水平井井眼清洁定量化监测评价技术

为了监测和评价水平井井眼清洁程度,研制了岩屑返出量监测装置,以准确监测岩屑返出情况。基于岩屑返出量数据和工程录井实时采集的数据,建立了岩屑返出量监测装置在2种工作模式下,倾倒时段漏接岩屑补偿方法与实际返出岩屑体积计算方法;基于岩屑返出率与掉块监测结果,研究形成了水平井井眼清洁定量化监测评价技术。该技术在川南泸州区块多口页岩气水平井进行了应用,实现了监测井段岩屑返出体积与返出率实时准确监测,并多次预警井眼清洁异常情况,保证了水平段的顺利钻进。水平井井眼清洁定量化监测评价技术为水平井井眼清洁程度监测及卡钻复杂风险预防提供了一种新的技术手段。     

大位移水平井常见问题机理分析及对策

从DK304BC井斜井段,水平段井眼净化不好,造成卡钻直至无法钻井,被迫改钻小井眼,引伸论述水平井大斜度井段井眼不清洁的危害,岩屑床形成机理及影响因素,通过研究,分析与使用,提出对付水平井岩屑床的对策,认为“常规清洁法”,利用旋转自动导向系统以及小井眼钻井的方法可以解决大位移水平井岩屑床问题。     

水平井和斜井井眼清洁技术研究进展及展望

水平井钻井技术的进步有利于开发常规和非常规油气储层,然而,与水平段岩屑清除相关的井筒的不稳定性和井眼清洁困难严重制约了钻井生产。井筒岩屑清除效率低下会导致摩阻和扭矩增加、管道卡住,严重时可导致井漏等钻井事故。首先,分别从井眼清洁机理和井眼清洁主要影响因素（钻井液流变性、钻具转速、井角、岩屑尺寸、钻井液密度和流速等）分析综述了水平井和斜井岩屑沉积的成因和适用于现场生产的技术参数。其次,针对水平井和斜井井眼清洁困难分别从国内外钻井液技术和井眼清洁工具两个方面阐述了岩屑清除方法与机理。最后,对水平井和斜井井眼清洁发展方向进行了展望,为未来井眼清洁技术提供了参考。     

水平井井眼清洁技术研究与实践

近年来,国内大规模开发非常规油气资源,水平井部署数量急剧增加,由于对水平井井眼清洁缺乏科学、系统地认识,水平段钻进过程中经常出现卡钻、提前完钻、套管无法下至预定井深等问题;另外,不良的井眼清洁也会导致非常高的隐性成本,包括控制机械钻速、增加划眼、循环、起钻时间等.通过明确水平井不同井段岩屑运移机理,分析井眼清洁的关键要...     

复杂结构井井眼清洁技术研究进展

复杂结构井在海洋油气田、老油田和低渗透油气田开发中应用广泛,但该井型的大斜度井段和水平井段易出现井眼清洁问题,造成卡钻等事故,从而影响机械钻速和井下安全,制约了复杂结构井技术的发展。文中分别从井眼清洁的主要影响因素、数学模型及岩屑床清洁工具等方面,对井眼清洁技术进行了系统综述。通过分析井眼清洁的主要影响因素,结果表明,井斜角在30~60°时岩屑床最难清除,增加环空流速、钻杆转速和调整钻井液性能,可在一定程度上提高井眼清洁效果。此外,分析了描述岩屑运移规律的经验模型、分层理论模型及岩屑床清除工具,并对未来井眼清洁数学模型和井眼清洁技术发展趋势进行展望,为今后深入研究井眼清洁问题提供了参考。     

页岩气水平井井眼清洁评价研究

川渝地区页岩气水平井环空岩屑浓度增加和岩屑床的产生会使井眼清洁程度变差,导致卡钻等事故,需要加快井眼清洁评价方面的研究.鉴于此,根据页岩气钻井现场所用油基钻井液数据,利用切应力误差法和相关系数法优选出适用于该地区的油基钻井液流变模式——卡森模式,建立了环空岩屑颗粒启动临界流速模型和岩屑床厚度分布模型.以CNH17-2井...     

井眼清洁对长水平井井筒ECD影响分析

基于动态岩屑床模型，建立了考虑井眼清洁的长水平井井筒钻井液当量循环密度（ECD）计算方法，分析了机械钻速（ROP）和泵排量对岩屑分布的影响，以及岩屑堆积对井筒ECD的影响。结果表明，环空岩屑床厚度随着机械钻速的增大而增大，在环空返速不变的情况下，ECD会同步增大；增大泵排量能提高井眼清洁程度，井眼清洁程度较差时，小排量钻进也会导致环空ECD过大。     

井眼清洁工具沿全井段分布位置的计算方法

实践表明,应用井眼清洁工具,可以大幅度提高水平井大斜度段和水平段的岩屑床清除效率。但由于井眼清洁工具的有效作用距离有限,需要沿大斜度段和水平段布置多个井眼清洁工具才能达到较好的岩屑床清除效果,而目前对计算井眼清洁工具布置数量的方法研究较少。根据岩屑床休止井斜角实验研究结果,提出了井眼清洁工具沿大斜度井段分布数量的模拟计算方法。现场试验表明,该方法能够满足工程需要。     

