气体钻井注气量计算方法研究进展

气体钻井过程所需注气量是关系到气体钻井成败的重要参数。目前计算气体钻井所需注气量的3种方法各有不足,根据这些方法得出的计算结果与现实情况都有差异,有时差异还很大。为了准确计算气体钻井所需注气量,应对影响气体钻井注气量的因素进行深入研究并对现有计算方法进行改进。经过对现有方法的分析,建议应从以下几个方面进行深入研究：①建立准确计算气体钻井时环空流体温度的模型以确定温度对注气量的影响;②应用气液两相流理论分析气体携水能力,以确定地层出水时气体钻井所需注气量;③钻屑直径对气体钻井所需注气量的影响;④气体钻井所需注气量与井斜角的关系;⑤对“关键点”处钻具外形进行优化设计以改善该处气体的携岩能力。     

气体钻水平井气体携岩能力分析

气体钻井技术在国内外应用很广泛,它主要被用来提高机械钻速、发现油气层和解决井漏等问题.注气量是气体钻井中的关键参数,但是目前关于气体钻水平井注气量的计算仍是一个比较困难的问题,计算值与现场实际用值差距很大,给实际钻进带来了很多困难.对气体钻水平段的岩屑进行了受力分析,并应用散料力学和气体动力学,分析了不同岩屑堆积状态下不同井斜角、不同尺寸和不同摩擦系数时,岩屑堆积中边界岩屑起动对标准状况下气体速度的要求.认为不仅水平段钻柱贴近下井壁处岩屑携带困难,在大井斜角井段岩屑携带也很困难.该分析结果可为气体钻水平井有关流动计算提供理论参考.     

提高气体钻井携岩能力的方法及应用

目前气体钻井最小注气量的计算方法仅适用于岩屑在井底被钻头破碎,而未考虑其通过环空向上运移时被二次破碎的情况,但钻头在井底对岩屑的破碎往往不够彻底,很多岩屑必须在井底以及窄环空井段发生撞击和碾磨,经过二次破碎后才能被气体携带出井。岩屑的二次破碎主要发生在钻头、扶正器等环空突然变窄的位置,其二次破碎效率主要与岩屑向上运移的速度和钻具转速有关。通过引入二次破碎因子B,修正了岩屑粒径的理论计算公式,并通过现场取样分析,给出了B值的取值范围。以修正后的计算方法为指导,提出了通过提高转盘转速、选择适当的注气量来提高气体携岩效率。     

气体钻井最小注气量模型的优化

气体钻井施工中保持合理的气体体积流量对钻井的成功至关重要,为实现气体体积流量的准确预测,根据修正的Tabatabei携液最小动能理论,结合考虑岩屑和侵入流体影响的环空压降计算方法,建立了气体钻井连续携岩、携液的最小注气量模型。其中,Tabatabei携液最小动能理论的修正考虑了温度对表面张力的影响及雷诺数和液滴球形度对曳力系数的影响;由于模型所确定的最小注气量是地面条件下的,因此引入了原油体积系数、天然气体积系数、地层水体积系数来表征温度、压力对油、气、水等流体的影响。模型计算结果分析表明,气体钻井连续携岩、携液需要更大的注气量;注气量的大小与机械钻速、环空截面积、井口回压有关。     

气体钻井最小气体体积流量计算新方法

目前气体钻井时主要采用Angel模型计算注气量,但与实际注气量相比,Angel模型的计算结果往往偏小。为此,结合最小速度理论,首先计算得到携带岩屑所需的最小流速,然后采用最小动能方法求解气体钻井所需的最小气体体积流量。考虑气体流量、环空截面积等因素对气体钻井所需最小气体体积流量的影响,引入颗粒群系数与阻力系数对计算结果进行了修正,使求解得的气体钻井最小注气量更加准确。计算结果表明,修正模型的计算结果比Angel模型更符合现场实际情况,机械钻速、井眼直径对气体钻井最小气体体积流量的计算结果也有很大影响。      

