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。     

水平井岩屑体积平衡计算方法研究与应用

水平井的水平段由于岩屑重力效应及钻具偏心严重,产生的岩屑或掉块极易滞留环空,导致井眼清洁不良和井壁失稳问题,严重影响井下安全。为了实现水平井施工现场井眼清洁定量化监测与分析,设计了一种井场岩屑流量测量装置,研究水平井岩屑体积平衡计算方法,建立水平井岩屑体积平衡分析流程,实现水平井钻进过程岩屑体积随钻跟踪。现场应用表明,利用水平井岩屑体积平衡计算方法可以帮助定量评价井眼清洁异常情况,通过施工优化,提高井眼清洁程度,降低卡钻风险。     

岩屑流量测量装置发展现状及前景展望

钻井井眼的清洁程度是影响钻井施工作业安全和钻井时效的重要因素之一.通过研发岩屑流量测量装置,实时测量从井筒上返至地面的岩屑流量,与钻井理论计算产生的岩屑量进行比较,不但可以监测井眼的清洁程度,同时还可以初步判断不同地层的井径情况.岩屑流量测量装置在石油勘探开发领域的应用,有利于提高钻井施工作业现场工作效率,降低钻井施工...     

井眼清洁监测系统在西南油气田的工程应用

目前在大斜度井、大位移水平井等钻进施工过程中,井底岩屑实际返出情况是影响钻井安全和钻井周期的直接因素.为了保障钻井安全,提升钻井时效,通过井眼清洁监测系统(BCM),可定量化监测井底岩屑返出情况,为现场第一时间提供井底清洁度和井壁稳定性数据分析,帮助井队不断提高钻井效率,为钻井施工实时预警,减少非生产时间(NPT),B...     

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。     

本期导读

<正>大位移井钻井技术是一种高精尖的钻井工艺,是当今定向井、水平井技术的综合系统工程,可广泛地应用于滩海油田、海上油田和地面条件极其复杂的油气藏的勘探开发。其较长的水平段位移导致井筒低边易于形成岩屑沉积床。因此,确保井眼环空清洁是贯穿整个水平井钻井过程的关键问题。相恒富等以相似系统理论建立了大位移水平井携岩实验装置,并根据颗粒雷诺数相似推导了实验装置与原型的参数相似关系,实验研究了环空返速等10个参数与无因次岩屑床厚度的变化关系,在此基础上采用非线性回归方法建立了大位移水平井稳态无因次岩屑床厚度方程。模型对于确定大位移水平井井眼净化最小携     

基于井下多点压力测量和数据驱动的实时井眼清洁监测新方法

在长水平井和大位移井施工中，井眼清洁不充分会导致一系列的钻井问题。传统井眼清洁分析单纯依赖理论模型或地面振动筛数据，无法准确评估井下岩屑分布状况及存在的问题。为此，引入了一种全新的研究思路，考虑了将传统钻井水力模型与人工智能方法相结合，提出基于实测数据的井下真实岩屑分布技术，并拓展井眼清洁领域通过压力反演流动特征的研究，最后提出了一种利用沿管柱测量（ASM）数据定量评估井下岩屑动态分布的新方法。研究结果表明：(1)不同井段和工况条件下井眼清洁情况与环空压耗之间的关系密切，成正比关系；(2)在给定的流动条件下，通过反推岩屑对井眼压降的影响，建立了基于压力驱动的井眼清洁模型；(3)将传统钻井水力模型与人工智能方法相结合，建立了一种可以自动修正的智能钻井水力学模型，然后将训练后的水力学模型与实测环空压力相对比得出岩屑对压力损失的影响，然后代入压力驱动的井眼清洁模型，得到实时的井下岩屑分布情况。结论认为，利用井下多点测量数据可以实现钻井过程中井眼内动态实际岩屑分布的间接测量和井眼清洁状况的准确评价，为避免和解决长水平井和大位移井的井眼清洁不充分问题提供详细的井下信息。该方法可以克服传统井眼清洁...     

