基于旋转射流的侧向水力工具在大位移井中的应用

利用侧向水力工具的旋转射流冲击沉积的岩屑床破坏其"稳定"状态,并对井底流场进行扰动,增大环空内泥浆的紊流度,可以达到增强环空钻井液携岩能力的目的。在K-ε方程数学模型的基础上模拟计算了使用侧向水力工具旋转射流时的流场,得出了其流场速度分布矢量图;模拟结果表明,旋转射流的冲击作用明显;在实际环空返速下,侧向射流受到的干扰较小,与理论分析结果偏差不大;而最好的喷射角度为与环空返速呈75°。     

紊流注水泥顶替机理研究

本文首先推导出普遍适用的非牛顿流体紊动微分方程式,然后在此基础上导出了适用于偏心环空紊流的运动微分方程式。据此研究了泥浆在偏心环空中的轴向紊流流动规律及水泥浆和泥浆在偏心环空中的轴向紊流顶替规律。最后得出结论:提高水泥浆密度、泥浆动切应力和塑性粘度或降低水泥浆动切应力和塑性粘度、泥浆密度等都有利于提高顶替效率。     

存在岩屑床的水平环空钻井液紊流CFD模拟

在钻井过程中,由于钻井液携岩效率的限制,在水平井段极易形成岩屑床。利用CFD(计算流体动力学)软件来模拟环空成床后的钻井液紊流流动规律,模拟结果与已发表的实验数据对比,验证了所选模型的正确性。环空岩屑床的存在将减小流核区的速度,但会增加岩屑床面附近的速度,有助于床面岩屑起动;增加岩屑床高度,环空摩擦压降会减小;随着岩屑床壁面粗糙度增加或岩屑床高度减小,钻井液流动时作用在床面上的切应力减小,不利于床面岩屑的起动;且在钻柱与床面交汇处容易形成屏蔽效应。     

管内转向径向水平井携岩规律数值模拟

为了对管内转向径向水平井携岩规律进行研究,根据流体力学理论建立了管内转向径向水平井携岩过程的数学模型和物理模型,采用数值模拟方法研究了流量、钻速和井径等参数取不同值时,环空截面混合流体速度分布规律和岩屑体积分数分布规律。分析结果表明,随着流量的增大,混合流体紊流强度增强,悬浮层内岩屑体积分数增大,固定床层内岩屑体积分数减小,岩屑床总高度降低,偏心环空内高速流核区范围增大;随着井径的扩大,岩屑在偏心环空上的非均匀性增强,偏心环空底部岩屑床高度增加,偏心环空中高速流核区减小,零速度区范围逐渐增大,混合流体平均流速减小。     

泡沫质量和环空返速对泡沫携岩能力影响的数值模拟

尽管泡沫钻井具有较强的携岩能力，但在水平井钻井过程中，环空内依然存在岩屑传输困难的问题，有效降低或消除岩屑床是成功钻进的关键。根据质量守恒定律和动量守恒定理，运用计算流体力学软件FLUENT求解器，针对环空中泡沫和岩屑的混合流动过程进行了数值模拟，得到了偏心环空中不同泡沫质量和环空返速条件下岩屑床高度的变化规律，并与常规钻井液的携岩能力作了对比。研究结果表明:泡沫钻井液具有较强的携岩能力，在水平段所形成的岩屑床高度低于常规钻井液条件下的岩床高度，泡沫质量和环空返速对岩屑运移具有较大影响。     

水平井钻井第二洗井区环空止动返速的计算

根据水平井钻井液携岩要求和岩屑床理论模型，给出了大斜度井及水平井钻井第二洗井区环空止动返速的计算方法，分析了影响环空止动返速的诸种因素。统计得出，我国目前水平井钻井第二洗井区环空止动返速为０．８０～１．０３ｍ／ｓ，可供该洗井区的水力参数及流变参数设计时参考。实例分析表明，采用环空止动返速能准确地评价第二洗井区岩屑床的运移状态。     

大位移井水力延伸极限研究

依据大位移井水力学原理,首次提出了大位移井水力延伸极限的概念,并给出了计算公式及步骤,分析了地层因素、泵能力、环空压耗和岩屑床高度对大位移井水力延伸极限的影响规律,结果表明,大位移井水力延伸极限随地层安全密度窗口和额定泵压的增加而增加,随环空压耗和岩屑床高度的增加而减小.大位移井极限长度的预测以及合理进行工程设计,为减少钻井风险提供了理论指导.     

在水平井模拟条件下泡沫钻井液的携岩机理实验研究

本文在模拟井底条件下研究了泡沫在水平环空中的携岩能力.就聚合物处理剂、泡沫质量、流动速度、温度和压力等因素对泡沫携岩能力的影响进行了详细深入研究.实验是在全尺寸的流动环空中进行,其实验管长为73 ft(5.76 in×3.5 in的同心环空),改变温度(80～170 ℉)和压力(100～400 psi),考察其携岩能力的变化.使用了较为成熟的现场用泡沫体系,其中含有表面活性剂和羟乙基纤维素聚合物(HEC).同时,还测试了三种不同聚合物浓度(0、0.25%和0.5%)下的携岩能力.泡沫质量在70%～90%之间变化.在测试中,不断地在流动环中注入岩屑,直至达到稳态.使用核密度计原位测定了岩屑的体积浓度.当然,也可以通过称量加入和流出流动环中的岩屑含量来计算环中岩屑浓度.实验中的测试参数为:气体和液体的注入速率、注入的岩屑质量和清除塔中的岩屑质量、混合密度、摩擦压力损耗,以及环空中的压力和温度等.在携岩测试过程中可以观测到同时存在静态岩屑床和全悬浮流体.流体流动参数主要受聚合物浓度、泡沫质量和环空流速的影响.环空流动速率、泡沫质量和聚合物浓度等因素都会影响携岩效率和摩擦压力损耗.本文将有助于更好地设计钻井和洗井作业方案.     

