不同影响因素下动态置换法压井参数研究

动态置换法是一种压井液注入和气体排出同时进行的非常规压井方法,压井液最大注入排量的确定和井口套压的控制是压井成功的关键。文章基于压井液注入过程中满足井底压力恒定、气体排出过程中满足物质守恒、压井液下落过程中满足修正Drosos液泛关联式,建立动态置换法压井的数学模型。通过计算得到压井液最大注入排量与Ramtahal实验数据相对比,在套管内径为152 mm、套管内无钻杆和钻杆外径为51 mm井况下,误差仅为7.0%和0.1%,可以应用到动态置换法压井计算中,并通过模型分析不同影响因素对压井液最大注入排量和井口套压的影响规律。结果表明,钻柱偏心率、压井液表面张力越大,压井液最大注入排量越大,套压下降速度越快,压井时间越短;气柱体积、压井液黏度越大,压井液最大注入排量越小,套压下降速度越慢,压井时间越长。     

恒进气量欠平衡钻井方式气侵特征及井口压力控制研究

欠平衡钻井打开储层后,随着打开储层的厚度不断增加,储层进入井筒中的气体不断增加,引起井口含气率剧烈变化,从而造成井底压力的失控。计算了欠平衡钻井期间不同井深含气率的变化,分析了不同进气量和井口回压对井筒含气率的影响;在考虑井口回压对井底压力增加值影响的情况下,得到欠平衡钻井打开储层期间恒进气量时井口回压的计算方法。结果表明:井筒中的气体在井口处急剧膨胀,井口回压对井口段气体含气率影响很大,对500 m以下井段含气率影响很小;在恒定进气量下,打开储层厚度越大,井口回压越大,井筒恒进气量越小,需施加的井口回压越大。     

控压欠平衡钻井井口回压控制技术

控压欠平衡钻井揭开储层后,随着揭开储层的厚度不断增加,进入井筒中的气体量会不断增多,容易引起井筒压力的失控,形成复杂事故。为此,采用气液两相流理论计算了气体在井筒不同深度处的含气率变化,通过改变边界条件,分析不同的进气量和井口回压对井筒含气率的影响;考虑井口回压抑制井筒环空的段塞流中气体膨胀,进而对井底压力产生一个增加值影响的情况下,得到控压钻井钻开储层期间恒进气量时的井口回压计算方法。结果表明：控压欠平衡钻井的井口回压对井口位置气体膨胀影响较大,施加的井口回压值应考虑井筒含气率变化引起的静液柱压力的变化;为保持井底进气量一定,揭开储层厚度越大,需要施加的井口回压就越大;而揭开储层厚度达到一定值后,井口回压趋于稳定。该井口压力控制方法得到现场应用的验证,能够对控压欠平衡钻井井筒压力控制提供理论支撑。     

变梯度控压钻井井控过程中井口回压变化规律

为了准确掌握变梯度控压钻井井控过程中井口回压的变化规律,采用考虑密度突变的井筒气液两相变质量流动模型,分析了基于井底恒压的变梯度控压钻井井控过程中井口回压的变化,探讨了不同因素变化对井口回压的影响,并开展了最大井口回压影响因素敏感性分析。研究发现：变梯度控压钻井在控制井底压力恒定时井口回压的调节受气体膨胀、分离器位置处液相密度突变、套管鞋及海底泥线处环空变径等多个因素综合影响,其变化规律更加复杂;其他条件不变时,分离器与钻头间距越小、轻/重质钻井液密度差越大、地层压力越大、循环排量越小,循环排气过程中的井口回压越大;对于最大井口回压而言,地层压力、轻/重质钻井液密度差、分离器与钻头间距、循环排量的比变异系数值依次减小,敏感性程度也随之降低。研究结果可为变梯度控压钻井井控过程中的井口回压准确预测和井筒压力精细控制提供理论支撑。     

