气体钻井关键点问题研究以及最小注气量计算

气体钻井技术不但具有避免井漏、泥页岩水化膨胀和储层污染等问题的优点,而且能够大幅度提高钻井速度,提高钻井速度4~8倍,有利于及时发现和有效保护储层及提高油气采收率和单井产量,特别对坚硬地层、致密储层勘探有着重要的意义。但是气体携屑困难、井眼堵塞等问题一直是阻碍该钻井方式推广的瓶颈问题,解决这些问题的关键技术之一就是最小注气量的确定。目前多数文献是用地层温度代替环空温度来进行最小注气量计算,但由于气体的PVT效应,温度受压力流速影响较大,若用地层温度代替环空温度存在较大误差。同时,以往最小注气量计算方法均将关键点设置为钻铤顶部,然而本研究中发现井筒内气体的携岩动能并非一定在钻铤顶部最小,井身结构和钻具组合对关键点位置的影响较大。应用温度-压力耦合计算方式,确定的气体钻井最小注气量与现场施工更加接近,在给定工况下,最小注气量误差在0.4%左右。     

环空压耗补偿的确定在SP11-12井的应用

在钻井现场中,在连续钻进状态,地层相对稳定、接单根或立柱正常,但一旦起下钻或井筒流体静止时间一长,溢流或井塌现象时有发生。究其原因主要是钻进时,环空压耗作用于井底,井底压力较大,在起钻或空井时,环空压耗消失,若忽视了环空压耗的补偿,井底压力较小,从而出现溢流或井塌现象。     

气体钻井环空水湿岩屑动力学研究

近年来,气体钻井与常规钻井相比有着不可比拟的优势,所以在国内得到了广泛的应用。但是在实际钻进过程中还是出现了一系列问题,当地层出少量水后,环空携岩就会出现困难,由于水湿岩屑表面包裹上一层液膜使得岩屑颗粒间存在液桥力,相比干燥颗粒更容易聚团。当出现大颗粒岩屑团时,就会导致卡钻等井下复杂情况发生。文章对水湿岩屑颗粒间液桥力以及水湿岩屑与环空壁面间液桥力进行研究;并结合迪西地区某井实际气体钻井设计井段进行建模分析;得出合理的注气量来优化关键点处携岩效率。     

控压钻井气侵早期控制技术探析

本文主要讨论控压钻井(MPD)技术中应用比较广泛的井底恒压法钻井(CBHP)技术,该钻井系统带有环空闭环装置和节流装置,通过节流系统施加回压来提高井底压力。在起钻、接单根时可以调节回压补偿循环摩阻损失,能有效防止气侵;在钻井过程中允许循环微至中量的侵入气体而无需关井,减少了非生产时间。     

空气钻井揭开天然气产层时关于回压的控制

空气钻井过程中,由于要保证将井底岩屑完全携带出环空,因此井口一般不施加回压。但是当钻遇产层的时候,如果地层出气量过高,过大的气体流速有可能将压井液体完全携带出环空,将会对随后的压井、完井施工造成困难。所以在产气量达到一个临界值的时候,就应该对井口施加回压适当的控制井底出气量。     

欠平衡钻井关井过程的储层损害分析

欠平衡钻井关井过程中,循环压耗的消失,使储层产生的天然气侵入井筒,且在环空滑脱聚集上升,导致井底压力发生变化。此时,如果井底压力高于储层压力,则发生钻井液瞬间侵入储层,造成比过平衡钻井更严重的储层损害,所实施的欠平衡钻井技术就不能达到保护储层的目的。本文针对冀东某井欠平衡井关井气侵的实际工况,建立了相应的储层-井筒耦合模型和储层损害模型,对井底压力变化进行了动态数值计算及储层损害评价。计算结果表明,瞬时关井产生的水击压力使井底压力陡增,2分钟后井底压力回到欠压状态,随着关井时间的增加,气体滑脱造成井底过平衡,此时不采取相应的排气灌浆措施将对储层造成更严重的损害。本文将为欠平衡储层保护和合理设计钻井参数提供有力的技术支持。     

泡沫钻井井底压力动态变化分析

泡沫钻井当地层流体侵入时,会使泡沫物性发生变化,直接影响泡沫在井筒的流动状态。基于计算流体力学和多相流的相关理论与研究方法,考虑地层流体的侵入,建立了泡沫在环空中流动的瞬态计算模型,分析了不同注液量、注气量和井口回压下井底压力随时间变化规律。研究结果表明,当注液量、注气量和井口回压不同时,地层流体侵入对井底压力的影响变化非常明显:地层水侵入使得井底压力增大,地层气体侵入使得井底压力降低;在地面可通过合理的设计注液量、注气量和井口回压来实现地层流体侵入时井底压力的控制。     

