水平井气液两相流动压降变化规律实验研究

随着水平井技术的完善和规模的不断扩大,水平井气液两相流压降计算对气田生产具有重要意义。现阶段水平井筒内流型判别研究都是将流动参数带入单独管段流型判别公式中进行预测。通过室内模拟水平井实验进行水平井气液两相流流动可视化研究,通过目视法观察水平井水平段、造斜段与垂直段在不同气液流速下流型变化并记录。将实验数据与现阶段常用流行判别式进行比对,为减小误差,对不同井段常用流型判别式进行评价优选。通过模拟实验,优选出不同井段的流型判别方法。在已知气量和液量的情况下,对压降进一步分析发现随着气体流速的逐渐降低,压降会存在骤变的现象,通过单独管段实验发现在压降发生骤变的气体流速下,持液率也会发生突然变化,结合实验观察得到现象得到了水平井临界携液流速的判断方法。通过对Beggs-Brill压降计算公式的修正,得到了准确率有明显提高的新公式,能降低水平井压降预测的误差。     

Experimental Investigation of Shale Membrane Behavior Under Tri-Axial Condition

Abstract

Wellbore instability in shale formations is one of the primary problems in oil and gas well drilling. The problem has been traditionally tackled by using oil-based drilling mud. However, this technique is costly and restricted by the environmental regulatory bodies. Recent studies have shown that borehole instability in shales can be managed by controlling the chemical potential of drilling mud. One of the critical issues in this approach is that shales are not ideal membranes. It is essential to understand the nonideal behavior of shale before the wellbore instability problem can be managed by the chemical potential approach.

The nonideality of a shale membrane is, in general, a function of the type of the shale being drilled, composition of the formation water in the shale, burial depth of the shale, and chemical composition of the drilling mud used. In this paper, the theory on nonideal membrane was reviewed and identified for the purpose. The mathematical model was validated by experimental results obtained using a real field shale specimen from the Northwest Shelf of Australia. An example is also given to show how the model can be used to manage wellbore instability in shale by controlling the chemical composition of mud. The results of this study can be used as a useful guideline for formulating proper mud to drill troublesome shaly formations.     

A New Approach to Calculate the Mud Density for Wellbore Stability Using the Asymptotic Homogenization Theory

Abstract

This study addresses mud density prediction as part of wellbore stability analyses considering effective rock properties and using friction and elastic theories to determine the deviator stress at failure. The effective rock properties for different sandstone porosities were obtained through the theory of asymptotic homogenization, and the wall vicinity stresses at the borehole wall were estimated considering friction and elastic theories. The use of the method of asymptotic homogenization (MHA) allows obtaining effective rock mechanical properties varying in porosity and saturation conditions.     

裂缝和洞与井筒连通的三重介质油藏试井解释方法研究

针对由基岩、裂缝和溶洞组成的三重介质油藏提出了裂缝和洞与井筒连通的试井解释模型,建立了相应的数学模型,并采用Laplace变换和数值Laplace反演方法进行了求解,分析了介质的弹性储容比、窜流因子以及裂缝渗透率比对压力响应的影响,同时还提出了三重介质油藏的试井解释方法——利用遗传算法进行自动拟合,并编制了实用软件,实例分析表明了该新方法的可靠性和实用性。     

半潜式钻井平台在恶劣海况下的一开技术

在南海海域,海洋的高流速环境会对半潜式钻井平台一开作业产生很大影响,为了使海洋钻井的昂贵费用有所降低,钻井作业者急需一种应付高流速问题的技术。文中介绍了半潜式钻井平台在高流速海域钻井作业时,防止表层打斜的一种新方法。应用该方法突破现行的常规作业程序,可以让半潜式平台在海流较大的情况下正常开钻,从而避免了为等平流而耽误开钻时间。该方法在南海西部莺歌海高流速海域的成功应用表明这种新技术是可靠的,可以有效节约建井时间和成本。     

