用动态法研究井内波动压力

井内波动压力是管柱在充满流体的井眼内运动时所产生的附加压力。有时它会破坏井内压力系统的平衡而引起井喷、井漏、卡钻及污染泥浆和油气层等恶果。因此,准确可靠地预测井内波动压力是平衡钻井和合理设计井身结构的重要环节。但是,目前国内钻井工作者对波动压力的认识,一般仍停留在1954~1964年Clark、Burkhardt等学者以刚性管-不可压缩流体理论为基础,用固体类型分析法推导计算井内波动压力数学模型的水平上。而这一套稳态计算方法未考虑泥浆的可压缩性及管柱、井眼的弹性,因此其计算结果与实际情况出入较大。本文运用力学的基本原理,成功地预测了波动压力的变化规律,并且应用先进的测试工艺,实测了许多波动压力变化曲线,而后将理论研究和实验手段结合起来,运用动态分析方法,准确地预测了井底波动压力的变化规律,获得许多新认识。可为今后指导现场生产提供依据。     

管柱运动过程中钻井液粘附系数计算

管柱在充满钻井液的井眼中运动时会引起压力波动。钻井液粘附系数对于准确计算井内波动压力大小影响很大。文中基于钻井液粘附系数定义，推导了牛顿流体、幂律流体、宾汉流体、带屈服值的幂律流体（Ｈ─Ｂ流体）及Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ──Ｓｔｉｆｆ流体（Ｒ─Ｓ流体）等非牛顿流体的粘附系数表达式，为计算管柱运动过程中速度分布和摩阻系数大小提供了理论依据。     

计算井内波动压力的简单方法

管柱在充满钻井液的井内运动所产生的波动压力,会使井内压力系统失去平衡而引起井下复杂和事故。以往使用的波动压力计算公式比较复杂,计算误差较大。本文介绍二种井内波动压力的简单计算方法并列举出运算实例。本方法尤其适用于现场计算。     

非牛顿幂律流体压力特征非线性解

由于非线性项的限制，对于非牛顿幂律流体不稳态压力的解析解只能经一定简化得来。针对这一情况，提出了一种准确描述非牛顿幂律流体非线性渗流的数值解。以均质地层中一口注入井为例，经过差分计算得出无限大地层的典型曲线，并与解析解作了比较。同时考虑井筒存储和表皮系数的影响，计算并绘制了Gringarten图版。经分析认为非线性幂律指数n影响着非牛顿幂律流体的非线性压力特征。n值越大，无限大地层的数值解与解析解越接近，绘制的Gringarten曲线的上翘幅度越小。     

起下钻过程中井筒稳态波动压力计算方法

为了避免起下钻过程中井涌、井漏等复杂情况的发生,需要提高井筒波动压力计算精度。以槽流模型为基础,结合起下钻过程中的流体真实速度分布情况,根据井筒流体的连续性及相应的边界条件,分别讨论层流、紊流状态下的波动压力,建立了基于钻柱运动的稳态井筒波动压力计算模型,并采用数值解法对模型进行求解。结合现场生产数据分析发现:当起下钻速度由0.2 m/s增大至0.6 m/s时,波动压力由0.21 MPa增大至0.27 MPa;钻柱运动速度、流体流变性等条件不变,环空内外径之比由0.55增大至0.95时,井筒波动压力增加幅度由0.30 MPa增大至0.50 MPa。采用文献数据进行计算对比,结果表明:Burkhardt模型的计算误差多数大于8%,波动压力模型预测值与实测值的计算误差基本小于5%,符合精细控压钻井计算误差要求。研究结果表明,采用井筒稳态波动压力计算方法可以精确分析非钻井过程井筒压力,指导现场安全生产。      

基于四参数流变模式的钻井液稳态波动压力计算

现存的波动压力计算模型主要是基于宾汉流体、幂律流体以及赫巴流体所建立的。这几种流变模式在适用范围上都存在一定的局限性,近几年有人提出来一种四参数钻井液流变模式,该模式在不同剪切速率情况下都能精确的描述钻井液的流变特性。 基于四参数流变模式提出了一种直井条件下起下钻稳态波动压力计算模型,通过与现存的模型相对比可以得知,该模型具有很好的适用性。将该模型与Crespo室内实验相对比,结果也吻合较好。此外还分析了起下钻速度、钻井液流动指数、钻柱井筒尺寸比等参数的敏感性。该模型的提出可以对现场精确计算起下钻波动压力、确定安全起下钻速度提供有效的指导。     

