钻柱偏心旋转对环空摩阻压降影响的数值模拟研究

准确预测钻柱偏心旋转工况下的环空摩阻压降是复杂结构井控压钻井的重要理论基础,但常规钻井液环空摩阻压降计算方法无法直接计算复杂结构井的环空摩阻压降。为此,应用数值模拟方法,分析了偏心度（0～67.42%）和钻柱转速(0～114.65 r/min)对典型环空（Ф127.0 mm钻杆和Ф215.9 mm井眼）中摩阻压降梯度的影响。分析结果表明：偏心度小于45.00%时,转速和偏心度对摩阻压降梯度影响较弱,摩阻压降梯度随转速增大略有降低,随偏心度增大而增大;偏心度大于45.00%时,低转速（<60 r/min）下摩阻压降梯度随偏心度增大而降低,高转速（≥60 r/min）下摩阻压降梯度随偏心度增大而略有增大。基于数值模拟结果,建立了偏心度分类的无因次偏心环空摩阻压降梯度预测模型,计算了南海某水平井Ф215.9 mm井段的ECD,并与PWD测试结果进行了对比,平均相对误差为0.45%,表明该模型具有较好的准确性。研究结果表明,无因次偏心旋转环空摩阻压降计算模型可以精细描述环空压力场和准确计算ECD,为控压钻井水力参数优化提供指导。     

小井眼环空循环压耗计算

小井眼钻井的技术关键是环空水力学。小井眼钻具外径与内径之比较大，环空间隙较小，引起环空压耗、钻井液流变性发生较大变化，许多常规钻井中可忽略的因素在小井眼中却显得尤为重要。用Herschel—Bulkley模式描述钻井液的流变性，考虑钻柱偏心和旋转对钻井液在环空和钻柱内流动的影响，导出了计算小井眼环空循环压耗的模型，将所建立模型和传统方法的计算结果与实测数据比较表明，该模型具有较高的精度，可以满足现场作业的要求。     

小井眼环空循环压耗计算

小井眼钻井的技术关键是环空水力学。小井眼钻具外径与内径之比较大,环空间隙较小,引起环空压耗、钻井液流变性发生较大变化,许多常规钻井中可忽略的因素在小井眼中却显得尤为重要。用Her-schel-Bulkley模式描述钻井液的流变性,考虑钻柱偏心和旋转对钻井液在环空和钻柱内流动的影响,导出了计算小井眼环空循环压耗的模型,将所建立模型和传统方法的计算结果与实测数据比较表明,该模型具有较高的精度,可以满足现场作业的要求。     

小井眼钻柱瞬态动力学研究及应用

考虑小井眼细长钻柱沿井深和井眼圆周方向的随机接触碰撞,建立了钻柱瞬态动力学模型。运用动力间隙元不仅能合理描述钻柱与井壁的接触碰撞过程,还能考虑井壁变形和泥饼的能量吸收,并用Newmark法求解钻柱动力学平衡方程。通过钻井全尺寸模型装置上的钻柱动力学试验,对理论计算结果进行了验证,也为钻头干扰力确定提供了依据。经大庆油田14口小井眼井应用表明,由钻柱动力学分析所设计的钻柱结构没有发生井下断钻具事故,防斜性能也比较好,机械钻速得到明显提高。     

大斜度井偏心环空钻柱旋转对岩屑运移的影响

在钻井过程中,当液流速度小于岩屑悬浮运移速度时,岩屑容易在大斜度井段沉降并形成岩屑床,导致钻柱卡钻、高摩阻和扭矩、低机械钻速等问题。建立大斜度偏心环空三维物理模型,采用结构网格划分环空流体域,用滑移网格模拟钻柱旋转。基于欧拉固液两相流模型和Realizable k-ε紊流模型,考虑钻井液对岩屑的举升力、岩屑加速产生的虚质量力以及固液间的动量交换,模拟了钻柱旋转条件下井斜角、岩屑注入浓度、钻井液速度和黏度对岩屑运移的影响。研究表明：钻柱旋转使得岩屑床床面沿旋转方向倾斜,沿井眼呈不对称分布状态,并能够显著减小环空岩屑浓度,其变化幅度受钻井液入口流速、井斜角、钻井液黏度和岩屑注入浓度的影响,但当转速达到某一临界值后,旋转作用效果将减弱。研究结果可为采取合理措施提高岩屑运移效率提供参考。     

