失控着火井天然气喷流燃烧火体力学行为研究

量化井喷失控井喷流、燃烧火体及其响应域速度、压力、温度场分布规律对失控着火处理方案分析、处理设计及处理作业都具有重大意义。文章分析了失控井天然气喷流录相，并根据自由紊动扩散射流理论分析了失控着火天然气喷流及燃烧火体的力学行为。结果认为：喷流速度大于火焰燃烧速度段为轴对称（圆形）自由紊动射流，燃烧火体段是由于紊动射流的脉动而卷入环境空气与喷流（燃料）混合燃烧的；当未着火段接近井口时可被视为紊动扩散燃烧火焰，而当未着火段远离井口时则可被视为紊流部分预混燃烧火焰。在建立了失控井天然气喷流及燃烧火体物理模型后，可进而建立相应的数学模型以定量描述喷流、燃烧火体及其响应域的动力学参数。     

钻井井喷失控井喷流出口速度预测方法研究

失控井喷流出口速度、喷口内压力、喷层产量都是井喷失控处理方案设计、作业施工中重要的基础数据。由于井喷失控井井口环境条件复杂，井喷失控后无法在井口安装测量仪表及在高速喷流中放入参照物，不能直接获取以上数据。文章利用地质、钻井过程获得的地层物性参数和气体动力学方程，探讨井喷失控井天然气喷流在不同井筒流动尺寸及组合的喷流速度预测模型，可应用薄剪切模型或RNG修正的k-ε模型定量描述速度场、温度场、浓度场颁。为井喷失控井处理方案设计、施工作业提供基础数据。     

海上导管架生产平台井喷失控处置方案

海上导管架生产平台井喷失控会造成巨大的人员伤亡、财产损失和环境污染。该文阐述国内外浅水井喷失控处置现状，分析导管架生产平台井喷失控处置的难点，提出针对性的井喷失控处置方案，涵盖消防喷淋、井场勘察、清障、重建井口、救援井、压井六项技术措施，为今后导管架平台的井控抢险作业提供技术指导。     

含CO2天然气井井喷流场特征

为研究含CO2天然气井井喷后的流场特性进而为确定安全防护距离提供科学依据,采用流体力学理论与计算流体力学(CFD)技术相结合的方法分析了井喷的流场特征,阐述了井喷流场各个阶段的扩散机理,模拟所需的定解条件及数值计算方法.井喷整个过程可划分为临界流、等熵膨胀、可压缩射流、不可压缩射流、重气扩散和非重气扩散6个阶段.采用CFD模拟方法模拟得出含CO2天然气井井喷气体速度场,气体膨胀速度可达700 m/s以上;分析了CO2浓度分布规律,在等熵膨胀区的内层区域CO2气体质量浓度均匀分布,而在外层区域内,CO2 的质量浓度急剧降低,CO2质量浓度随扩散距离的变化符合高斯分布.理论预测与模拟结果具有很好的一致性,表明提出的井喷流场理论分析与CFD模拟方法是切实可行的.     

井喷关井水击压力计算及可靠性分析

钻井过程中,发生了溢流或井喷,应立即关井。关井过程中,防喷器需经受关井产生的水击压力作用。该文对井喷喷流为天然气、钻井液和气液两相混合物三种情况下的关井水击压力进行分析计算,并以此进行了关井可靠性分析。分析认为,仅在井喷喷流为钻井液且喷流速度较大时,关井方式应选择“软关井”,以降低关井水击压力,其他情况应选择“硬关井”,以减少地层流体侵入。     

浅海井喷抢险作业难点及后续研究方向探讨

海洋油气勘探开发面临巨大的风险和挑战,尤其海上井喷失控的处置,极为困难。为了研究海上井喷失控的应急抢险技术,此文通过调研国内外海上井喷失控处置案例,分析了浅海井喷抢险作业的局限性,阐述了陆地成熟的井控应急抢险流程及国外水上井口井喷失控后采用的源头控制法,指出了我国浅海井喷应急抢险领域存在的不足,并对我国下一阶段浅海井喷应急发展方向提出了建议。     

