欠平衡钻井中钻井液密度的确定与控制方法

合理的钻井液密度是欠平衡钻井安全、快速施工的前提。在欠平衡钻井工艺方面,研究较多的是井壁稳定力学和油气储层保护,在确定和控制井底负压差及钻井液密度方面研究较少。讨论了欠平衡钻井井底负压差的确定因素和合理钻井液密度的计算方法;研制出欠平衡钻井地面数据监控系统,可依据实时监测的钻井作业参数和产出流体量,以及立管压力和套管压力与井底实际压力间的数学关系及软件计算,调节钻井液密度和井口回压来控制井底负压差。理论模式和控制方法经计算模拟及现场应用,符合钻井现场要求,软件计算误差小于5%。     

钻井过程中循环当量密度的控制方法

随着油气开采向着深部地层及深海方向发展,石油开采向岩性油藏转移,钻遇窄钻井液密度窗口的情况越来越普遍。合理控制循环当量密度(ECD)是解决窄钻井液密度窗口的安全以及快速钻井的关键。分析对比了传统的ECD控制方式及控制ECD的新方法。结果表明,传统的ECD控制方式中,停止循环时采用静止钻井液压力平衡地层压力,而在循环时产生的环空摩擦压耗依然会使井底压力大于地层孔隙压力。CCS及DAPC系统均采用静止状态下低于孔隙压力的静止钻井液密度,在起下钻或连接钻杆时通过不间断循环或提供地面回压,保持井底压力稳定。而ECD RT则通过工具降低窄密度窗口地层的局部压力,实现在复杂地层的快速、安全钻进,从而减少钻井非生产时间,降低钻井成本,提高钻井经济效益。     

超临界二氧化碳钻井技术与展望

超临界二氧化碳是压缩性十分大的非理想气体,即具有与气体相似的较低黏度,又兼有与液体相近的密度,扩散能力介于常规液体与气体之间。采用超临界二氧化碳作为钻井流体时,可以提高钻井速率,降低破岩的门限压力,能够有效的保护油气层和钻头。由于超临界流体密度变化范围较大,能够为井底动力钻具提供足够的扭矩,同时保护井底的欠平衡状态。二氧化碳较清洁,可进行无污染欠平衡钻井,超临界二氧化碳钻井是一种前景十分大的钻采方法。本文针对超临界二氧化碳的特点,对其在钻井中应用的优点及不足进行简单的分析,提出可改进的方向。为超临界二氧化碳钻井的进一步深入研究具有一定参考价值。     

气基流体钻井气液流量组合设计新方法及应用

欠平衡钻进时井底压力较高,会引起储层的伤害,而接单根时井底压力较低,将引起井眼的破坏,而井底压力可由气体和液体流量组合来控制。为了使欠平衡钻井中储层伤害和井眼失稳之间的矛盾最小化,给出了一套在给定地质、钻井条件下进行充气欠平衡钻井气液流量组合设计新方法,该方法利用欠平衡钻井井筒4相流体动力学模型,将已确定的井底压力安全窗口转换为地面气液体注入流量的安全窗口。此流量安全窗口中,地层孔隙压力限制了窗口曲线的上界,井眼坍塌压力为窗口曲线的下界,并由钻井液的携岩能力和井壁冲蚀曲线封闭而成。此设计方法采用电子表格软件绘制气液流量安全窗口,可直观地选择最优流量组合。使用该设计方法对新疆石南油田SN4003井的充氮气欠平衡钻井进行优化设计,并与钻井实效对比评价,证明了该方法较为可靠、实用。     

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四川石油管理局川西南矿区兴隆场气田经过长期开采地层压力远远低于清水柱 ,为保护产层提高最终单井产量 ,在兴 2 4井进行了柴油机尾气钻井工艺现场实践。总结了一套柴油机尾气用于钻井所需的气量、装备、钻具结构和不压井起下钻及不压井完井工艺技术。获得了有价值的工业性气流。柴油机尾气是以ＣＯ2 为主的气体 ,与空气比较 ,它用于钻井更安全。由于气体密度低 ,井筒气柱压力与地层孔隙压力形成负压差 ,易发现油气显示。气体钻井避免了水基钻井液伤害砂体储层的致命弱点。低压产层实施气体钻井不仅能保护和发现油气 ,而且减少了井底的压持…     