基于赫巴流体的偏心环空波动压力数值模拟

基于牛顿流体、幂律流体以及卡森流体建立的偏心环空稳态波动压力预测模型计算过程对计算机的硬件要求较高,在现场条件下并不适用。为此,基于钻井液赫巴流变模式,利用Fluent软件对起下钻波动压力进行了计算,并将计算结果与现场广泛应用的压力模型及室内试验数据进行了对比验证。建模时采用一阶迎风格式对动量方程的对流项进行离散,壁面设为非滑移壁面。分析结果表明,数值模拟结果与现存的同心环空计算模型及同心、偏心室内试验结果具有很高的一致性,最大误差不超过8%;流动指数、钻柱井筒直径比以及钻柱偏心度对波动压力影响较大,在窄间隙工况或具有高流动指数流体的情况下应严格控制起下钻速度。     

高温高压油井套管下放波动压力研究

波动压力是破坏井眼压力平衡系统导致井喷、井漏、井塌及其他复杂情况的重要原因，其预测及应用在钻井工程中占有重要地位。在固井作业下套管过程中，主要表现为激动压力，通过控制套管下放速度来控制激动压力，从而实现全过程平衡压力固井，不压漏低压层和保护薄弱地层。波动压力预测作为非常规套管柱设计的主要因素，在海洋高温高压钻井中显得尤为突出。尽管动态计算方法能较准确地计算井底波动压力，但是从安全角度来考虑，稳态法更适合实际工程计算。     

孔隙压力变化对水平井井壁围岩应力的影响

针对水平井井壁围岩应力随井壁渗流压力变化的问题,考虑井内流体渗滤造成井壁岩石孔隙压力和孔隙度变化,推导孔隙度与井内流体压力和渗滤半径的理论关系,建立考虑孔隙压力变化的井壁围岩应力计算模型。应用模型计算表明：孔隙压力变化对井壁上径向、周向和轴向应力大小影响明显,渗滤带内随着距井眼中心距离增加,孔隙压力逐渐趋于地层初始压力,考虑和不考虑孔隙压力变化计算得到的径向、周向和轴向应力差值逐渐减小,在渗滤边界处考虑和不考虑孔隙压力变化计算得到的各向应力数值相等。     

幂律流体偏心环空波动压力数值解

钻井液性能和环空几何形状对波动压力影响很大.本文建立了双极坐标下非牛顿流体偏心环空稳态波动压力的控制方程,利用盒式积分法和有限差分法推导了椭圆型变系数非齐次偏微分方程的数值模型,以幂律流体为例计算了下套管作业时所产生的激动压力梯度和偏心环空速度分布.模型计算结果表明:随偏心度增加,波动压力减小,偏心环空宽、窄间隙内速度分布差异增大.管柱完全平躺于井眼下侧时的波动压力大约只有管柱居中时的一半.文中还把数值模型计算结果与经验模型和近似模型计算结果进行了对比.     

气体钻井过程中的瞬态流动分析

气体钻井过程中,调整钻井参数或者钻遇储层都会引起井内流体的瞬态流动。基于可压缩流体不稳定流动理论及地层流体渗流理论,建立了气体钻井过程中井简瞬态流动的数学模型。针对井内水动力体系的复杂特点,讨论了模型的定解条件,并对模型进行了数值求解。最后,文章对气体钻井中改变钻井参数以及钻遇储层两种情况井内气体的流动进行了计算,结果表明,增加注气量时井内压力波动不大,但钻遇储层会引起井内压力和流速的大幅度波动。     

固井注水泥时确定流体准确位置的方法研究

流体的位置直接影响着循环摩阻、静液柱压力等参数计算,因此准确的预测注入井筒内流体的位置是十分重要的。固井注水泥施工过程中,由于管串组合、井身结构以及施工排量等的变化都会影响流体在井内的位置,本文针对注水泥施工过程中流体流动特点和井内体积组成等对注水泥作业的影响进行系统研究,采用分段式体积计算方法较为精确的确定注入井筒内各段体积流体的种类、位置,能更好的预测井内动压力的变化情况,更加准确地计算注水泥施工动态参数,对提高固井质量,确保施工过程的安全具有重要的现实意义。     