小井眼钻进时的环空压耗及携岩问题

小井眼水力参数的实质就是在较低环空压耗的情况下，保证具有良好的携岩能力。文中介绍了几种常用的流变方程， 分析了小井眼环空压耗的特点，提供了在作业时应采取的对策。     

偏心环空层流螺旋流与同心环空层流螺旋流压降的比较

推导了幂律液体偏心环形空问堪流螺旋流的压降方程.介绍了由降方程计算幂律液体偏心环空间层流螺旋流的压降的方法并把由压降方程算得的偏心环空螺旋流的理论压降和同心螺旋的理论压降进行比较.     

欠平衡小井眼钻井环空压耗模式的建立与应用

欠平衡钻井技术、小井眼钻井技术分别作为一项新技术，两者的结合应用更成为９０年代钻井行业的热门。小井眼欠平衡钻井技术中，钻井水力学计算问题与常规井有所不同。文中就钻井中环空压耗的计算模型进行研究，在欠平衡钻井丹斯－若斯两相流和考虑偏心、旋转系数的基础上，以雷诺数和若斯因数来判别环空流态，并开发编制了一套软件。这套软件在小拐油田１０多口井中应用，误差小于５％，符合钻井工程要求。     

小井眼窄间隙尾管固井工艺

小井眼具有可降低钻井成本,减小勘探风险,有利于环保倍受石油界广泛重视。小井眼窄间隙尾管固井,给尾管固井施工带来了风险。通过细化固井技术措施、优化水泥浆性能、加强各施工方间的配合、保证固井施工的连续性,才使得S1144井小井眼窄间隙尾管固井取得圆满成功。     

小井眼窄间隙尾管固井工艺

小井眼具有可降低钻井成本,减小勘探风险,有利于环保倍受石油界广泛重视.小井眼窄间隙尾管固井,给尾管固井施工带来了风险.通过细化固井技术措施、优化水泥浆性能、加强各施工方间的配合、保证固井施工的连续性,才使得S1144井小井眼窄间隙尾管固井取得圆满成功.     

小井眼钻井液技术及其流变性控制初探

小井眼钻井液技术的关键是流变性设计和控制要符合小井眼环空水力学的特征;认为流变模式应选用较全面和较复杂的修正幂律模式,小井眼钻井液的流变性能要满足减小环空压耗、提高携屑效果、稳定井壁的要求;并对两种实用于现场的小井眼钻井液体系的流变性作了分析。     

深井小井眼井底压力分段监测系统的建立及应用

钻井过程中,为减少井下高温高压环境下钻井液溢流、漏失、井涌和气侵等异常状况,需要准确地监测井底压力。当前井底压力监测计算模型未考虑井下钻井液温度和环空压耗的影响,使得测算的井底压力不够准确,导致钻井风险升高,因此提出了一种基于温压梯度与井眼偏心的深井小井眼井底压力分段监测方法。首先研究了钻井液在井筒环空中的流动压耗,分析了深井小井眼下钻进过程中环空偏心对环空压耗的影响,建立了基于环空偏心度的压耗分段解算模型;然后研究深井小井眼中钻井液密度受温度、压力、油水比等参数影响的特性,建立了基于温压梯度下密度解算模型以及静液柱压力计算模型,构建了正常钻进工况下分段井底压力监测模型,最终形成了一套基于温度、压力梯度和环空压耗的深井小井眼井底压力分段监测系统。现场应用表明,通过与现场PWD实测井底压力对比分析,基于温压梯度的分段井底压力监测结果误差小于±0.5 MPa,测量精度可满足现场压力实时监测要求。该井底压力监测系统为现场安全、快速、高效钻进提供了数据支撑,对未来深部油气资源勘探开发具有积极的指导意义。     