防流体倒灌的新型泡沫锤研制及其应用

空气锤在油气田研磨性地层提速和高陡地层防斜应用中逐步成熟,但还存在出液地层钻井作业受井底压力的影响而出现输出功率低甚至不工作,以及停止循环时地层液体倒灌气缸而污染空气锤的问题。为此,研制出了同时适应于气体(干气)和雾化泡沫(湿气)钻井介质、具备防止井下流体倒灌的新型泡沫锤。该泡沫锤与空气锤相比,优化了气室结构以保证气体和雾化泡沫钻井介质的输出功率;新增的防倒灌装置在接单根时,依靠泡沫锤阀体与液体当量密度差推动阀体向上运行,可封闭地层流体进入泡沫锤的通道。在松辽盆地徐深气田外围的肇深17井下白垩统泉头组、登娄库组开展了现场试验,泡沫锤在气体介质条件下相比常规钻井机械钻速提高6.5倍,相比气体牙轮钻井提高1倍;在泡沫介质条件下相比常规钻井机械钻速提高2倍且钻进过程未发生井底流体倒灌现象。试验结果表明,所研制的泡沫锤在气体介质条件下相比空气锤输出功率未降低且具备了适应雾化泡沫钻井介质和防井下流体倒灌的能力。     

双曲线薄壁堰流量计在气测中的初步应用

在石油钻探过程中,气测仪从连续分析泥浆自井底返出地面时所携带的地层中的气体的化学成分,来判断地下含油气地层的深度。由于泥浆自井底返出地面需要一定时间(称为“迟到时间”),而井深又不断在增     

海上深水钻井井筒温度压力预测与分析

海上特别是深水钻井作业井筒温度压力准确预测是保证钻井作业安全以及钻井/钻井液设计与评估的重要参数。由于海水和地层双重影响井筒温度变化较大,而钻井液物性(密度、流变性等)受井筒流动传热的影响较大,同样钻井液物性的改变反过来也会影响井筒温度压力的准确预测,如果钻井液参数视为常数,按照地面条件下钻井液物性预测井底压力和温度则其精度难以保证,在钻井液密度敞口非常小的地层,可能会产生井漏、溢流等井下复杂或事故。本文分别对深井水基钻井液的密度、黏度等物性参数预测模型进行了优选,建立了深井钻井井筒流动传热模型预测井筒压力温度,并分析了工艺参数对井底压力温度的影响。本研究为准确井底压力温度、预防钻井复杂事故,保障海上深水安全高效钻井具有较高的指导价值。     

一种井底压力实时采集传输系统的研制

井底压力是钻井介质作用于环空井底所产生的压力,其大小直接影响着井筒压力系统的平衡与否。井底压力的设计需要考虑地层坍塌压力、地层孔隙压力、地层破裂压力以及地面处理设备的能力和井控设备的控制能力,是关系着整个钻井过程安全的一项重要参数。以往钻进过程中的井底压力都是通过实测立管压力与计算模型和相关公式、软件计算得出的,由于井筒流体流动（特别是存在多相流流态时）的复杂性,理论模型的建立时往往会简化“边界条件”,其计算结果与实际存在一定偏差,往往导致现场控制失误。文章介绍一种可以动态、精确采集井底压力、温度等参数,并实时传输至地面的系统,以实现对井底压力精确控制。     

井筒压力控制钻井技术

井筒压力控制钻井技术是指与井筒压力密切相关的系列钻井技术,主要包括欠平衡钻井、气体钻井、控制压力钻井和井控技术。井简压力控制钻井技术能够控制井底压力与地层压力之间的差值,使井底处于欠平衡、近平衡（平衡）、过平衡状态,实现安全钻进．保护油气层、提高钻井速度、解决工程复杂问题。     