钻柱中分流器的工作原理及水力分析

为解决钻井中尾管上部大井筒的低返速携岩问题,提出了在钻杆中安装分流器来提高携岩能力的设想,并初步设计了钻杆分流器的结构。建立了分流器的串联局部压力模型,推导出分流器开口面积的一元二次方程,优化了分流器的最佳携岩位置,并对其进行编程计算。结果表明:影响分流器开口直径的本质因素是分流量及压力差;随着喷嘴排量减小、密度减小、尾管段环空内径增大及安装井深增大,开口直径均减小;分流器的最优携岩位置主要受岩屑末速度的影响,岩屑末速度主要取决于岩屑粒径、钻井液密度、钻井液粘性系数及钻井液流速等因素。     

超临界二氧化碳在水平井钻井中的携岩规律研究

为弄清以超临界二氧化碳为钻井流体钻进水平井时的携岩机理,基于DPM模型,采用数值模拟方法对用超临界二氧化碳钻进水平井时的携岩规律进行了分析。数值模拟结果显示:水平井段环空中岩屑颗粒是分层移动的,随着岩屑向出口运移,岩屑会逐渐向水平井段下部沉降;随着排量和压力的增大、环空间隙的减小,超临界二氧化碳的携岩性能逐渐增强;而随着环空温度升高和岩屑粒径的增大,其携岩性能逐渐减弱。研究结果可为应用超临界二氧化碳钻进的水平井钻井设计提供参考。      

水平井岩屑床清除的室内模拟试验

水平井水平段环空易形成岩屑床。模拟水平井水平段岩屑床形成、发展及清除过程进行了室内试验研究。结果发现,调整钻井液特性及水力条件可以使岩屑运移并清除岩屑床,当环空返速高于临界返速时,转动钻具,延长洗井时间,也可以改善环空净化。     

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。      

国内水平段最长的水平井钻井液技术

为了更好地推进水平井钻井液的现场应用技术,论述了水平2井中出现的复杂事故、对煤层防塌及长段水平井钻井液的处理情况。试用了无机阳离子胶技术,较好地解决了井下漏失、井塌、携砂及润滑防卡等一系列问题,满足了钻井工程和保护油层的需要。     

大位移井井眼清洁监测技术在大港油田的应用

随着大位移井及复杂结构井钻井技术的不断发展,井眼清洁及监测技术面临着新的困难和挑战。如何监测复杂地质条件、复杂井型条件下的岩屑运移状况,预测岩屑成床时间,帮助判断、处理井下复杂情况是现场迫切需要解决的问题。基于环空岩屑运移规律及岩屑床成床机理,采用岩屑运移多层模型,根据岩屑对环空压耗的影响以及环空压耗与循环钻井液当量密度的转换关系,建立了适合工程中监测井眼清洁状况的ECD曲线。并应用该技术对大港油区ES-H6井进行分析和指导。实例分析表明,ECD曲线是衡量井眼清洁与否的重要标准,应控制ECD曲线在合理的范围之内。另外,ECD主要与环空载荷、环空返速、钻井液性能等因素有关,对钻井液性能以及钻杆钻速的合理控制有利于大位移井的井眼清洁。     

定向井同心环空中卡森流体稳态波动压力的研究

管柱在充满钻井液的井眼内运动时所产生的压力波动,是影响井眼稳定性的重要因素。其值的大小,是确定泥浆附加密度的主要依据。因此,要求对实际波动压力的预测有较高的精度。多年来,常用的波动压力计算模式多为近似模式,存在较大误差。为此,从理论上对定向井同心环空中起下钻时管柱在卡森流体中运动时钻井液由粘滞性产生的波动压力进行了分析,建立了理论模式。为便于现场应用,绘制了不同情况下波动压力系数的变化规律图,并给出了计算示例。     

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。     

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。     

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井眼净化,是大位移钻井的关键技术之一;大位移井中,岩屑床是制约井肯净化的关键蝇水力、钻井液流变参数外,钻柱的旋转作用是清除岩屑床的一个重要因素。通过对钻柱旋转作用下的人流场的研究和分析,揭示了钻柱旋转对清除岩屑床力学机理,即旋转作用使呈现波动形式,产生了有利于清除岩屑的循环力和陀螺力。波动的压力使岩屑床趋于非稳定,而循环力和陀螺力则对岩屑床产生搅动和支承作用,便于环空上返流速对岩屑的携带。并以国内     

再论大斜度定向井的井眼净化问题

从天62-4井井斜角41°～43°井段井眼净化不好引发起钻遇卡、憋泵及消除这一井下复杂情况的实例出发,引申论述定向井及水平井的大井斜角井段井眼不清洁的危害、岩屑床形成的原因及其影响因素,介绍清除岩屑床、提高井眼净化程度的途径,并警示井斜角30°～60°的斜井段是井眼净化危险区;岩屑床形成容易清除较难,预防形成岩屑床需从多方设法,清除岩屑床则需积极主动对待。建议重新定义大斜度定向井,推荐大井斜角井段井眼达净化程度的指标,推荐“融钻进与清除岩屑床为一体”的作业工艺。     

两性离子聚合物钻井液体系在榆树林油田的应用

针对大庆榆树林油田地层造浆性强,井塌、电测遇阻问题严重,我们试验和应用了以FA367和XY27为主聚物的两性离子聚合物钻井液体系。通过试验证明,该体系比现有的阴离子聚合物钻井液体系具有较强的抑制造浆及控制钻屑分散的能力,改善了钻井液流变参数,解决了榆树林油田钻井中的难题。