深水高温高压井钻井液当量循环密度预测模型及应用

深水高温高压井具有井筒温度场变化复杂、钻井液物性变化大等特点,导致钻井液当量循环密度(ECD)难以准确预测。为此,根据南海某研究区深水高温高压井钻井资料,通过PVT测量仪和旋转黏度计研究了深水水基钻井液当量静态密度、流变参数与温度、压力之间的响应特征,并根据实验数据拟合经验模型参数,同时考虑温度和压力对钻井液物性参数的影响、海底增压对井筒流场与温度场的影响,对深水高温高压井ECD计算模型进行完善。研究表明:高温高压环境对水基钻井液物性有较大影响,海底增压泵排量越高,井筒内ECD越高。利用模型对南海ST362-1d井进行实例计算,ECD模型预测值与实测值平均误差仅为0.249%。该研究结果对深水高温高压井水力参数优化设计及井筒压力控制具有一定的参考价值。     

基于不确定度理论的ECD不确定性定量表征方法

井底当量循环钻井液密度（ECD）是影响钻井安全的重要参数，准确预测ECD是保障钻井安全有效进行的前提。目前，中国钻井作业大多数仍采用传统的水力学计算模型对ECD进行预测。根据传统的钻井水力学计算模型得到的结果能够大致反映ECD的变化趋势，但是由于其模型的精度以及计算模型中输入参数的模糊性等问题，使得准确预测ECD难度大，计算值与实际值之间必然存在误差，存在一定的不确定性。因此，需要对钻井过程中ECD的预测结果进行不确定性分析。笔者在综合分析ECD定量计算模型的基础上，首先讨论了ECD不确定性的来源，然后基于不确定度理论推导了ECD不确定度计算公式，并进行了实例分析，为ECD的科学描述提供了一种新思路，为保障钻井安全提供技术支持。      

双层连续管双梯度钻井井筒钻井液当量循环密度分布特征

双层连续管钻井是一种新型双梯度钻井技术,为了分析双层连续管钻井井筒ECD分布特征,研究基于双层连续管钻井工艺特点,考虑井筒温度、压力和岩屑浓度等参数影响,建立了双层连续管双梯度钻井井筒ECD计算模型,分析了钻井液排量和钻井液密度等因素对井筒ECD的影响规律。案例井计算结果表明,井筒ECD随着钻井液排量和密度的增加而增大,机械钻速的增加对井筒ECD的影响较小,双层管尺寸需结合井眼尺寸和循环压耗进行优选。双层连续管双梯度钻井可有效降低井底ECD,在钻井过程中可通过调整钻井液排量和密度实现井筒压力的动态控制,为应对深水钻井压力窗口窄和浅层易发生漏失等难题提供了一种有效的解决方法。     

基于Wellplan的ECD敏感性分析与精确预测技术

随着国内勘探开发形势的发展,油气开发向纵深发展,钻井工程复杂程度显著提高,为解决例如高温高压井、超深大位移井等钻井过程中的ECD精确预测,解决诸多理论模型与工程实践存在转化应用技术鸿沟的问题,以Wellplan软件为出发点,利用其成熟、推广程度高的优势,以ECD敏感性分析为出发点,对钻井液性能因素(密度、流变性及温度压力影响)、井筒岩屑特征因素(孔隙度、直径、密度)、钻井参数因素(排量、转速、机械钻速或岩屑浓度)、一级井筒和地层物理特性因素(环空截面积、表面粗糙度)做了深入分析,得出精确预测ECD的关键技术,也为工程实践开展ECD可调可控提供了技术依据。     

海上高温高压井环空ECD精细预测模型

为了准确预测高温高压井环空ECD,基于高温高压下钻井液流变性测试数据,利用多元非线性回归得到了钻井液密度和流变参数计算模型。通过将钻井液密度和流变参数计算模型与井筒传热模型耦合,建立高温高压井环空ECD精细预测模型。相比Drillbench软件计算结果,该模型更接近于实测PWD数据,误差更小。实例井计算结果表明,循环钻进过程中,下部环空温度不断降低,钻井液密度和稠度系数受温度影响不断增加,导致环空ECD不断增加;钻井液排量与地温梯度是影响环空ECD分布的关键因素,排量越大,环空压耗越大,进而环空ECD也越大;地温梯度直接影响环空温度分布,地温梯度的增加将导致环空ECD的不断降低。      

高温高压井ECD计算

随着深部油气藏的勘探和开发，高温高压深井及超深井的数量大幅度增加，而高温高压、窄安全密度窗口安全钻井是当前国内外未能很好解决的重大技术难题，钻井工艺技术面临易发生井漏、井喷等事故的挑战，准确计算钻井过程中井下ECD分布对突破该技术难关有重要意义。为此，文章从研究高温高压钻井过程中循环温度场分布出发，分析了温度和压力对钻井液密度的影响规律，建立了不同温度和压力条件下的ECD实时耦合模型。该模型由动态压力和温度模型耦合而成。通过计算分析表明，井底钻井液密度和地表钻井液密度有很大差别；温度增加，钻井液密度下降；压力增加，钻井液密度增加。在高温高压钻井过程中，随着循环时间的增加，环空下部井段温度呈指数降低，ECD升高；环空上部井段温度呈指数升高，ECD降低。随着排量增加，环空下部井段温度降低，ECD近似呈线性升高；环空上部井段温度升高，ECD呈指数降低。     