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本文将地层、井筒、井口考虑成一个相互制约,相互影响的连通体系。利用地层气体渗流数学模型,建立了天然气井空井压井的拟瞬态设计理论,解决空井压井的泥浆密度、排量、用量及立管压力、套压等参数的计算问题和施工控制问题。     

动态置换法压井参数计算

通过研究气液两相泛流现象,提出了一种压井液注入和气体排出同时进行的动态置换法。通过理论分析得出,动态置换法压井过程中应满足井底压力恒定,气体排出过程应满足物质守恒,压井液全部下落到井底应满足泛流条件,从而建立了动态置换法压井参数计算模型。模型计算得到的气液注入速度比和最大压井液注入速度与Ramtahal实验数据比较接近,可应用到现场动态置换法的压井参数计算。通过对比动、静态置换法压井曲线,得出动态置换法在压井排量比较低情况下,压井时间比静态置换法短,井口压力比较低,从井控设备安全及井控工艺角度来说,动态置换法优于静态置换法。给出了动态置换法压井施工工序,对现场的压井施工有一定的指导意义。     

气体钻井空井压井井筒气液两相瞬态流动数学模型

气体钻井钻遇高压、高产气层后往往要进行压井作业,空井压井期间,随着压井液的注入,井筒环空气液两相流动与地层渗流产气发生耦合作用,目前国内外对此研究都很少。为此,基于地层瞬态渗流理论和井筒气液两相流动理论,建立了气体钻井空井压井过程中地层瞬态产气与井筒气液两相瞬态耦合流动数学模型及其数值求解方法。实例模拟计算结果表明:(1)气体钻井空井压井是由气相空井筒—瞬态气液两相流动—纯压井液井筒的物理过程,同时也是一个地层瞬态渗流与井筒气液两相瞬态流动耦合的过程;(2)成功的压井作业需要井口回压、泵排量、压井液密度等关键参数的共同配合,其中控制好井口回压是保证压井作业获得成功的关键。结论认为,研究成果首次量化了气体钻井压井过程,对气体钻井空井压井施工参数的优化设计具有指导意义。     

深水动态压井钻井井筒压力模拟

动态压井钻井技术可有效解决深水表层钻井过程中出现的溢流或井漏、井塌等井下复杂事故。为研究深水表层动态压井钻井过程中的压力变化特征,结合动态压井钻井基本原理,建立了动态压井钻井井筒物理模型,通过设定海水和加重钻井液的初始排量、排量随时间的变化率,推导出了变排量、变密度模式下的动态压井钻井井筒压力数学模型。根据墨西哥湾深水钻井实例数据,计算分析了动态压井钻井过程中环空密度、环空压力、环空压耗以及井底压力随时间的变化关系。结果表明,动态压井钻井技术的关键在于通过实时调整海水排量、加重钻井液排量控制混浆密度,进而控制环空液柱压力,达到深水表层安全钻井的目的;机械钻速是影响井底压力的重要因素,机械钻速越大,由岩屑产生的附加密度越大,井底压力越大。     

气侵期间套压的控制作用分析

以环空气液两相流动为理论基础,建立了井筒气侵流动计算模型,同时给出了计算模型的数值求解方法。通过研究不同气体侵入速度和井口工作套压对侵入气体体积和井底压力的影响作用,分析了发现溢流后,在井口加压的控制作用,提出了在循环钻进时维持一定的井口工作压力,发现溢流后提高井口压力的控制方法。这种作业方式能够有效的减缓气体的侵入、已侵气体对井眼的影响作用,控制气侵流体在井眼中的膨胀运移,降低井控作业的风险。     

充气控压钻井关键工程参数研究

充气控压钻井技术将充气欠平衡钻井和控压钻井技术结合,主要应用于窄密度窗口和对 储层保护要求较高的低孔、低渗地层。结合充气钻井工艺特征,考虑注气初期井筒中气体运移 规律,建立了环空井筒多相流瞬态模型,并将计算值与实验测量值进行对比,验证了该模型的 稳定性和精度。模拟了截面含气率随井深变化规律,以及排量、注气量和井口回压调整时井底 压力动态变化规律。结果表明：带压１～２ＭＰａ 钻进可以大幅改善近井口处两相流流型,有利于 安全高效作业;在井筒压力控制对应的工程参数中,调整井口回压的时效性最高,排量其次,注 气量最差。研究结果为充气控压钻井中作业参数选取提供了理论依据。     