模拟分析小颗粒对T型管的冲蚀

T型管道在天然气输送中较为常见的管件,气体在管道内流动时流向会发生改变导致气体直接冲击管壁,此时气体内夹带的微小颗粒也会冲击管壁,形成冲蚀降低管道输送的安全性。为了充分了解颗粒对管壁冲蚀影响,以两端为入口,一端为出口的T型管为研究对象,利用FLUENT模拟不同流速下产生的冲蚀情况。在T型管的一个入口端注入小颗粒并且保持入口条件不变,另外一个入口端不加颗粒而改变气体的速度来观察产生冲蚀的情况。结果显示改变无颗粒进气端的速度会对冲蚀的位置产生影响,同时冲蚀的程度也会产生一些变化。对比分析在不同气体流速下管道内压力云图、速度云图和流线图,来揭示颗粒的运动规律进而说明气体流速对于颗粒对于管壁冲蚀的影响。为实际生产中确定管道危险位置提供依据。     

欠平衡钻井技术在BS6-7井中的应用

常规钻井中,钻井液的静液柱压力一般稍大于地层压力。欠平衡钻井是钻井液的静液柱压力远小于地层压力。在这种情况下泥浆就很难再大量渗入地层中,从而保护油气层。同时负压差能够降低井底岩石的破碎强度、促使岩屑及时脱离井底,因此可以大幅度提高钻速,这就是欠平衡钻井的破岩机理。     

基于fluent的连续油管水力喷射冲蚀数值模拟研究

连续油管的水力喷射环空加砂压裂技术可以对储层进行大规模、高效率的改造,是解决我国多层压裂难题的有效手段。但是在水力喷射环空加砂压裂中,由于砂体在湍流下的高速运动,连续油管管壁会受到严重的冲蚀。为全面了解连续油管冲蚀规律及影响冲蚀率的因素,预测和防治连续油管冲蚀磨损,尽可能延长连续油管的使用寿命,本文基于fluent软件对连续油管水力喷射过程中携砂造成的冲蚀进行了仿真模拟,重点分析了管壁冲蚀率与流体密度、流体粘度、砂粒球型度、砂粒直径等参数的关系,对于连续油管水力喷射环空加砂压裂中的冲蚀问题加以完善。     

基于螺旋流场的井底压力模型

通过研究偏心环空螺旋流场的基本方程,构建井底压力计算模型。模型能较好的反应水平井、大位移井的井底压力状态,特别是在高速钻井过程中,环空流场为螺旋流场。流场的改变对井底压力的计算结果影响比较大。文章模型是建立在螺旋流场基础上,计算出的结果较常规模型较为准确,现场应用取得了较好的效果。     

气体钻井注气量对钻柱振动的影响研究

气体钻井中,高速气流在流道截面突变处产生振荡,加剧钻柱振动从面导致钻柱的不稳定或失效。基于气体在环空的流速和压力的理论计算,使用ANSYS软件仿真了气体在环空中的返速及压力及气体对钻具的冲击作用,进而分析注气量对钻柱振动的影响。研究表明:流道截面突变这些区域,钻具在高速流体的作用下,发生了变形;环空流体在钻杆和钻铤连接处,环空流体的流速在一部分区域会出现死区。钻柱的各阶纵向振动频率和横向振动频率随注气量增加而增大,且对高阶频率的影响较大。     

影响钻具偏磨因素浅析

随着石油天然气勘探开发形势变化及钻井技术的进步,钻井生产已转向深井及超深井、大位移水平井等特殊工艺井,因此对钻具的强度、重量、几何尺寸等提出了更高的要求。为降低环空压耗,提高钻杆接头的抗扭强度、增加钻具寿命、减小水力损失,双台肩等特殊钻具螺纹使用量逐步增多。在使用过程中,发现钻具偏磨情况增多,且修理速度低,调查造成钻具偏磨原因,提出解决办法、加速双台肩钻具螺纹修扣速度、达到钻具使用最优化目的是我们急待解决的问题。     

垂直气井气流携砂模型室内研究

在气井开采过程中,若气体流量太大,会对井口设备产生严重的冲蚀、磨蚀损坏;若气流量过小,则砂粒不能够被携带出井口而堆积在井底造成砂堵油管、躺井等严重事故。所以,确定一种能够实际应用的临界携砂模型至关重要。本文借助自发研制的垂直井筒携砂实验装置,对气流携砂模型进行室内研究,研究了不同气量和压力下气流携砂状况,分析实验数据得出,所确定的模型对油田生产具有一定的指导借鉴意义。     