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。     

煤层气欠平衡水平井的井眼清洁监测方法

煤层气欠平衡水平井钻井作业时,由于水平井具有水平位移大的特点,极易造成钻井液携岩不畅等问题,易导致井壁不稳定,增加了井壁坍塌及井漏的风险。为此,基于井眼清洁程度与井筒环空循环压力的变化具有相关性这一特点,把PWD测量的井底压力用于井眼清洁程度监测。采用C++语言开发出一套煤层气欠平衡水平钻井井眼清洁监测系统,该系统通过实时采集数据监测井底的环空压力数据,与理论计算的环空压力数据进行对比,寻找井眼清洁程度与环空压力变化规律及组合特征,用专家系统隶属度脉冲曲线判断井眼清洁程度,从而实时诊断井眼清洁度并对井眼不清洁发出预警,实现了对煤层气欠平衡水平井井眼清洁度的实时评价。实际监测应用结果表明,在井下出现煤层垮塌或钻井液性能变化而表现出井眼重度不清洁预警情况下,需要及时改变注气量、钻井液性能等工程措施,进行钻井液循环排除岩屑在环空的滞留,以消除沉砂带来的安全风险。     

水平井、大位移井井眼净化技术研究

水平井、大位移井井眼净化已成为影响勘探与开发速度的关键因素,是目前亟待解决的重大技术问题。鉴于此,对影响水平井、大位移井井眼净化的因素,即钻杆偏心度、环空返速、转速、钻井液性能等方面进行了详细分析,并对近年来国内外水平井、大位移井井眼净化新技术进行了分类归纳总结,从实时监控调节设备参数、井眼净化机械设备以及携屑剂等方面进行了介绍,其中,携屑剂涉及加重携屑剂、高粘度携屑剂、纤维携屑剂、岩屑包裹剂以及浮选携屑剂等。以上井眼净化新技术对于保证安全钻井、提高钻井速度、缩短钻井周期及加快油气资源勘探开发进程具有一定的理论意义和实用价值。     

大位移井井眼清洁计算精度提升探索及实践

中海油利用e-Drilling软件进行井眼清洁实时模拟,该软件计算结果误差较大。为提高井眼清洁计算精度,开展井眼清洁计算新方法探索。通过环空岩屑颗粒悬浮所需临界流速、环空钻井液流动速度计算,将临界流速和钻井液流速进行对比,以此确定岩屑床的厚度,进而计算环空岩屑浓度及井筒ECD（当量循环密度）。利用新方法对A区域两口大位移井进行计算,并和e-Drilling软件计算结果以及实测ECD值进行对比,结果显示新方法计算精度提升明显。通过实际应用可以看出,该方法具有较高的技术价值。     

斜井和水平井钻井环空流核区及速梯区中岩屑的运移研究

长期以来，斜井和水平井的环空岩屑运移问题制约着斜井和水平井钻井，国内外学者在这方面做过大量的实验和理论研究，以液/固两相流为基础的理论模型在不断的发展。文章采用了新的研究方法，取岩屑颗粒单元为研究对象，通过分析偏心环空中流核区及速梯区岩屑颗粒的主要受力，来预测岩屑颗粒的运移趋势，通过数值计算，分析了井斜角、岩屑密度、钻井液返速对流核区中岩屑运移的影响、钻井液返速对速梯区中岩屑运移的影响及旋转钻柱能提高岩屑运移行程的机理，得出了一些对解决斜井和水平井钻井的环空岩屑运移问题有重要意义的结论。     

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。      

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井为例,采用本模型计算分析了起下钻和倒划眼工况下岩屑床厚度的变化规律。研究结果表明,随着井斜角增加,环空岩屑床厚度先增大后减小,在井斜角10°~20°井段岩屑床厚度趋于0,在井斜角60°~70°井段岩屑床厚度出现最大值;倒划眼操作后,岩屑床厚度可减小50%以上。优化井眼轨迹、适当进行倒划眼操作能有效提高井眼清洁程度,降低沉砂卡钻等风险。     