井身结构变化及尾管回接对井控的影响分析

在深井井身结构设计中,为了解决悬挂尾管后继续钻进是否需要进行尾管回接的问题,建立了钻遇高压气层发生气侵时的环空气液流动模型,模拟了井筒横向尺寸变化对环空气液两相流动规律的影响,分析了不同尾管悬挂深度下气侵过程中的井底压力、钻井液增量、监测到一定钻井液增量所需时间的变化规律,以及压井过程中套压峰值和套压峰值到达时间的变化规律。结果表明:尾管回接改变井身结构后,随着尾管悬挂深度的减小,井底压力和钻井液增量剧烈变化阶段先提前后延迟;尾管回接到井口后,溢流发现时间比尾管不回接时要短,有利于溢流的早期发现;在相同溢流量条件下关井,尾管回接到井口后的压井套压峰值比尾管不回接时大;套压峰值到达时间变化不显著。      

无安全压力窗口裂缝性地层五步压回法压井方法

采用常规压井方法处理无安全压力窗口裂缝性地层气侵时存在一压即漏、漏完仍喷的问题,为解决该问题,基于安全控制井筒压力并重建安全压力窗口的指导思想,提出了五步压回法压井方法。介绍了五步压回法压井的基本原理和挤压转向、平稳压回、逐步刹车、吊灌稳压和堵漏承压5个步骤,给出了压井液排量、漏失压差、井口套压和安全压力窗口等关键参数的计算方法。五步压回法压井方法自2006年开始在塔里木油田推广应用以来,控制了1 138井次溢流和38次井控险情,大大提高了压井成功率。研究结果表明,五步压回法压井方法能有效控制井筒压力,实现喷漏同存裂缝性地层的安全钻进。      

塔里木油田连续油管压井探索与实践

塔里木油田塔中I号气田属于典型的高温深层高含硫碳酸盐岩气田,S井在下完井回插管柱过程中,完井管柱底部浮阀失效,储层圈闭压力瞬间释放,导致了溢流后的井口高套压。由于该井套压高、井内管柱少、正挤压井无法挤入等特殊情况,常规压井方式均无法实施。利用连续油管压井方案论证、现场连续油管流动测试、压井应急预案演练等方法,证实了连续油管在该井压井的可行性,通过现场连续油管压井过程中的精细施工,安全处理了溢流高套压问题并压井成功,为特殊情况下的压井作业提供了一种新的参考方法。     

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直推法压井气井钻井液喷空后在井口装置可以关井、井内无钻具不能进行循环压井的情况下，综合考虑井口井下条件、地层压力恢复特笥和压井过程中的动态压力控制等因素的一种空井压井方法，该方法的关键是要掌握井内压井液液柱压力建立速度在井后地层压力恢复速度之间的关系，确定出套压变化的转折点，即压井是的最大套压值，以此作为压井的边界条件，设计合理的压井程序。经三口井的现场压井资料验证，理论计算结果与实际压井数据基本     