井眼清洁工具流场及岩屑运移数值模拟分析

在大位移井、水平井钻井过程中,常有岩屑运移不畅,形成岩屑床的现象发生,导致摩阻增大、蹩钻等复杂问题,严重时甚至影响钻井安全。本文分析了一种短节式的井眼清洁工具,采用计算流体动力学对其偏心旋转工况下的流场进行模拟,通过特征截面流线图、速度云图等分析了工具对该井段的流场扰动作用机理;通过多相流计算,得出了岩屑颗粒运动情况。分析表明,工具对流场具有导流和搅拌的作用,加速岩屑颗粒运动;随着工具转速增大,工具对流场的扰动作用加大,岩屑颗粒离开模型的最终速度增大,因此颗粒滑落距离增加,有利于岩屑携带。在某油田1603井的现场试验显示,合理安放多个井眼清洁工具后振动筛返屑量明显增加,后两次收集岩屑体积分别是使用前的3.75倍和1.6倍。     

脉冲气体钻水平井环空气固两相流数值模拟

为提升气体钻水平井岩屑运移效率,应用欧拉—欧拉双流体模型,模拟计算了气体钻水平井正弦脉冲注气方式下环空中气固两相的流动,并基于颗粒动理学理论建立岩屑颗粒碰撞能量交换和耗散方程,采用气体湍流模型(RNG k-ε模型),分析了不同振幅及频率的脉冲气体对环空中气相脉动压力、岩屑体积分数、岩屑颗粒温度及气相湍流动能的影响。结果表明:随着脉冲气体振幅及频率的增大,环空中压降不断增大,岩屑体积分数不断减小;同体积注气量,脉冲注气方式下环空中的岩屑体积分数最多可比恒速注气方式下小33%,且脉冲振幅的改变对模拟结果起主导作用;脉冲注气使环空中岩屑浓度降低,从而提高了井眼净化效率。     

幂律流体中岩屑颗粒沉降速度实验

钻井过程中,任何井型都需要钻井液有效携带岩屑上返,以保持井眼清洁;但由于岩屑颗粒与钻井液存在密度差,遇到接单根、停钻等工况,岩屑颗粒就会在钻井液中沉降。对于大斜度井和水平井,岩屑沉降后会堆积在造斜和水平井段,形成岩屑床,造成恶性井下安全事故,因此,深入研究岩屑颗粒在钻井液中的沉降规律十分重要。文中首先综述了不同形状、不同粒径的固体颗粒在牛顿流体中的阻力系数和沉降速度计算模型,分析了牛顿流体中固体颗粒雷诺数和阻力系数之间的关系;应用与研究固体颗粒在牛顿流体中沉降的相同方法,并通过室内实验,得到了不同粒径岩屑颗粒在幂律流体中的沉降速度模型、颗粒雷诺数与阻力系数之间的关系模型。     

水平井岩屑床控制技术浅析

在水平井施工过程中, 大斜度井段、 水平段岩屑会沉淀在井眼低边形成岩屑床; 岩屑床极易造成钻进中钻压不能全部传递到钻头、 螺杆钻具粘托、 机械钻速慢、 起下钻遇阻严重造成卡钻等问题, 甚至钻进中直接造成粘吸卡钻。文章从分析形成岩屑床的影响因素入手, 总结出在现有条件下通过采取强化钻进排量等相应的技术措施, 优化钻井液体系和性能, 防止或控制岩屑床的形成, 对确保水平井大斜度井段及水平段安全钻进具有显著的作用。     

大斜度井岩屑床分析及新型井眼清洁工具应用

在钻井过程中,大斜度井段易堆积形成岩屑床,引起卡钻、摩阻增大、机械钻速降低等问题。为解决岩屑上返问题,利用Landmark软件对岩屑床沉积规律进行了模拟分析,并研制了一种新型井眼清洁工具。岔X井的试验应用表明,新型井眼清洁工具能有效解决大斜度井岩屑返出问题,明显降低井眼摩阻,下入工具后两次收集的岩屑量是不使用工具的4.1倍、1.3倍,摩阻最大下降54.9%。     

基于井眼清洁程度与水力学耦合的环空压耗最小化计算方法

在钻井过程中,岩屑在井眼中堆积形成岩屑床,会引起环空压耗增大。针对井眼清洁不充分造成的环空压耗大的问题,根据质量及动量守恒理论,将岩屑运移与钻井水力学计算相耦合,建立了井眼清洁程度与环空压耗相关的数学模型,并利用全尺寸岩屑运移试验数据进行了模型验证。利用所建模型,分析了排量、井斜角、环空尺寸、机械钻速和钻井液流变参数对环空压耗和井眼清洁程度的影响。结果表明:大位移井和水平井中由于存在岩屑,环空压耗并非随排量增大一直增大,而是存在一个临界值;排量小于临界值时,环空压耗随着排量增大而减小;排量大于临界值时,环空压耗随着排量增大而增大。根据分析结果,建立了基于井眼清洁与水力学耦合的环空压耗最小化计算方法,利用该方法可以优化钻井参数,控制环空压耗,指导钻井设计和钻井施工。      