管柱运动引起的井底压力变化的试验研究

井内波动压力的危害已众所周知,准确预测和描述其变化规律也是钻井工作者们所关注的问题。虽然现有的理论和计算方法已在现场广泛应用,但实测资料表明其误差为50％～100％。本文介绍了波动压力的现场模拟试验的工艺原理及其结果,这对修正现有的计算方法和指导现场生产具有重要的参考意义。     

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管柱在充有钻井液的井内运动时会引起波动压力,将使井内压力系统失去平衡而引起井喷、井漏、井塌或卡钻等井下复杂情况和事故。故准确预测和控制波动压力是钻井工作者关心的问题。本文提出了井内波动压力的动态模拟法,并对有关的影响因素进行了分析。     

宾汉液体直井稳态波动压力计算模式研究

为避免井下复杂情况的发生,严格控制起下钻或下套管等钻井作业过程中井内产生的波动压力,是钻井设计和施工必须考虑的重要问题之一。这就要求对实际波动压力的预测要有较高的精度,即需要精度较高的预测模式。多年来常用的波动压力计算模式为近似模式,存在一定的误差。为此,本文以宾汉流变模式为基础,从理论上推导并建立了直井起下钻或下套管过程中稳定层流条件下钻井液粘性所产生的波动压力计算模式——稳态波压模式。给出了便于现场使用的计算公式和图表。对钻井现场更好地控制起下钻或下套管速度和钻井液性能有一定的参考作用。     

用抽油井液面计算压力的两种方法及其效果对比

本文分析了抽油井用液面计算压力的两种方法后指出:混和法采用一段流体计算井底静压,即用大庆地区的松Ⅰ法推算地层压力,而用三段流体计算流压,这是逻辑上的矛盾。在计算流压时,未区分泡沫液面,因而计算值偏高,甚至高于地层压力。地层压力计算值误差太大的原因,主要不在于松Ⅰ法,而是建立的一段流体状态数学模型不符合油井情况,及取用的流体相对密度不合理等造成。“液面在井口不计算压力”不合理。应该推广系统法计算压力。     

用三段法计算机械采油井地层压力

介绍机采井用液面法计算地层压力后认为 ,地层压力计算值误差较大的原因 ,主要不在于松Ⅰ法 ,而是建立的一段流体状态数学模型不符合油井实际情况 ,以及取用的流体密度不合理等。研究认为 ,在大庆油田应广泛推广三段法计算地层压力     

溢流关井水击压力数学模型研究

溢流关井水击压力的大小直接决定了现场是采用“软关井”、“半软关井”，还是“硬关井”的关井方式。从溢流关井实际情况出发，应用质量守恒原理、牛顿第二定律建立了气液两相流的溢流关井水击压力数学模型，采用基于特征线法的有限差分法求解数学模型，同时编制了相应的计算机程序并进行了实例计算。计算表明：①所建立的数学模型，适用于“软”、“半软”、“硬”关井的水击压力计算；②“硬关井”、“半软关井”、“软关井”井内水击压力逐渐减小；③井内压力波动由井口到井底逐渐减小，井内为气液两相流时产生的压力比单相流更小。为了便于油气田应用，建议在瞬态模型的稳态化方面开展进一步的研究。     

非牛顿幂律流体渗流模拟研究

本文用数值模拟方法研究非牛顿幂律流体渗流的压力响应特征，得到如下认识：非牛顿流体井底压力响应的压降导数曲线与压恢导数曲线形状不完全一致；假塑性流体在均质地层中渗流的压导曲线上升，类似于远处物性变差非均质地层牛顿流体的压力响应；膨胀型流体在均质地层中渗流的井底压力响应的压导曲线下降，类似于牛顿流体在远处物性变好的非均质地层中渗流的压力响应。     

静压测试成果影响因素分析

地层压力恢复曲线和静压值是静压测试的两项主要成果、良好的仪器监测灵敏度、正确的计算音速、正确的油层中深数据和进油口数据、动液面数据是获得可靠地层压力恢复曲线和静压值的前提;注水强度、地层性质、流体性质、井间干扰、井深结构状况等因素使地层压力恢复曲线各段形状出现了不同程度的上翘、下降、弯曲等现象,分析其成因可判断地层性质及井下结构状况;地层阶段存水量或注水井吸水量和油井产油量的变化,使同一口井在相邻测试时间的静压值发生大的波动;外来流体参与液面恢复,使静压值偏高,分析静压值波动原因,可以了解地层压力的变化趋势及井身结构状况。