川庆钻探工程公司精细控压钻井系统研发及应用

控压钻井技术是近年来发展起来的一项新技术,主要应用于窄安全密度窗口、不确定性压力系统地层的安全钻进。在国内外控压钻井技术发展基础上,基于智能化、信息化、集成化的钻井技术发展方向,采用分散集中控制思路,研发出一套自主知识产权的精细控压钻井系统,实现井筒压力闭环精细控制。该系统通过随钻实时监测井底及地面工程及设备参数,并进行分析及决策,实现井底压力的自动精确控制。该系统在南堡油田进行工业应用,开创了国内控压钻井技术工业应用的先河,解决了该区块奥陶潜山窄安全密度窗口地层恶性漏失、漏喷共存、难以钻达设计地质目标的难题,取得了显著效果。     

深水控制泥浆帽钻井水力参数设计与计算

深水控制泥浆帽钻井技术可以应对严重漏失地层和高压、高含硫地层的钻井问题,但钻井水力参数的设计与计算较为困难。为此,结合深水钻井工艺流程,建立了深水控制泥浆帽钻井井底压力计算模型,给出了深水钻井不同工况下的钻井液密度确定准则和钻井液当量循环密度计算方法,并基于井筒内循环压耗分析得到了水面泵和水下泵的泵压计算方法;针对严重漏失地层和高压、高含硫地层的井筒压力分布特点,给出了该工况下的泥浆帽高度计算方法;结合井眼清洁准则和漏失量与漏失压差的关系,给出了牺牲流体排量计算方法,并以此为基础提出了深水控制泥浆帽钻井水力参数设计流程。以一口深水井为例,对控制泥浆帽钻井水力参数进行了算例分析,结果表明:泥浆帽高度主要由井底压力的大小决定,钻井液密度与排量的大小可对其产生一定影响,所以通过调节泥浆帽高度可以控制井筒压力。      

海上深水钻井井筒温度压力预测与分析

海上特别是深水钻井作业井筒温度压力准确预测是保证钻井作业安全以及钻井/钻井液设计与评估的重要参数。由于海水和地层双重影响井筒温度变化较大,而钻井液物性(密度、流变性等)受井筒流动传热的影响较大,同样钻井液物性的改变反过来也会影响井筒温度压力的准确预测,如果钻井液参数视为常数,按照地面条件下钻井液物性预测井底压力和温度则其精度难以保证,在钻井液密度敞口非常小的地层,可能会产生井漏、溢流等井下复杂或事故。本文分别对深井水基钻井液的密度、黏度等物性参数预测模型进行了优选,建立了深井钻井井筒流动传热模型预测井筒压力温度,并分析了工艺参数对井底压力温度的影响。本研究为准确井底压力温度、预防钻井复杂事故,保障海上深水安全高效钻井具有较高的指导价值。     

中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院

正井筒压力控制钻井技术井筒压力控制钻井技术是指与井筒压力密切相关的系列钻井技术,主要包括欠平衡钻井、气体钻井、控制压力钻井和井控技术。井筒压力控制钻井技术能够控制井底压力与地层压力之间的差值,使井底处于欠平衡、近平衡(平衡)、过平衡状态,实现安全钻进、保     

随钻压力测量系统的研制与现场试验

井底环空压力与地层压力的平衡关系是影响钻井作业安全的重要因素。由于井下工况复杂多变,而目前通过水力模型理论计算所得的井底压力与实际压力值存在较大的误差。文中介绍了一种可以测量近钻头处钻压、扭矩、环空压力、环空温度及钻柱内压力等参数并将测量数据实时传输至地面的随钻压力测量系统（PWD）。依靠PWD的实时测量数据,可以实时修正井筒水力模型,解释井底工况,预测钻井事故。现场试验证明,该测量系统测量参数准确、工作稳定可靠。通过与存储式PWD测量数值对比,该测量系统有较高的测量精度,具有实时传输测量数据功能,可为钻井作业提供有力的技术支持。     

欠平衡钻井油气藏与井筒耦合模型

利用流体力学的质量守恒方程、动量守恒方程和地层的渗流力学方程,建立了欠平衡钻井油气藏与井筒耦合流动模型,并利用有限差分方法对模型进行了求解.所建立的欠平衡钻井油气藏与井筒耦合模型能模拟主要油气藏类型欠平衡钻井过程中油气藏流体与井筒内流体的耦合流动,模拟地层油、气的流入对井底压力的影响.欠平衡钻井过程中,不同类型油气藏和井筒流体耦合流动时地层油/气进入动态不同,地层油/气的进入对井底压力的影响规律也有很大区别.计算结果表明地层油/气的流入可以使井底压力下降0.03～2.50 Mpa,因此在欠平衡钻井设计中,应充分考虑产层段油/气流入对井底压力的影响.     

