封闭地层有限导流垂直裂缝井压力分析

根据不稳定渗流理论,讨论了封闭地层有限导流垂直裂缝井完整的压力动态表现特征,给出了中期径向流动和晚期拟稳态流动新公式及压力导数曲线准则双对数图。通过实例说明了压力导数曲线准则的应用方法。     

裂缝性地层钻井液漏失动力学模型研究进展

为了有效预防和控制裂缝性地层中可能发生的井漏,需要明确钻井液漏失原因,了解钻井液漏失特征及规律,准确预测原地裂缝宽度。借鉴油藏数值模拟和试井的研究思路,通过建立钻井液漏失动力学模型,可以分析井漏的影响因素,反演裂缝宽度,诊断漏失类型,揭示漏失的特征及规律,为防漏堵漏技术研究提供新思路。综述了钻井液漏失动力学模型的研究进展,详细分析了一维径向漏失模型、一维线性漏失模型及二维平面漏失模型的优缺点,阐述了钻井液漏失模型的应用情况,指出耦合井筒压力系统的漏失模型、裂缝网络漏失模型及缝洞型地层漏失模型是今后的主要发展趋势。      

裂缝性地层钻井液漏失动力学模拟及规律

井漏是裂缝性地层钻井过程中较为常见的井下复杂情况之一,为从本质上认识漏失的发生机理,以流体动力学为基础,将钻井液看作宾汉流体,裂缝看作是表面粗糙、指数变形、存在倾角的二维单条裂缝,建立了宾汉流体在二维粗糙裂缝内漏失控制方程。运用有限单元法对漏失控制方程进行了求解,基于所建立的模型分析二维粗糙裂缝中钻井液的漏失规律。研究结果表明:裂缝越光滑,漏失速率与累积漏失量越大;裂缝倾角对漏失速率影响较小,对累积漏失量有一定的影响;裂缝面积越大,漏失速率与累积漏失量越大;裂缝长度越小,漏失速率与累积漏失量越大;裂缝宽度越大,漏失速率与累积漏失量越大;井底压差越大,漏失速率与累积漏失量增加明显;流体动切力对漏失速率影响不大,对累积漏失量有一定的影响;塑性黏度越小,漏失速率与累积漏失量越大。     

裂缝性地层钻井液漏失模型及漏失规律

针对裂缝性地层钻井作业时的钻井液漏失问题,采用幂律模式钻井液,将地层中裂缝看作任意倾角、可变形、裂缝面粗糙且存在滤失的二维单条裂缝模型,引入裂缝力学开度和裂缝迂曲度参数表征裂缝面粗糙度对钻井液漏失规律的影响,推导了钻井液漏失模型,并基于该模型分析了钻井液漏失规律。研究结果表明,幂律模式钻井液的剪切稀释性会造成漏失初始阶段漏失速率的升高;钻井液漏失速率随裂缝迂曲度变大而减小,随着裂缝开度增加裂缝迂曲度对钻井液漏失速率的影响降低;初始裂缝开度、裂缝倾角、裂缝面积、裂缝长度越大,钻井液漏失速率越大;矩形裂缝的钻井液漏失速率低于正方形裂缝;裂缝面滤失综合系数越大,钻井液漏失速率越高;井眼与裂缝相交于裂缝中心位置时钻井液漏失速率最高;随着井底压差增大,钻井液漏失速率明显升高;裂缝法向刚度越高,钻井液漏失速率越小。     

碳酸盐岩裂缝—孔隙性地层钻井液漏失模型

针对碳酸盐岩地层钻井作业时的钻井液漏失问题,基于双重介质理论,建立了适用于裂缝—孔隙性地层的二维钻井液漏失模型。基于该模型,分析了裂缝开度、裂缝法向刚度、基质孔隙度和渗透率对于钻井液漏失速率的影响。研究结果表明:裂缝开度越大,漏失速率越大;裂缝法向刚度越小,在相同压差下裂缝的开度越大,漏失速率越大;基质孔隙度越大,裂缝向基质中的窜流量越大,井筒的漏失速率下降越缓慢;基质渗透率越大,初始阶段的漏失速率越大。研究结果对于降低碳酸盐岩裂缝—孔隙性地层钻井液漏失有理论指导意义。     