环空带压对深水水下井口疲劳损伤的影响规律

海洋深水油气井测试过程中,高温产液上返时会加热周围套管及多层套管环空内的液体,引起液体在密闭井筒环空中膨胀,产生环空带压。环空带压的存在会改变水下井口疲劳热点处的应力状态,进而对水下井口疲劳损伤产生不利影响,制约了深水油气井长期安全高效运行。为了给深水油气井的长期安全运行提供更加科学的指导,考虑环空液体物性参数、井筒环空液体热膨胀和环空体积变化的耦合影响,建立了水下井筒环空带压计算模型,采用迭代法对环空带压进行了求解,将获得的环空带压施加到水下井口有限元模型上,然后以高压井口头与表层套管的焊缝为研究对象,研究了环空带压条件下水下井口疲劳热点处的应力状态;在此基础上,分析了环空带压、水泥浆返高和高压井口头出泥高度对水下井口疲劳损伤的影响规律。研究结果表明：①环空带压的存在会加剧水下井口的疲劳损伤,压力越高,疲劳损伤越严重;②表层套管外水泥浆返高与泥线的距离越大,水下井口的疲劳损伤越小;③高压井口头出泥高度越大,水下井口疲劳损伤越大。结论认为,有效地控制水下井口的环空带压与合理地设计井身结构,有助于减少水下井口的疲劳损伤。     

深水钻井司钻法压井过程中立管压力和地层受力变化规律

深水钻井地层破裂压力低、钻井液密度窗口窄,溢流时采用司钻法压井,往往未控制溢流却又诱发井漏事故。因此采用深水司钻法压井时地层受力显得尤为重要。考虑节流管汇影响,利用流体动力学,建立了深水钻井司钻法压井立管压力和地层受力计算模型,分析了深水司钻法压井中立管压力和地层压力变化规律,给出了司钻法压井过程中累计泵入长度对应的立管压力、套压、地层受力变化曲线,结合地层破裂压力极限值,确定压井过程中最优压井排量。对于压井排量和钻具组合相同的情况,司钻法压井时,套管鞋越深,套管鞋处地层受力越大;深度大的套管鞋位置出现最大压力时间要早于深度小的套管鞋位置;当天然气柱顶部达到井深某处时,某处地层受力最大;当天然气柱顶部达到井口时,套管压力最大,并且地层受力最大值总是早于套管压力最大值。     

储层性质对压回法气井压井效果影响评价

压回法压井作为非常规井控的有效技术之一,可以减少和避免溢流井喷等事故中地面及平台的危险.目前对于压回过程的计算中,只针对井筒内流动进行研究,而没有考虑储层性质的影响,?因此不完全符合现场实际情况需求.为了研究储层性质对压回过程的影响,首先建立了井筒气液两相流动模型,然后综合考虑泥饼、储层污染带、储层渗透率、孔隙度和饱和...     

工作套压对气侵流体的控制研究

以环空气液两相流动的理论为基础,建立了井筒气侵流动计算模型,同时给出了该模型的数值求解方法。研究了不同气体侵入速度、井口工作套压对侵入气体体积和井底压力的影响,分析了发现溢流后井口加压的控制作用,提出了在循环钻进时维持一定的井口工作压力及发现溢流后提高井口压力的控制方法。这种作业方式能够有效地减缓气体的侵入及已侵气体对井眼的影响,控制气侵流体在井眼中的膨胀运移,降低井控作业的风险。     

起下钻过程中井喷压井液密度设计新方法

钻井起下钻过程中,操作不当容易导致溢流或井喷,而此时钻头不在井底,U形管原理不能描述此时的井眼状况。针对该种情况,基于气液两相流理论,通过分析钻头不在井底时溢流、关井和压井期间的井筒流体特性,建立了钻头不在井底的Y形管模型。利用Y形管的3个分支结构代表钻头不在井底工况下钻柱、环空和钻头以下井眼3部分,钻柱和环空部分的井筒压力特性可以用典型U形管原理分析,当分析关井和压井期间井底压力等压井参数时,应考虑钻头以下井段的流体特性,即Y形管结构下部分支的流体特性,据此,应用Y形管描述钻头不在井底工况下整个井筒的压力特性。基于该理论,给出了根据关井压力恢复曲线读取关井压力的时机,推导出了钻头以下井段的流体密度计算公式,并给出了压井液密度设计方法。实例计算表明,设计压井参数时,钻头以下井段的含气性对地层压力获取和压井液密度求取具有较大影响,因此,在设计压井参数时应首先分析其含气性。