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。     

高陡构造克深206井钻井提速配套技术

克深206井是库车坳陷克拉苏构造带克深区带克深1-2号构造的一口五开生产评价直井,该井面临着上部地层倾角大易井斜、吉迪克组含砾地层机械钻速低、古近系库姆格列木群盐膏层段易卡钻、白垩系巴什基奇克组机械钻速低、压力窗口窄、井壁不稳、易卡易漏等钻井技术难题。针对上述难点,应用了PDC优选技术、垂直钻井技术、穿盐膏层钻井液体系优选等钻井提速配套技术。通过应用钻井提速配套技术,克深206井钻井速度实现了大幅度的提高,钻井周期250 d11h,较区块平均周期相比缩短47.5%。克深206井钻井提速配套技术为今后克深1-2构造钻井施工作业提供了宝贵的经验。     

深水隔水管钻井井筒温压场耦合计算与分析

井筒温度和压力场的计算是深水钻井设计的重要内容。综合考虑温压场与钻井液性能的相互影响,建立了深水钻井井筒钻井液性能、温度和压力场耦合计算模型,并进行了求解分析。实例分析结果表明:受海水低温影响,上部井段环空温度会小于入口温度,需注意低温时天然气水合物形成带来的安全隐患;受压力和温度影响,静止时钻井液最大密度出现在海底泥线处,井底处钻井液实际密度小于井口钻井液密度,循环时井内钻井液实际密度和当量循环密度(ECD)均大于入口钻井液密度;温压场与钻井液密度耦合对ECD影响较大,钻井液粘度与温压场耦合对泵压影响较大,考虑钻井液密度和粘度影响时泵压计算误差将明显降低。     

泡沫钻井液颗粒沉降对密度变化规律的影响

泡沫钻井液密度的变化是其应用过程中考虑的重要参数之一,为了研究颗粒沉降对其密度的影响,通过实验测量不同起始密度的泡沫钻井液颗粒沉降引起密度随时间的变化关系,分析密度随时间推移变化的趋势,探求密度随时间变化的规律性.介绍了一种研究泡沫钻井液密度变化的方法,测定和分析了其密度随时间变化的关系,泡沫钻井液密度随时间的变化规律符合Boltzman公式的曲线形式,运用Boltzman公式进行数据曲线拟合,得到了密度随时间、泡沫起始密度等变化的经验公式.该公式的理论计算结果与实验结果相吻合,利用该公式可预测泡沫钻井液密度随时间的变化趋势.     

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。     

深水钻井当量循环密度影响规律分析

深水钻井中,由于深水段的影响,上覆岩层压力低,钻井液密度窗口窄,当量循环密度(ECD)的预测和控制较难。针对南海深水井通过水力学分析软件进行ECD计算模拟,并对增压泵的影响进行了分析,揭示了深水钻井ECD的影响规律,为深水钻井水力参数设计和现场作业提供了依据。研究表明:深水钻井中,不仅要通过大排量和控制机械钻速来保持井眼清洁和控制ECD,还需要考虑温度对ECD的影响,尤其是在有增压泵的情况下,ECD随着增压泵排量的增大会逐渐增大。     

地震层速度法预测南海北部深水钻井安全钻井液密度窗口

针对南海北部琼东南盆地深水油气田钻井过程中窄钻井液密度窗口导致的井漏问题,建立了适合深水环境的井壁稳定分析计算模型,应用地震层速度资料对L4井的地层孔隙压力、坍塌压力、破裂压力进行了计算。结果表明,坍塌压力随井深增加而增大,但总体都小于地层孔隙压力,因此将地层孔隙压力作为安全钻井液密度窗口的下限。破裂压力随井深增加而增大,在海底泥面处最小,仅为1.02 g/cm3,地层孔隙压力与地层破裂压力下限的范围仅为0.021~0.092 g/cm3,最大也只有0.290 g/cm3,表明安全钻井液密度窗口窄。结合目标井的实际情况,考虑ECD、激动压力等的影响,推荐了不同层段钻井液密度范围,计算结果与实钻情况吻合,满足实际需要,表明应用层速度计算安全钻井液密度窗口是可行的。     

南海流花超大位移井井眼净化技术

为适时监测井眼环空净化状况,结合国内外最新研究成果,建立了一套大位移井井眼净化监测和计算方法。该方法可将立管压力转换为循环钻井液当量密度(ECD),做出实测ECD曲线、理论环空无岩屑床ECD曲线和理论环空存在一定厚度岩屑床ECD曲线,通过对比分析,实现对环空井眼清洁程度进行监测,并对环空平均岩屑床厚度进行定量评价。利用该方法对南海Liuhua 11-1-17 B3ERW 4井进行了计算分析,研究结果与实际情况相吻合。计算结果表明,在整个钻进过程中不同井段均有岩屑床形成,其中?444.5 mm(特别是井斜角大于45°)的井段,所形成的岩屑床高度均为最高,是大位移井中携岩最困难的井段。该计算方法简单实用,可以对环空岩屑床的形成进行监测,并能给出环空平均岩屑床高度的范围,为现场施工提供指导。     