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。     

控压钻井气侵后井口回压的影响因素分析

控压钻井过程中,实时控制井底压力主要靠调节和控制井口回压。通过分析控压钻井中的瞬变过程,建立了各过程中的多相流计算模型,并利用有限差分法对模型进行了求解。通过仿真算例分析了采取控压钻井时井口回压随时间的变化规律,讨论了返出钻井液增量、气相渗透率、排量、钻井液密度、初始井底压差、井深和黏度等对井口回压的影响规律。结果表明:返出钻井液增量越大,井口施加的回压也越大;在返出钻井液增量一定的条件下,气相渗透率、排量、钻井液密度、初始井底压差、井深和黏度对井口回压均有影响,气相渗透率越大、排量越小、钻井液密度越小、初始井底压差越大、井越深、钻井液黏度越小,气体到达井口时需要施加的回压峰值也越大。      

精细控压钻井井底压力自动控制技术初探

控压钻井技术是当前油气钻井工程领域的前沿技术之一。钻井各个工况的井底压力须保持恒定,才能确保窄密度窗口复杂地层井段的安全、顺利钻进。为此,通过分析前人对各个工况井底压力计算的研究成果,提出了精细控压钻井井底压力计算模型,该模型的环空循环压耗计算包含了多相流动的重力压降、摩阻压降和加速度压降梯度。在塔里木盆地实施了1口井的精细控压钻井作业,用停泵工况由地面回压泵施加的回压值与计算值比较,最大误差为0.30 MPa,能满足工程实际需要,为今后精细控压钻井井底压力精确计算与控制提供了理论支撑。     

控压钻井井底压力控制方案研究及其应用

窄钻井液密度窗口极易造成漏、喷、塌、卡等钻井复杂情况,尤其是当钻遇窄钻井液密度窗口泥页岩井段时,水化膨胀作用导致安全钻井问题变得更加复杂。安全钻井液密度窗口的准确建立以及井底压力的精确控制,是窄钻井液密度窗口地层安全、快速钻井的关键。为此,研究了一套窄钻井液密度窗口地层安全钻井井底压力精确控制方法。该方法以精细地应力场及泥页岩水化特性研究为基础,通过安全钻井液密度窗口、泥页岩坍塌周期以及钻井液当量循环密度分析,优选合理的安全钻井井底压力;并针对砂岩、泥页岩地层的不同特性,分别制定相应的井底压力控制方案,实现安全钻进。研究成果可用于指导控制压力钻井井底压力控制方案的设计施工。     

国产精细控压钻井技术与装备的研发及应用效果评价

为有效解决窄密度窗口钻井难题,提高钻井效率,降低钻井成本,国内自主研制开发了一套精细控压钻井装备,实现了准确控制井眼环空压力的目的。该装备主要包括自动节流管汇系统、回压泵系统以及远程自动控制中心,可提供保持接单根、启停泵、钻井液密度变化以及钻柱运动时井底压力恒定所需的额外流量和回压补偿。通过在川渝及塔里木地区开展近、欠平衡控压钻井工艺应用表明:欠平衡控压钻井可控制井底压力低于地层孔隙压力,允许气体按照一种可控的速度从地层流出,从而有利保护和发现储层,是一种有发展潜力的可行技术。     

超临界CO_2连续油管钻井可行性分析

超临界CO2流体具有接近于气体的低黏度和高扩散系数,同时具有接近于液体的高密度。与氮气、空气、液体、充气液、泡沫等钻井流体相比,超临界CO2流体的密度变化范围较宽,这一特性使得超临界CO2为井下马达提供足够扭矩的同时,还能保证井底的欠平衡状态。即使超临界CO2流体侵入储集层,也不会对其造成伤害,相反还能进一步增大储集层孔隙度和渗透率,降低流动阻力,提高采收率。同时超临界CO2射流破岩速度较水射流快得多,而且破岩门限压力也非常低,在利用连续油管进行超临界CO2喷射钻井时,可大大降低连续油管钻井系统的压力,扩大连续油管的作业范围,更适合小井眼、微小井眼、超短半径水平井、复杂结构井等钻井。超临界CO2连续油管钻井将为钻井带来一次全新的技术创新,也将成为特殊油气藏开发的高效钻井技术。图10表1参15     