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%。     

冀东油田人工端岛大位移井钻井完井技术

为解决冀东油田人工端岛大位移井摩阻扭矩大、携岩困难,馆陶组玄武岩、东营组东二段泥岩和沙河街组泥岩易垮塌,裂缝及断层易漏、深层井段定向托压、套管下入困难等问题,开展了人工端岛大位移井钻井完井技术研究。利用Landmark软件对井眼轨迹、钻井参数、井眼清洁、摩阻、扭矩、钻具和套管下入安全性等进行了分析,研究了钻井液排量、钻井液流变性、岩屑床破坏器安装位置与岩屑床的关系,以及KCl成膜封堵钻井液配合新型润滑、防塌、封堵剂解决定向托压、井漏、井塌问题及降摩减扭接箍的安装位置和安装方法,形成了装备配套、软件预测和优化、润滑防塌封堵钻井液体、井眼清洁、减摩减扭、岩屑床破坏、套管安全下入等技术。冀东油田人工端岛4口水平位移超4 000.00 m的大位移井的钻井完井情况表明,钻井完井周期明显缩短,井下故障得到了有效控制,完钻井最深6 387.00 m,水平位移达4 940.99 m。研究认为,冀东油田人工端岛大位移井钻井完井技术实现了该油田人工端岛油区的安全高效开发,具有较好的推广应用价值。      

国内水平井固井技术及发展

受水平井客观条件的影响,水平段的套管扶正问题,水平井的水泥浆体系设计问题,都是水平井固井的最大难点,也是影响水平井固井最关键的因素。国内水平井固井技术在“八五”研究成果的基础上,理论研究和施工技术方面又有一些拓展和完善,形成了一套较为成熟的水平井固井综合配套技术。对国内外水平井固井工艺技术进行了全面、细致的凋研,介绍了国外水平井和大斜度井固井工艺、水平井和大斜度井水泥浆参数设计、井眼清洁、套管扶正、固井新技术、新工具等,以及现场应用和效果,可供现场工程技术人员借鉴,以提高国内水平井固井上艺技术和整体效益。     

超深水平井钻井水力参数优选

基于传热学理论和井筒流动特性,通过建立超深水平井的井筒物理模型和温度场模型,考虑螺杆钻具的工作特性,以钻头和螺杆钻具组合的最大水力能量作为优选目标,建立了水力参数优选模型,分析了温度、压力对最小携岩排量的影响,并计算了最优排量和其他水力参数。结果表明:与不考虑温度、压力影响时相比,考虑温度、压力影响时的最小携岩排量增加了1倍;最小携岩排量随着钻井液密度和塑性黏度的降低而增大,塑性黏度是其主要影响因素;不同时刻的最小携岩排量存在一临界点,在临界点上、下井段确定最小携岩排量时,应采用不同时刻对应的最小携岩排量。因此,在超深水平井复合钻井时,应充分考虑温度、压力对水力参数优选的影响,以保证井眼清洁,提高钻井效率。     

页岩气水平井井筒清洁技术的难点及对策

页岩气储层采用水平井钻井和大型加砂压裂能够获得增产,但气井井筒堵塞的问题也频繁出现,如何清除钻塞作业残余的桥塞碎屑及砂粒,确保页岩气井井下生产通道的畅通,成为气井安全生产的重要环节。为此,在分析水平井井筒清洁生产技术现状的基础上,总结了页岩气水平井井筒清洁处理面临的技术难点,结合当今世界页岩气井井筒清洁技术的进展,对清洁工具及工艺、工作液性能进行技术攻关,研发了清洁处理工具,提出了清洁处理技术对策,并对其现场应用效果进行了评价分析。研究结果表明:①所研发的针对大通径桥塞处理的套磨打捞一体化工具,可实现工具入井后对大通径桥塞的套铣、打捞一次性作业;②形成的换向旋流冲砂工艺在长水平段中作业时能避免砂粒沉降,能实现将砂粒冲洗出井筒的目标;③常压及高压井可以选用气井返排液、KCl、CaCl2溶液等作为工作液,而低压井则可选用泡沫流体作为工作液;④对于低压井,通过优化设计局部压差打捞工具形成局部压差吸附的方式带动井内碎屑物或沉砂进入工具内部,进而完成打捞作业。结论认为,所形成的适合页岩气水平井的井筒清洁工艺技术为后期大规模页岩气井筒清洁处理奠定了基础。