考虑地层方位漂移特性的定向井轨道设计方法

按照地层划分方位漂移规律进行了定向井轨道设计,建立了井眼轨道的自然曲线模型,给出了更为简洁的井眼轨道数学模型。分析了井斜单元和方位单元之间的耦合关系,得到了计算单元的划分方法。论述了定向井和水平井方位漂移轨道设计的特点,提出了约束方程和设计方法。解决了按地层划分方位漂移规律的井眼轨道设计问题,适用于各种定向井和水平井的漂移轨道设计。定向井和水平井的设计实例验证了该设计方法的科学性和实用性。     

基于可靠度理论的斜井井壁失稳风险评价方法

由于地质环境的隐蔽性和复杂性,地质力学参数和岩石力学参数具有很大的不确定性,井壁稳定分析中忽略不确定的影响可能导致钻井液密度设计不合理,进而直接影响钻井井壁稳定.国内外学者对确定参数条件下的井壁稳定开展了深入的研究,但对不确定参数条件下井壁稳定影响的研究并不深入,尤其是对于任意斜井失稳风险的评价.为此,在井壁稳定孔弹性...     

南堡滩海大位移井钻井关键因素优化设计

大位移井钻井实施过程中表现最为突出的问题是摩阻扭矩大,它制约着井眼轨迹的有效延伸,尤其在常规钻完井技术时表现得更为明显。冀东油田近年来基于常规钻完井技术条件下,通过对井眼轨道优化设计、钻具组合优化、摩阻扭矩精细预测与控制、井眼延伸极限评估等方面的精细研究与优化设计,有效地模拟分析和论证了南堡滩海中深层大位移井钻井井筒力学行为,提升了对大位移井钻井实践可行性认识和指导了钻完井方案的设计。在南堡滩海成功实施了几十口水平位移大于3000 m的大位移井,最大水平位移达4940 m,为南堡滩海在常规经济技术条件下大位移井的钻井实施提供了技术支持。     

凝析气井井筒压力计算

准确计算凝析气井井底压力是正确预测产能、合理制订生产方案的关键,近年来凝析气井压力计算重点考虑黑油模型和组分模型的差异,而对优选气液两相管流压降模型的重要性却认识不足。为此,采用Govier-Fogarasi公开发表的94口凝析气井实验数据对工程常用的无滑脱模型、HagedornBrown、Orkiszewski、Gray、MukherjeeBrill、HasanKabir分别按黑油模型和组分模型预测井筒压力。井底流压和压降梯度统计评价结果表明:两相流模型的选择对凝析气井井筒压力预测结果影响较大,而组分模型和黑油模型对部分两相流模型在一定条件下对凝析气井井筒压力计算产生影响;推荐使用Gray模型+黑油模型和HagedornBrown模型+组分模型来预测凝析气井压力剖面,并给出了无滑脱模型的适用条件(液气比为0.5~5m3/104 m3、产气量大于5×104 m3/d);最后指出,采用组分数据计算凝析气井压力剖面时,其数据选择尤为重要,否则预测的误差会增大。该研究成果对于凝析气藏的高效开采具有重要的意义。     

双梯度钻井关键工具及井筒压力动态变化规律

为了解决注空心球双梯度钻井中分离器的分离效率不高的问题,对井筒压力的动态变化规律进行了研究。设计了能够对空心球实现高效分离的过滤分离器,并通过数值模拟与室内试验进行了验证,过滤分离器最高分离效率可以达到98.5%。建立了空心球分离进入环空时所产生的波动压力数学模型,结合该模型并考虑空心球的体积分数、钻井液排量、分离器位置以及机械钻速的动态变化,进一步建立了井筒压力动态变化的数学模型。基于钻井数据进行了算例计算和影响因素分析。研究结果表明:在分离器位置处,井筒压力分布存在明显拐点,而环空中钻井液密度分布存在突变;通过动态调节空心球体积分数和分离器位置等关键参数可以灵活调节环空中轻质钻井液的密度大小、液柱长度以及随钻井底压力的大小,从而实现对随钻井底压力的实时预测。研究结果可以为窄压力窗口条件下的安全钻进提供理论基础与技术支撑。