带轨迹测量功能的PWD系统研制

泥浆脉冲随钻井底压力监测系统是指在钻井过程中,将真实的井底压力这一关键钻井参数,进行动态采集并利用水力脉冲方式实时传输,经地面接收还原成井底压力数值的一套钻井实时监测系统,业界简称"PWD"系统。MWD无线随钻测量仪是对定向井、水平井井眼轨迹实时监测并指导完成井眼轨迹控制的测量仪器。本文叙述一种可以动态采集井底压力、温度、井斜、方位、工具面数据,并实时传输至地面的系统(PWD+MWD),以实现对井底压力、井眼轨迹精确控制的目的。     

微流量控制钻井自动节流管汇的设计及应用

微流量控制钻井技术具有能够探测早期微小溢流和漏失、精确控制井底压力的优势。该技术的核心部件是地面自动节流管汇,其节流敏捷度和准确度直接关系到能否实现微流量控制和其控制精度。为了打破国外对该技术的垄断,降低钻井成本,开发具有自主知识产权的微流量控制钻井技术,综合考虑节流流量与井筒压力分布的关系,基于流体动力学与自动控制理论,设计了一套适用于微流量控制钻井的地面自动节流管汇。现场试验证实其具有较好的自动节流控制功能,能在30 s内实现井筒微流量控制,地面检测压力误差低于0.1 MPa。该节流管汇的设计与现场成功应用为微流量控制钻井技术在我国的推广和设备的国产化进行了积极探索。     

降低储层伤害的欠平衡钻井压差优化设计

欠平衡钻井（UBD）作为一种降低储层伤害的方法在油田中得到广泛应用。在钻达目的层时,当井筒压力小于地层孔隙压力,即并筒压力与地层孔隙压力之间存在一个压差,这样就能降低对储层的伤害。通常认为井底压差越大,储层受到的伤害越小,因此井的产量也越高。但较大的井底压差可能引起钻井操作过程中的其他问题,例如井筒崩塌引起的井筒损坏、过多的地层流体流入井筒而需要地面处理。在考虑地质条件的情况下,找到和使用一个优化合理的压差,通过合理的井筒压力平衡井眼周围地层的损害是目前迫切需要的。     

欠平衡钻井期间地层流体流入规律研究

为了从理论上研究欠平衡钻井过程中的一些问题,以便更好的控制和发展欠平衡钻井.本文研究了地层流体流入井筒的规律,建立了欠平衡钻井期间井底流压计算方法,指出了假设油气层厚度不变下模拟欠平衡钻井期间地层流体流入井筒的理论有较大误差.给出了在欠平衡钻井期间,随着井眼不断加深,油气藏暴露面积不断加大,地层流体流入井眼的参数计算方法.在此基础上,提出了在欠平衡钻井期间,保持井底负压差钻井会因地层流体流入井筒过多而造成控制困难,而根据地层渗透率与钻速,采用恒地层进气量钻井将是安全的.并得出运用地层气体流入模型与井底流压计算模型可以计算与控制恒地层进气量的结论.     

欠平衡钻井井底压力自动控制技术

在建立井底压力模型的基础上,研制开发了欠平衡钻井井底压力自动控制系统,其井底或井口压力计算模块根据数据采集模块提供的实时数据结合其它井身结构、钻具组合、钻井液性能等静态数据把计算结果传给电控节流阀控制模块,由其调节电控节流阀的开度,从而达到调节井口压力、特别是井底压力的目的.该系统有两种模式:井底压力的自动控制和井口压力的自动控制,分别可以满足欠平衡钻井施工和压井施工的要求.该系统由上位机和下位机组成,上位机负责采集、计算与控制,下位机负责显示、数据录入及数据管理.     

碳酸盐岩地层重力置换气侵特征

碳酸盐岩地层钻井中,重力置换气侵时常发生,会对井底压力产生影响,若控制不当,重力置换气侵则会引起井喷事故。根据气-液两相流理论,建立了井筒气侵计算模型及气侵边界条件和初始条件;通过对井底不同进气量模拟,得到了重力置换气侵井底压力、泥浆池增量及井筒不同深度含气率的变化,得到了井口回压对重力置换的影响;通过改变边界条件,得到了重力置换气侵转变为欠平衡气侵时井筒流动参数的变化。研究认为,当井底压力控制不当时,重力置换气侵会转变为欠平衡气侵,井底压力、泥浆池增量和井底含气率会发生突变,造成井筒压力失控,对过平衡钻井重力置换气侵认识及控制具有指导意义。     

深水动态压井钻井井筒压力模拟

动态压井钻井技术可有效解决深水表层钻井过程中出现的溢流或井漏、井塌等井下复杂事故。为研究深水表层动态压井钻井过程中的压力变化特征,结合动态压井钻井基本原理,建立了动态压井钻井井筒物理模型,通过设定海水和加重钻井液的初始排量、排量随时间的变化率,推导出了变排量、变密度模式下的动态压井钻井井筒压力数学模型。根据墨西哥湾深水钻井实例数据,计算分析了动态压井钻井过程中环空密度、环空压力、环空压耗以及井底压力随时间的变化关系。结果表明,动态压井钻井技术的关键在于通过实时调整海水排量、加重钻井液排量控制混浆密度,进而控制环空液柱压力,达到深水表层安全钻井的目的;机械钻速是影响井底压力的重要因素,机械钻速越大,由岩屑产生的附加密度越大,井底压力越大。     