裂缝网络地层钻井液漏失模拟

针对复杂裂缝性地层的钻井液漏失问题,基于蒙特卡罗随机建模理论,构建了三维离散裂缝网络地层模型。采用宾汉模式钻井液,建立了考虑裂缝线性变形的裂缝网络地层钻井液漏失模型,并利用有限元法求解该模型,对钻井液漏失行为进行模拟。研究表明,该模型可以进行裂缝内流速、漏失速率及漏失量等动态模拟;近井筒附近裂缝内钻井液流速较高,远离井筒处裂缝内流速较低;经过对数变换后,钻井液漏失速率曲线具有明显的无规律波动现象,与单条裂缝的漏失存在明显区别,可以用于识别裂缝网络地层;裂缝应力敏感性对漏失影响较大,考虑应力敏感性后,钻井液漏失量增加;数值模拟得到的漏失量与理论漏失量十分接近,证实模型可靠度高。现场应用表明,研究成果可有效识别出裂缝网络漏失,并以此采取了合理的堵漏技术方案,堵漏一次成功。      

伊朗TABNAK气田低压裂缝性地层泡沫钻井液技术

伊朗TABNAK气田地层岩性以灰岩和白云岩为主，石膏夹层较多；碳酸盐岩地层裂缝发育，连通性好，漏失严重；海平面以上是干层，无孔隙压力，海平面以下至井深2450m是盐水层。长城钻井公司采用了空气—泡沫钻井流体，即：空气粉尘、雾化空气、稳定泡沫钻井液和硬胶泡沫钻井液。通过实验，优选出发泡体积大、稳定时间长、抗盐抗钙能力强和耐温性能好的发泡剂和稳定泡沫液及硬胶泡沫液配方。现场应用表明，空气—泡沫钻井流体密度低；钻速快，平均机械钻速是常规钻井液的3—5倍；携砂性好，井眼清洁；能顺利穿过严重漏失地层。其中，空气粉尘用于干层钻进，速度快，无钻井液材料消耗，但必须有足够的空气排量；雾化空气适用于出水量较小的水层，但需要的空气排量更大，而且对钻井腐蚀太严重；泡沫钻井液适用于低压干层和水层，需要的空气排量较小，钻速快，抗盐钙和携砂能力强。     

钻井液对裂缝性地层气侵的影响模拟研究

裂缝性地层钻进过程中,容易发生重力置换气侵,裂缝内气体进入井筒后,控制不当易引发井涌、井漏、井喷等复杂情况,气侵发生时裂缝附近的压力波动容易导致井壁失稳。在塔中北坡顺南区块裂缝特征参数分析基础上,使用Gambit建模软件进行前期建模和网格划分,建立了井筒与裂缝的三维模型;运用ANSYS Fluent流体力学软件,建立多相流模型,分析置换过程中裂缝开口处动压对裂缝开口处井壁稳定性的影响;以现场某井的数据为参考,模拟分析钻井液的密度、黏度、排量对重力置换气侵的影响。结果表明,置换气侵发生时,由于压差较大,瞬间流速较大,在0.1 s内降低至较低水平;动压的最大值在裂缝的上下两端,最小值在裂缝中上部,这3个位置的裂缝口缝宽容易增加,引起井壁失稳;钻井液的密度、黏度变化对气侵时裂缝口的动压影响较小,变化量小于6%,对气侵速度的稳定值影响也较小;而排量对于气侵时裂缝口的动压影响较大,变化量达到66.9%,降低钻井液排量有利于井壁稳定。      

控压钻井回压压力波在井筒中传播的速度和时间规律

控压钻井过程中当监测到井底发生气侵尤其是溢流时,通常通过调节回压泵和节流管汇阀门给井筒施加回压来重新构建井底压力平衡。但气侵后回压压力波到达井底的时间有一个明显的滞后,如仍认为井口回压瞬间加载到井底,由此计算得到的井筒相关参数与实际井筒流动参数必然存在着较大的误差,有可能造成井控失效甚至引发井喷。为此,基于整体平均气液两相流模型,以回压压力波在井筒中传播速度和时间为研究对象,建立了环空气液两相流动的压力波传播方程,并引入气液相间作用力对方程组进行耦合求解。计算结果表明:(1)压力波波速随钻井液密度的增加而增大,随含气率、虚拟质量力系数的增加而呈现出减小的趋势,先急剧变化,之后变化幅度缓慢;(2)当含气率大于0.10或虚拟质量力系数大于0.20时,气液相间动量已充分交换,压力波波速的减小幅度变缓,趋于稳定。以四川盆地蓬莱9井为例,计算得到压力波单次传播的平均时间约为50 s,4个回合的总传播时间约为200s,占系统控制响应总时间的67%以上。结论认为,采用该方法计算得到的压力波在环空中的传播速度及传播时间更加符合实际井况,可大幅度提升MPD钻井系统控压响应时间的准确性和自适应节流阀控制的精度。