空气钻井携岩及防燃爆最小注气量计算方法

空气钻井是一种特殊的欠平衡钻井方式,当钻遇气层时,天然气就会侵入井内与空气混合,在井下高温高压的环境下极易发生燃爆。注入的空气量既要能有效地携带岩屑,又要能防止井下燃爆。针对空气钻井中确定最小注气量的难题,根据修正的Angel模型,应用最小动能法和最小速度法,建立了携带岩屑的最小注气量方程;根据气侵速度和甲烷在井下的燃爆极限,通过控制甲烷的体积浓度,得出了防止燃爆最小注气量的计算方法;通过计算机编程,对川中某气田空气钻井的最小注气量进行了计算,其结果与实际作业中的最小注气量数据非常吻合。     

气体钻大斜度水平井最小注气量计算方法研究

针对气体钻井如何确定合理的钻井流体力学参数的难点。以前沿用的气体钻井参数计算方法，因其依据的假设条件带有局限性，其设计气量都比实际情况偏小。为此，通过钻铤与钻杆交界面、套管与裸眼交界面进行分析和判断，以空气钻井流体力学参数设计为依据。从力学分析入手，根据空气动力学翼型的气动特性，引入薄翼理论，对岩屑颗粒进行受力分析，探讨了气体钻大斜度水平井有效携带岩屑的最小排量问题。在此基础上，提出了计算气体钻大斜度水平井流体力学参数的方法和公式，并且利用数值模拟软件对井内环空压力分布规律、环空携屑能量分布规律进行了分析，确定了水平井携岩的最小气量。计算结果与油气田实际应用情况符合性较好。     

气体钻进过程地层液体侵入量计算及携液规律研究

气体钻井具有大幅提高钻速和单井产量、有效防止恶性井漏的技术优势,是深井提速、大规模低品位油气资源高效勘探开发的关键技术方法,然而一旦地层出液后,井筒内的岩屑与地层侵入液相互作用,可能造成井内泥包和井眼堵塞的井下复杂事故,常常导致钻井失败。文章基于随钻试井和井筒多相流理论,建立了气体钻井 过程中非均质圆形封闭地层瞬态产液理论模型,并提出了考虑液滴大小和液滴变形特征的气体携液能力计算方 法。通过室内实验台架模拟了气体钻井地层出水后的动态携液过程,表明理论携液量与实际携液量相符。结合现场气体钻井实例计算得出地层的产液量与地层物性、钻井参数等相关;增加注气量和降低气液两相界面张力能够有效地减小液滴尺寸,提高气体钻井的携液能力。     

非水化地层微量出水后气体钻井最小注气量理论研究

气体钻井过程中,当钻遇水层时,地层出水容易造成岩屑聚并,影响井眼净化效果,严重时会导致施工无法正常进行,因此地层出水是限制气体钻井应用范围的最大障碍之一。当地层微量出水时,可采用增大气体注入量的方法继续钻进,而计算增加多少气体注入量是关键。前人只研究了地层大量出水条件下,地层出水量与注气量的关系。为此,在前人研究的基础上,对气体钻井过程中地层微量出水时的携岩基本规律和有关理论进行了研究,并对气体钻井过程中最小气体注入量模型进行了分析和修正,从而推导出了确定地层微量出水时气体钻井所需最小注气量的计算公式,以方便现场计算地层微量出水时所需的最小注气量,指导气体钻井安全顺利进行,以达到提高钻井速度、节约钻井成本的目的。      

空气钻井防止井下燃爆体积流量计算方法

针对空气钻井中较难确定最小注气量的难题,注入的空气既要能有效地携带岩屑,又要能防止井下燃爆。基于修正的Angel模型,根据井底和井口岩屑粒径的变化,考虑岩屑多次碰撞、重复破碎造成的能量损耗,应用最小动能法建立了携带岩屑的最小注气量方程;根据天然气进入井内的速度和甲烷在井下的燃爆极限,通过控制甲烷的体积浓度,得出了防止井下燃爆的注气量的计算方法。