欠平衡钻井井底压力预测与控制技术

在欠平衡钻井过程中,为避免井底压力波动过大,引起过平衡状态,对产层造成伤害,保持全过程欠平衡钻井十分必要。分析了影响井底压力波动的因素,介绍了国内外在井底压力控制技术方面的最新研究成果,总结了欠平衡钻井井底压力预测技术研究现状。通过分析该研究领域内存在的不足及应用上的局限性,提出了解决井底压力波动的最新压力预测及控制技术的研究方向,即建立井筒和地层耦合的动态欠平衡钻井模型,实时监测和控制井底压力,在起下钻及接单根过程中,用地层流体的适当流入来代替中断的地面注入过程,避免井底压力波动过大而引起过平衡的钻井状态,保持全过程欠平衡钻井,最大限度地保护产层。另外,为了保证欠平衡钻井井底压力预测的有效性,提出了井底压力预测应采用稳态模型和动态模型结合的新方法。     

井筒气侵后井底压力变化的计算分析

钻井过程中一旦发生气侵,如果控制不当,容易出现井涌、井漏、井喷等井下复杂事故.为了更有效地控制钻井过程中的井底压力,确保钻井安全,根据钻井过程中井筒多相流动的特点,建立了井筒气侵后井底压力的计算模型,并利用有限差分法对模型进行了求解.通过仿真算例,讨论了排量、井口回压、钻井液密度、钻井液黏度、井底初始压差和气相渗透率对...     

超临界CO2压裂井筒传热规律

为了优化超临界CO₂压裂工艺技术和施工参数,考虑到井筒温压变化与CO₂物性之间的相互影响与作用,基于CO₂物性模型,建立CO₂压裂井筒压降、传热耦合数学模型,通过现场压裂施工数据验证模型准确性,进行耦合计算和井筒传热规律分析。研究表明:不同排量下,油管内温度分布均明显低于地层原始温度,且随着排量增加,井筒温度出现了先减小后增加的变化趋势;井底温度随着注入温度的增大而增大,且较高排量下,井底温度随注入温度的变化更加显著;井口压力增加对井底温度的影响很小,在工程上可以忽略其影响;不同排量下,井底温度均随着注入时间的增大而降低,且降幅随着注入时间增大逐渐减小;加入降阻剂会显著降低油管内温度,且不同排量下,降阻后井筒温度差异较小。该研究对于CO₂压裂设计优化及现场施工具有重要指导意义。      

欠平衡钻井安全钻进控制参数评价

欠平衡钻进过程中,气体侵入井筒后,环空出现多相流动状态。由于气体具有可压缩性,环空压力场随着气体的侵入及侵入量的改变而呈现复杂的变化．整个井筒压力剖面将出现波动。、为使地层气体可控制地侵入井筒．需要及时调节控制回压和钻井液排量,保证井底压力在安全密度窗口内,维持合理的井底欠平衡状态,以实现安全钻进。、文中根据欠平衡钻进井筒压力平衡关系,建立了井底压力控制模型。通过分析影响井底压力的参数．建立了影响井底压力控制的安全钻进控制参数模型．并以控制回压为例给出了具体的求解流程。以新疆某井为例．说明控制参数对井底压力和环空压力场的影响、研究结果表明：地层出气后,能够通过增加控制回压,采用正常循环排出的方式,将侵入气体排出井筒,实现安全钻进;增加钻井液排量,气液混合速度增大,环空摩阻增大．导致井底压力增加。     

高温高压气井关井期间井底压力计算方法

常规的井底压力预测方法认为,气井关井后压力恢复初期井口测压受到井筒储集效应影响,后期受温度降低引起的续流影响,并且在压力恢复期间井筒中不存在流体的流动。但是,新疆克拉2气田部分高温高压气井的实测结果表明,关井后测得的井口压力恢复曲线总体呈下降趋势,与常规方法所计算的压力曲线并不一致。对高温高压气井关井后的井筒温度特征、井筒续流特征和井筒流体参数变化特征进行了分析,认为,关井期间井口(底)压力同时受到井筒储集效应和温度变化的影响,并且在压力恢复过程中井筒内一直存在续流流动,需要进行流动气柱压力计算。为此,综合考虑井筒续流、井筒温度及井筒流体参数的变化特征,基于井筒压力恢复原理,建立了关井期间的井底压力计算模型,并对该模型进行了实例计算验证。实例验证表明,该模型计算出的压力恢复曲线正常,可用于产能试井解释。