小井眼环空压耗模式的建立及其在吉林油田的应用

小井眼环空压耗计算与常规井不同。文中通过对大量试验数据分析,回归得到了钻柱旋转和偏心弯曲对小井眼环空压耗影响的经验模式,并在常规井压耗模式基础上建立了小井眼环空压耗模式。给出了小井眼中由轴向流动雷诺数和旋转泰勒数共同判别钻井液流态的经验表达式。编制了小井眼水力参数优化和钻井液流变参数优选的程序。计算结果表明小井眼中的环空压力损失与钻柱内压力损失的比值高达25%~30%。利用吉林油田庙1-40井的数据,对理论模式及室内试验结果进行了现场验证。验证结果表明,利用文中建立的小井眼压力损失模型去预测现场小井眼中的压力降,相对误差在6%以内,证明所建立的压耗模型完全可以满足工程施工的需要。对该油田庙5-40井水力参数进行了预测计算,计算结果同样表明了模式的准确性。     

深井超大环空小井眼安全钻井技术研究与应用——以蓬莱气区DB-1井为例

川渝地区因地质情况非均质性较强,在设计时为增加深井段、超深井段处理复杂的手段,通常采用备留一层技术套管封隔可能出现的、处理难度较大的复杂,若钻井施工比较顺利,备用套管未使用时,则会出现深井超大环空小井眼钻完井方式。若是目的层钻井液密度窗口窄,易漏、易塌,堵漏防塌难度大,钻完井作业则易发生卡钻事故。文章为了保障此类井的安全钻井,以蓬莱气区DB-1井为例,在分析了超大环空小井眼钻井难点——井筒清洁能力差及井漏预防和处理难度大,致使钻完井过程中易卡钻的基础上,研究制定了深井超大环空小井眼钻完井技术方案,通过优化钻井参数、钻井液性能、小井眼钻井工艺措施,形成了DB-1井深井超大环空小井眼安全钻井技术。现场应用后,DB-1井超大环空小井眼实现了安全钻完井作业,顺利完成了该井的钻探任务,对同类井安全钻井具有较好的指导意义。     

考虑井眼清洁条件下的小井眼钻井液性能优化研究

新疆油田玛湖部分区块采用长水平段(超2000 m)小井眼技术进行钻井和开发。在钻井过程中,井眼不清洁导致的卡钻,井筒压力过大导致的漏失问题严重制约了该区块的高效经济开发。钻井液性能的优化是解决上述问题的关键方法之一。为此,采用了CFD数值模拟的方法,建立了环空固液两相流模型,探究了不同钻进参数下钻井液不同流变参数(赫巴流变模型)对岩屑运移和环空压耗的影响。根据数值模拟结果可知:(1)提升钻井液密度有利于提高携岩能力;(2)不同钻进参数下,钻井液流变参数对岩屑运移作用效果不同;(3)钻井液流变参数并非越大越有利于岩屑运移;(4)结合玛湖区块特征,确立了最优钻井液流变参数范围,并将该范围成功的应用于现场。     

幂律流体在偏心环空中流动的数值模拟

提出了一种在数学上适定的、用于描述偏心环空流场的微分方程,并对工程上常见的两类计算问题给出了求解方法:一是已知压力梯度求流速分布;另一是已知流量求压力梯度。实例计算表明,本算法具有精度高、运算速度快等优点,尤其是对第二类工程问题的计算比现有算法优越。同时,对照文中的数学模型可以发现现有文献中流传甚广、影响很大的算法的错误之处.