钻斜井中防止岩屑沉积的研究

钻大斜度井、水平井中阻止岩屑形成沉积层,保持井眼清洁,是目前钻井中棘手的问题。通过试验认为:不同斜度的定向井采用合理的泥浆环空返速,能降低岩屑沉积。作者通过对泥浆性能、机械钻速、岩屑大小、钻杆转动快慢及岩屑在近直井、小斜度井、中斜度井和大斜度井沉降速度的分析。定义出一个阻止定向井中岩屑形成沉积层的泥浆环空临界返速。     

一种用于大斜度大位移井岩屑床清洁的新装置

大斜度大位移井岩屑易在井眼井斜段中沉积,形成岩屑床,导致蹩泵、蹩钻或卡钻,甚至造成井下事故。在分析岩屑床的形成及危害的基础上,对岩屑床的清除办法进行了探讨,并设计出了一种新型岩屑床清洁装置。该装置能有效地解决大斜度大位移井岩屑床的清洁问题,提高钻井效率,优化钻井工程设计,为实现安全快速钻进提供了新的途径。     

水平井岩屑录井的影响因素及对策

由于岩屑沉积床的形成、井壁坍塌和井眼不规则、岩屑多次破碎、钻时资料失真及混油钻井液污染等因素影响，水平井的岩屑比普通直井更混杂、更细碎，代表性也更差，岩屑中的油气显示真假难辨。通过加密实测迟到时间，参考钻井参数及DC指数可以对岩屑进行较准确地分层、描述，采用多次荧光滴照、四氯化碳浸泡、气测资料分析等方法，能够有效地区分真假油气显示。     

国内外水平井井眼清洁监测技术现状及发展建议

实时监测井眼清洁状况,对保证水平井安全及高效钻进至关重要。目前成熟的井眼清洁监测技术被国外公司掌控,制约了我国水平井钻井技术的发展,故加快国内井眼清洁监测技术的研究势在必行。鉴于此,在进行大量文献及资料调研的基础上,首先介绍了国内外现有井眼清洁监测技术的原理及特点,包括ECD监测摩阻、扭矩及钩载监测、返出岩屑体积监测、气体钻井监测、岩屑形状及PSD等其他监测技术;其次从模型、软件、装置及新技术4个方面对比分析了国内外井眼清洁监测技术;最后针对该技术的发展方向给出建议:对现有的岩屑运移规律模型进行修正与优化,提高模型与实际情况的符合程度与计算精度;进行井眼清洁分析软件的编制与优化,使其具有适用范围广和准确度高等特点;进行岩屑返出测量装置的研制与改进,提高返出岩屑称量与井下岩屑残余量计算的准确度;加快利用成像仪和光谱仪测量返出岩屑粒径分布及形态、利用冲击力传感器测量返出岩屑体积等新技术的研究。     

连续油管钻水平井岩屑运移规律数值模拟

连续油管钻水平井过程中,井底岩屑在重力作用下容易沉积在井壁下侧,形成岩屑床;连续油管又受到排量小、钻柱无法旋转等因素限制,造成井眼净化效率较低。针对这一问题,在欧拉坐标系下考虑相间滑移速度和颗粒流的影响,建立了微小井眼水平井岩屑运移的混合物漂移模型,采用Realize κ-ε湍流模式及SIMPLEC算法进行数值计算,研究了钻井液排量、环空偏心度、岩屑直径、井斜角和钻井液黏度等参数对偏心环空岩屑运移的影响,得到了各种条件下环空岩屑速度和浓度的分布规律。研究表明:随着钻井液排量增大、环空偏心度减小、岩屑直径减小、井斜角减小及钻井液黏度提高,连续油管水平井岩屑运移效率提高。      

气体钻水平井段环空岩屑床分布规律研究

目前关于气体钻水平井的理论研究大都集中在最小注气量的选择上,而对气体钻水平井水平段井筒内的岩屑床分布规律缺乏深入的理论研究。文章通过对气体钻水平井段气固流动特性的分析,应用气固两相流理论、扩散理论,建立了适合气体钻水平井水平井段三层流动的理论模型,即上层悬浮层、中间滑动床及底层岩屑固定床。根据现场某井数据进行了实例计算,计算结果表明,气体钻水平井在气速大于沉降速度时,水平井筒内的岩屑床为滑动床;滑动床的高度随着机械钻速的增高而增大,随着气速的增加、钻杆尺寸的增加而减小;相同条件下水平井段滑动床面积从趾端到根端逐渐降低。当气体返速小于沉降速度时则水平井筒内的流动为三层流动,滑动床、岩屑固定床的分布规律趋势与两层流动时大体相同。