碳酸盐岩油气藏气侵早期识别技术

针对海相碳酸盐岩油气藏钻井过程中钻遇裂缝孔洞发育储层时,井筒流体与地层流体置换效应形成的复杂流动造成的气侵识别困难,从钻井过程中气体侵入方式研究入手,探讨了各种气侵方式的侵入机理、发生工况及其相互联系,提出了直接侵入方式下含硫天然气侵从定性研究到定量化研究的思路和方法,研究了气体沿井筒的运移、膨胀规律,即气体在上升过程中越接近井口气体膨胀越剧烈。在此基础上,通过对气侵发生时的井筒环空气液两相流动井底压力变化特征进行模拟,揭示了气侵初期在深井小井眼段井底压力会出现小幅上升后下降的变化规律,提出了以井下实时环空压力随钻测量仪器监测井底压力变化对比正常趋势线来识别和预警气侵的方法。利用该方法,可以在气侵第一时间实现预警,为碳酸盐岩复杂油气井安全钻井提供了有效保障。     

应用超临界CO2进行气体循环钻井的技术构想

超临界CO2流体既有液体的高密度又有气体的低黏度和高扩散系数等特点,采用超临界CO2作为钻井液相对普通钻井液具有很大的优势。采用超临界CO2作为钻井液能够有效提高射流破岩效率,提高钻速,并且能够有效保护油气藏,减少井下事故。气体循环利用钻井技术是利用地面气体回收处理设备将从井口中返出的携岩气体进行分离和精细过滤,然后经过压缩增压循环注入井下,大大降低了钻井成本。介绍了超临界CO2的性质以及超临界CO2在钻井过程中的优势,气体循环利用钻井工艺系统的原理及流程,提出了将超临界CO2钻井与循环钻井技术相联合的技术构想。     

泡沫欠平衡钻井气液流量组合优选研究

泡沫欠平衡钻井过程中,气体、液体和固相岩屑混合在一起,沿井筒环空向上流动,属于典型的“气-液-固”多相流。为了保护储层,避免发生井壁失稳坍塌事故,在泡沫欠平衡钻井时,必须保证井底压力小于地层压力并高于地层坍塌压力,同时还要保证整个井段泡沫钻井液处于最佳泡沫质量区,以具有足够的携岩能力。针对工程施工实际情况,对井筒环空进行网格划分,利用欠平衡钻井井筒多相流模型分段求解井筒流态和流动压力,综合分析井底压力与注入气液流量组合的对应关系,从而将井底压力安全窗口转化为可直接控制的气液流量安全窗口,为安全施工提供依据。该研究成果在也门某区块泡沫欠平衡钻井中的钻井实效对比分析表明,该方法较为实用可靠。     

泡沫欠平衡钻井气液流量组合优选研究

泡沫欠平衡钻井过程中,气体、液体和固相岩屑混合在一起,沿井筒环空向上流动,属于典型的“气-液-固”多相流。为了保护储层,避免发生井壁失稳坍塌事故,在泡沫欠平衡钻井时,必须保证井底压力小于地层压力并高于地层坍塌压力,同时还要保证整个井段泡沫钻井液处于最佳泡沫质量区,以具有足够的携岩能力。针对工程施工实际情况,对井筒环空进行网格划分,利用欠平衡钻井井筒多相流模型分段求解井筒流态和流动压力,综合分析井底压力与注入气液流量组合的对应关系,从而将井底压力安全窗口转化为可直接控制的气液流量安全窗口,为安全施工提供依据。该研究成果在也门某区块泡沫欠平衡钻井中的钻井实效对比分析表明,该方法较为实用可靠。