提高大井斜侧钻井井眼净化效果

本文分析了大井斜侧钻井施工中,岩屑床的形成机理及其危害,分析了清理岩屑床——即井眼净化效果的主要影响因素;提出提高大井斜侧钻井井眼净化效果的方法:选择合理的环空返速,优化钻井液性能,滑动钻进与复合钻进相结合,分段循环和短起下,重塞配合高速旋转钻具携岩;该方法在现场应用效果较好。     

空气钻井环空气固两相流三维数值模拟

应用CFD软件对空气钻井环空气固两相流动进行数值模拟研究。模拟结果显示,不同入口速度条件下,压强分布的趋势基本一致,气体入口速度越大,压强速率变化越快;在斜井中,空气和岩屑的速度分布并不均匀,环空区域明显大于近壁面区域,最大流速发生在井筒环空区域上部,当气体流速与岩屑速度接近时,携岩效果并不理想;井筒内岩屑浓度的分布并不相同,环空区域岩屑的平均浓度明显大于近壁面处。     

射流钻井技术新进展

随着石油和天然气的不断的消耗,油气资源随着不断枯竭,石油开采的方向逐渐的向深部油藏、边缘油藏、稠油油藏方向发展。随着钻井条件的不断复杂,钻井的成本越来越高、钻井速度也越来越慢、钻井所消耗的时间也越来越长。在石油钻井中亟需一种新的破岩效率高、钻井速度快的钻井新技术。在油气钻井的实践中已经表明,喷射钻井技术能够较大幅度地提高钻井速度,其实质是通过射流在井底辅助钻头破岩,提高了井底破岩效率。为此,本文介绍了几种新型的射流钻井方法,研究和分析了这些方法的提高钻井速度的机理。现场应用结果表明,新型射流技术能够较大幅度地提高机械钻速,具有广泛的研究和开发应用前景。     

射流钻井技术新进展

随着石油和天然气的不断的消耗,油气资源随着不断枯竭,石油开采的方向逐渐的向深部油藏、边缘油藏、稠油油藏方向发展。随着钻井条件的不断复杂,钻井的成本越来越高、钻井速度也越来越慢、钻井所消耗的时间也越来越长。在石油钻井中亟需一种新的破岩效率高、钻井速度快的钻井新技术。在油气钻井的实践中已经表明,喷射钻井技术能够较大幅度地提高钻井速度,其实质是通过射流在井底辅助钻头破岩,提高了井底破岩效率。为此,本文介绍了几种新型的射流钻井方法,研究和分析了这些方法的提高钻井速度的机理。现场应用结果表明,新型射流技术能够较大幅度地提高机械钻速,具有广泛的研究和开发应用前景。     

气体钻井地层流体冻结技术研究

气体钻井中往往遇到地层出水的复杂情况,当地层出水量达到5m3/h以上时,地层出水后水与岩屑粘结在一起,在钻杆上形成泥包,容易引起井眼缩小、循环阻力增大,严重时发生卡钻、井壁失稳等复杂情况,导致无法继续实施气体钻井的施工,必须转化为常规钻井方式或泡沫钻井方式。目前气体钻井期间所应用的地层出水封堵技术主要分为物理封堵和化学堵水,然而其封堵效果均比较有限,文章通过理论研究并运用有限元模型进行地层流体冻结技术研究,以便能从根本上解决气体钻井出水后引起的井壁稳定及防卡问题。     

关于微量气体传输问题的分析研究

目前在天然气现场采集和室内检测中所用到的集气袋种类繁多,但没有与之配套使用的微量气体密闭传输通道。因此,在现场用集气袋采集天然气时,经常出现气体外泄或集气袋受力过猛过大而被胀破的现象;在室内气体分析中经常导致还未达到仪器要求的进气时间,而集气袋中的气体已经被排空的现象。这就造成很大的资金浪费,也对周围环境造成一定的污染,最主要的是检测结果不准,无法满足GB/T13610-2014 《天然气的组成分析(气相色谱法)》的要求。为此,笔者研制一种多功能微量气体传输装置。大量实践证明,这种多功能微量气体传输装置能与现有的各种集气袋接口密切匹配,能够有效解决气体平稳采集及分析检测中气体顺畅传输而不外泄等问题。