新型深水钻井井喷失控海底抢险装置概念设计及方案研究

针对目前深水钻井井喷失控抢险方法及装置极其缺乏,井喷失控后带来重大经济损失和环境污染等问题,通过对深水钻井井喷失控抢险过程中的固体力学和流体力学特征分析,提出了一种新型深水钻井井喷失控海底抢险装置概念设计,并以墨西哥湾"深水地平线"钻井平台爆炸井喷事故为例,验证了所设计的深水钻井井喷失控海底抢险装置的科学性和可行性,在此基础上制定了多种抢险方案。本文成果对深水钻井井喷抢险装置的研发及抢险方案的制定有一定参考价值。     

深水钻井井喷事故情景构建及应急能力评估

深水油气开发面临着巨大的风险和挑战,尤其是在油气开发过程中如果发生井喷失控事故,应急救援将十分困难。采用重大事故情景构建方法,建立南中国海某深水探井在钻井期间发生井喷失控事故情景,包括从溢流发生到井喷失控、平台发生火灾爆炸、平台倾覆沉没、水下应急封井及打救援井、溢油回收处理及生态恢复,并对应急救援必须的工程技术、设备、人员等需求进行分析和评估,对我国下一阶段开展应急救援技术研究提出建议。研究结果对我国自主建立深水钻井井控应急救援工程技术体系有一定参考意义。     

70MPa无火花井口安全切割装置研制及应用

井喷失控着火后，抢险救援通常需要切割井口周围障碍物、已损毁井口等，由于井口装置、障碍物等尺寸大、本体厚，切割设备在近井口极端恶劣条件下使用寿命短，导致切割效率低、作业人员安全风险高等问题。针对上述难题，优化了切割浆体射流方式，设计了双喷头结构、可互换行星减速机构、锥直型切割喷嘴等核心部件，并对喷嘴等关键设计参数进行模拟分析，优化改进，研制了适用于井喷失控井的远距离水力喷砂切割装置，有效提高切割作业效率，降低抢险救援人员近井口作业风险。     

罗家16井井喷失控解读--过平衡钻井中的井控问题

由于井内平衡、过平衡条件可以演变成欠平衡引发井口溢流和诱发井喷，因此，钻井全过程中连续观察出口管流态和定时观察循环罐液面。起下钻中连续观察出口管，记录、核准应灌钻井液量仍然是发现溢流的最为有效的办法。有条件时，通过人工和仪表测量记录同时进行。特别是起钻灌浆的记录报表格式必须反映液面的动态变化，包含预测灌入量、实际灌入量、误差等内容，同时规定要求强制灌满见返的间隔时间。结合重庆“12．23”罗家16井井喷失控重大事故，收集整理了事故发生之后所能找到的有关的资料和数据进行分析推算，对该井在某些特定地质条件和井身状况下发生井喷的原因进行分析讨论。     

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。      

酸性气田井喷点火有效空间范围数字模拟

在井喷酸性天然气形成射流的可燃空间范围内进行主动点火是控制酸性气田井喷事故危害范围与危害程度的有效方法。对含CO₂、H₂S的天然气井喷情况进行了理论分析,建立了与实际情况接近的几何模型,采用CFD模拟的方法,对不同压力、不同风速、不同酸性气体含量的井喷情况进行了模拟研究,获得了射流速度场、浓度场,得到了不同情况下的有效点火空间范围。     

控制压力钻井气体溢流处理方法分析与改进

控制压力钻井(MPD)发生气体溢流后,如果处理不当有可能会造成进一步的溢流或者井漏,甚至会发展成为井喷。为解决以上问题,分析了控制压力钻井过程中影响井底压力稳定和井控安全的主要因素,给出了控制压力钻井最大允许气体溢流量的计算公式,并提出了一种控制压力钻井补液、排气新方法。通过数值模拟以及全尺寸井筒实验,证明了补液排气新方法的可行性,完善了控制压力钻井气体溢流的处理方法。     