深水浅层钻井液水合物抑制性能优化

深水浅层地质条件复杂,土质疏松、作业压力窗口窄、海底泥线温度低、井筒内易生成水合物,钻井液面临着井壁稳定、低温流变性调控难度大以及环境污染等问题,钻井安全作业风险高。为此,以南海某深水井浅层钻井为研究对象,总结分析了深水浅层钻井液应用现状,建立了深水浅层钻进ECD计算模型和井筒温度场计算模型,分析了深水浅层钻井期间的井筒温度场分布规律和水合物生成风险,结合数值模拟和室内实验,进行了浅层钻井液体系水合物抑制性能优化。研究结果表明,建立的深水浅层钻进ECD计算模型和井筒温度场计算模型,与实测数据对比模型计算平均误差小于8%;计算得出深水浅层钻进期间井筒水合物生成区域范围随着钻井深度的增加逐渐减小,但钻进准备期间及钻进初期,井筒内仍存在水合物生成风险;常规半防钻井液体系优化为HEM+14%NaCl+6%KCl,可满足正常钻进期间作业需求。结论认为:通过深水浅层钻井液体系优化,可以减少钻井液体系中水合物抑制剂的加入,简化钻井液配方,降低钻井成本,提高作业效率,为深水油气钻探钻井液设计提供指导。      

常低压裂缝性地层气举穿漏钻井技术

为解决常低压裂缝性地层钻井过程中的易漏难堵问题,提出了一种气举高效降压穿漏的钻井新技术。该技术采用少量双壁钻杆注气将井筒上部钻井液举升,降低环空ECD实现易漏地层快速穿越。通过多相流模拟分析了立管压力、双壁钻杆下深、注气量及钻井液排量等关键工艺参数对环空ECD的影响,建立了以“最优气举效率”为目标的优化设计方法,并利用优化后施工方案,完成了一口常低压岩溶漏失井的先导试验。试验结果表明,利用该技术可在不堵漏的情况下快速建立稳定的循环,同时满足携岩及轨迹控制要求,大幅缩短因井漏引起的非生产时效,具有良好推广应用前景。     

渤海砂岩油田岩石压缩系数经验公式研究

渤海11个砂岩油田实测资料统计结果表明,岩石压缩系数对原始地层压力与孔隙度均有较强的敏感性,岩石压缩系数与原始地层压力呈幂函数关系,与孔隙度呈指数关系。利用多元线性回归方法,建立了适合渤海砂岩油田的岩石压缩系数经验公式,利用BH-12油田实际测试数据进行验证,本文建立的经验公式的计算误差远小于Hall方法及Newmen方法的计算误差,说明了新建公式的可靠性。     

井壁稳定性研究及其在Kolzhan油田的应用

通过对井壁失稳现象、机理及钻开井眼前后井壁应力状态的分析和计算,建立了一套分析地层坍塌压力及地层相关物理力学特征参数的数学模型,并编制了相应的计算软件,以利用测井资料进行坍塌压力的计算,进而对井壁稳定性进行研究.用该研究结果解释了哈萨克斯坦Kolzhan油田普遍存在的井壁失稳的原因,并推荐出了合理的钻井液密度窗口,地层坍塌压力和安全钻井液密度窗口的计算结果与现场实际吻合,为Kolzhan油田钻井过程中的井壁稳定提供了技术参数.     

充气钻井液的影响因素分析

井底压力的控制是充气钻井、井底欠平衡和防止井壁坍塌的关键，对其控制因素的研究和分析具有重要的现实意义。为此，利用Mukherjee和Brill的倾斜管两相流方法，建立了求解井底压力的数值模型。利用四阶龙格库塔算法，提出了该数值模型的求解方法，给出了求解的计算流程图。分析得出影响充气钻井液井底压力的主要控制因素为注气量、钻井液排量、井斜角以及钻井液黏度，通过编写的软件对4个主要控制因素进行了敏感性分析。随着注气量的增加井底压力逐渐降低，但当增加到某极限值后井底压力反而会增加；随着钻井液排量的增加，井底压力逐渐增加；井底压力随井斜角的增加而减小；随着黏度的增加井底压力增加。     

油基钻井液在克深35井的应用

克深35井位于塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带,钻井液面临塔里木山前断层、大井眼、长段盐膏层、高密度、高温、窄密度窗口等技术难题。通过对比邻井地质资料、完钻井钻井液性能、并对该井难题进行分析、研究,钻井液分公司制定了油基钻井液技术方案。实践证明克深35井使用油基钻井液成功解决了盐膏层阻卡、盐层底部防漏、目的层防塌等一系列技术难题,全井无复杂、无事故;钻井工程实现了提速提效,完全满足了安全快速钻井要求。