．7～13．3倍,有效减少钻具事故和克服井漏,大幅缩短建井周期;钻前进行井壁稳定性、地层出水和地层出气分析并配套相应的井身结构设计和钻进方案设计,钻进过程进行气体监测和设备工具配套有利于保证气体钻井安全顺利进行。     

隔水管气举双梯度钻井注气量计算及其影响因素分析

为了完善深水钻井的理论基础,研究了隔水管气举双梯度钻井过程中注气量的计算方法。基于双梯度钻井过程中气液固多相流动特性,建立了对应的多相流动方程;结合一定的定解条件,得到隔水管气举双梯度钻井过程中注气量的计算模型。利用该计算模型,可以设计隔水管气举双梯度钻井过程中的注气量,分析影响注气量的因素和影响规律。分析表明,钻井液密度、钻井液排量、水深以及隔水管顶部井口回压等参数变化时,注气量也大致呈线性变化,而且井口回压对注气量的影响最敏感。研究结果表明,利用多相流动理论研究隔水管气举双梯度钻井过程中注气量的设计方法是可行的,为今后开展双梯度钻井提供了理论依据。      

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大张坨储气库是国内第一座大型地下储气库 ,于 2 0 0 0年 12月进入投产阶段 ,它的建成为北京的供气状况和大气环境治理做出了贡献。B876储气库则是大张坨储气库的扩建工程 ,位于B876区块板Ⅱ1枯竭式超低压凝析油气藏上 ,气藏埋深 2 2 2 0～ 2 2 4 0m ,原始地层压力 2 2 .5MPa,目前地层压力为 10 .5 9MPa ,地层压力系数 0 .4 76 ;在该废弃气藏上新钻了 5口储气库注采井 ,其中 3口井射孔完井后自喷 ,日产气量高达 12 .5× 10 4m3 。文章详细介绍了所钻注采井在钻井、固井、射孔完井等工序过程中采取的油气层保护技术和经验 ,对今后衰竭气藏的挖潜、枯竭式气藏储气库的建设具有参考价值。     

苏里格西区气水分布特征及产水类型解析

利用钻井、测井、生产测试、分析化验资料,运用统计分析、经验公式计算以及相渗-压汞综合分析方法,研究苏里格西区气水分布规律,确定气藏产水类型及其构成.研究结果表明:该区气水分布呈"渐变互补"关系,相对富水区在西北部;地层产出水由凝析水、可动水和自由水构成,控制生产压差即可控制地层产水.该研究为气田产水井管理及开发选区工作...     

利用试井技术对气层伤害综合评价研究

保护气层是气田开发中一个具有重要意义的问题,也是提高气井产能的重要措施之一。本文利用大房身气田压力恢复试井、修正等时试井资料的解释获得了井的污染程度等大量住处,结合钻井情况,对大房身气田气层伤害进行了综合评价。评价结果认为,在钻井时尽可能提前完钻,减少泥浆进入地层的机会;产量不合理也是影响表皮系数的因素之一。