井下有积液气井的产气剖面解释方法研究

气井内最常见的是气水两相流动.当井底有积液时,气体携带积液连续流向井口,其所携带的积液由于重力影响在井筒下部上下循环流动,这一现象会造成对井内流体的产量解释误差很大.目前国内外常用的漂流模型、滑动模型、均流模型等均不能描述这种特殊情况.基于此,在测试仪器已无法解决该问题的情况下,利用浮力射流理论提出了井筒中局部积液段气液两相流动的概化模式.应用多相混合物模型对井筒中的气液两相紊流运动进行了数值计算,其中雷诺应力采用标准k-epsilon紊流模型和壁函数方法封闭.在计算区域的进口处给定均匀来流速度,在出口引入压力边界条件.计算结果验证了气体射流推动积液运动和形成积液自循流的模式.根据计算结果修正各分层产水量的计算方法,为储层评价和工程作业提供了一种全新的途径.     

从典型井喷案例谈一次循环法压井工艺

一次循环法压井方法（即工程师法、等待加重法）是常规压井方法,但在应用中常因套压控制不当等原因,导致压井失败。以元坝272-1H井和清溪1井压井作业为例,分析认为对井内压力平衡问题认识不到位、套压控制不当、压井排量不合理等是导致一次循环法压井失败的主要原因,并以井内压力平衡控制为基础,给出了环空仍然有钻井液和环空喷空2种情况下的一次循环法压井参数计算方法与压井工艺,该压井工艺在HF203井井喷压井中进行了成功应用。研究与应用表明,基于井内压力平衡的一次循环法压井工艺,对于能够正常循环的溢流井喷,具有非常好的可操作性,能够实现快速压井成功。      

海上井喷抢险“三分支”引火筒结构设计

针对目前海上生产平台出现的井喷失控事故, 设计了“三分支”引火筒装置。在从源头控制井喷抢险作业时能够借助“烟囱效应”将流体/火焰引至上方，降低井口区温度，提高井喷抢险作业的安全性。“三分支”引火筒装置主要由引火筒、悬挂筒、主轴及悬挂装置、锁定及支撑装置组成。作业时可根据井口分布调整3个引火筒之间的角度和高度，配合钢丝绳和绞车进行井喷抢险作业。对各部分结构进行了阐述并且对结构强度及恶劣工况下的吊装进行了有限元分析。分析结果表明:装置强度满足要求；在200×104 m3/d气井井喷环境下最大等效应力为492 MPa，最大偏移量为348.02 mm，在6级风环境下最大等效应力为495 MPa，最大偏移量为353.12 mm，均满足抢险作业需求。研究结果可为生产平台井喷抢险引火筒研发提供参考。     

深水浅层气钻井风险评估与控制技术

在深水油气田开采过程中常钻遇浅层气,浅层气是聚集在海底的超压气体,由于预测难、控制手段少,通常采用更换井位的方式对存在浅层气的区域进行规避,严重制约了钻井井口选址范围,甚至无法实现油藏勘探目的。基于ANSYS Fluent软件,采用VOF模型和k-ε湍流模型,建立了浅层气放喷多相流体瞬态流动计算模型,得到了不同压力系数、储藏规模和井眼尺寸条件下的浅层气喷流特征,建立了基于气藏压力、储藏规模的浅层气放喷数值模型,提出了对处于中高风险等级的浅层气采取主动放喷技术的防治方法。该研究对主动应对浅层气地质灾害具有理论指导意义。     

气侵期间环空气液两相流模拟研究

钻井过程中地层气体一旦侵入井眼,环空中会形成气液两相流,如果控制不及时或不当,极有可能产生井喷。为研究气侵期间环空中气液两相流的流动规律,以及时控制气侵及防止井喷的发生,以空气—钻井液为介质,分析了垂直井眼环空中气液两相流流型,建立了环空流场的物理流动模型,采用标准k-ε模型对紊流场进行模拟计算,在模拟条件下,得出了气侵发生前后环空气液两相流的流动规律与气侵期间井眼流体实际流动情况相符,并给出了气侵发生后,流体流型转变、气体运移速度及气体在环空空间上的分布规律。计算结果对井控计算机模拟研究具有一定的指导意义。