塔中超深水平井水力延伸极限研究

合理地预测水平井水力延伸极限对于塔中地区油气资源的开发具有重要意义。深井高温高压环境对钻井液的密度及流变性会产生很大影响,采用常规的循环压耗计算模型会产生较大误差,导致超深水平井水力延伸极限预测结果不准确。鉴于此,对超深水平井钻进过程中的温度剖面进行预测,利用高温高压条件下钻井液的密度与流变性计算模型,计算了系统压耗。计算结果表明:在高温高压条件下,环空钻井液密度与塑性黏度先减小后增加,但都小于地面恒定值;钻柱内钻井液密度和塑性黏度随井深的增加不断减小;系统压耗比未考虑高温高压时的系统压耗小,达到目的井深时两者差值较大。用该计算方法对塔中某超深水平井进行水力延伸极限计算,其极限井深为8 601 m;用常规计算模型计算得到的极限井深小于8 000 m,而实际钻井中该超深水平井的完钻井深为8 008 m。这说明考虑高温高压的压耗计算模型可以有效指导钻井作业。     

欠平衡钻水平井环空压耗模式的建立与探讨

欠平衡水平井钻井技术中，钻井水力学计算问题与常规井有所不同。环空压耗对于欠平衡钻水平井水力参数优化设计、负压值的准确确定、井控、机械钻速、井眼稳定、井眼净化都会产生很大影响。有一些文献已对影响环空压耗计算的众多因素进行了室内实验研究。为欠平衡环空压耗模式建立了一定基础。对欠平衡钻水平井的环空压耗模式进行探讨是文章的中心问题，文章应用现场实际数据进行了验证计算。     

水平段环空压耗与岩屑运移规律数值模拟

环空压耗是油气井控压与水力参数设计的基础,由于在水平段存在岩屑床、钻具偏心等特点,水平环空压耗的计算不能简单套用直井段压耗计算模式。采用流体力学软件CFD对环空固液两相流动进行数值模拟,建立水平段环空物理流动模型和数值模型,给出了水平段岩屑分布状态和压耗分布情况,分析了岩屑物性对环空压耗的影响规律,为现场准确计算环空压耗提供理论依据。     

环空附加当量循环密度的计算方法

面对日益复杂的地质条件和钻井技术的革新要求,井底当量循环密度计算的重要性越来越引起钻井工作者的重视。一般而言,当量循环密度等于当量静态密度与环空压耗的当量密度之和。将循环过程附加的环空压耗折算成相当的密度值,则为环空附加当量循环密度,其计算与监测对于大位移井、深水井或超深井的控压钻井尤为重要。文中通过优选钻井液流变模式选取幂律模式作为实际钻井液的流变模式,对不同尺寸的管柱采取分段求和的处理方法计算钻井液循环压耗,并运用环空水力模型和U型管原理这2种方法计算环空附加当量循环密度,最后结合具体实例进行了计算。研究结果表明,环空附加当量循环密度的计算结果能够满足工程设计的计算要求。     

大斜度井环空压耗模式的应用及分析

本文根据两口水平井的实钻资料，对室内理论研究成果──大斜度段和水平井段环空压耗经验模式进行了验证性评价，并利用验证的数据分析了在大斜度段和水平井段钻进时，由于岩屑床的客观存在，岩屑床厚度与环空压耗的关系。     

控压钻井环空水力模拟计算

环空水力模拟是控压钻井技术的一个重要组成部分。环空水力模拟不仅可用于控压钻井水力参数设计,还能指导现场实时判断、准确地处理井下出现的各种复杂情况。详细地分析了控压钻井作业环空水力学特征,根据实际钻井液特性,选择相适应的钻井液流变模型,综合考虑井下温度、压力对钻井液密度和剪切应力的影响,进行控压钻井环空水力模拟计算。与实施控压钻井的2口井现场实时PWD数据进行对比,表明水力模拟结果与现场数据较为吻合,可用于指导现场施工。     

基于赫巴流体的页岩气大位移水平井裸眼延伸极限分析

大位移水平井的裸眼延伸极限主要与环空压耗和地层破裂压力等因素有关,不同的钻井液流变模式又会对环空压耗的描述产生较大的影响,而赫巴模式能够更好地模拟实际钻井液的流变特性。为此,建立了基于赫巴流体的页岩气储层大位移水平井裸眼延伸极限模型,进而用实际案例分析了赫巴流体的基本流变参数(流性指数、稠度系数、屈服值)和主要钻进参数(机械钻速、钻井液密度、钻杆转速)对大位移水平井水平段延伸极限的影响,并将其与幂律流体模型计算结果进行对比分析。结果表明:(1)在同样的条件下,采用赫巴流体所得结果小于采用幂律流体计算的结果,新预测模型可靠性更好;(2)通过参数的敏感性分析可知,水平段延伸极限会随着上述3个基本流变参数和机械钻速的增加而减小,而该极限值会随着钻井液密度的增加而先增加后减小,它也会随着钻杆转速的增加而增加。结论认为:所给出的赫巴流体流变参数和钻进参数的优选方法,有助于解决大位移水平井在页岩储层中究竟可以打多远的问题,并且更加精确地预测了其裸眼延伸极限。     

水力振荡器在塔中地区水平井中的应用

塔里木盆地塔中地区奥陶系缝洞型碳酸盐岩储层非均质性强、连续性差,为同时钻遇多个缝洞单元,钻井方式以超深水平井为主,水平段长度通常介于800~1 400 m。水平段长度主要由钻井过程中的井下摩阻决定,随着水平段的延伸,越来越大的井下摩阻会带来机械钻速减慢,起下钻困难等问题。当水平段超过800 m后,滑动钻进时托压现象非常严重,导致滑动机械钻速很低,同时也增加了卡钻的风险。针对这一问题,采用水力振荡器,并运用三维管柱力学分析确定水力振荡器最佳安放位置。现场应用结果表明:(1)通过水力振荡器自身产生的轴向震动减小井下摩阻,有效解决了钻进过程中托压、黏卡等问题;(2)使用水力振荡器的井平均机械钻速比未使用水力振荡器邻井的机械钻速提高了67%,缩短了钻井周期,降低了钻井风险,节约了钻井成本。在塔中地区实际应用的效果表明:水力振荡器在长水平井段钻井中具有较高的推广价值。     

侧钻水平井水平段延伸长度预测及应用研究

小井眼侧钻水平井水平段极限延伸长度的研究有助于确定侧钻水平井的设计和施工参数以及钻井工艺。为此,针对小井眼侧钻水平井的特点,分析了影响侧钻水平井水平段延伸长度的几个主要因素:钻具屈曲、额定泵压、目的层破裂压力和钻具强度,并给出了相应的计算公式。在此基础上,以苏里格气田的小井眼侧钻水平井苏25-38-16C井为例,在配备现有钻井设备的前提下,对其水平段延伸长度进行了预测,并跟踪了现场实钻效果。应用结果表明,小井眼侧钻水平井水平段延伸长度的判断方法能有效预测水平段极限延伸长度,泵压高是制约水平段延伸长度的最关键因素,可通过适当降低排量和频繁短起下作业降低泵压,保证井眼清洁。该研究可为今后小井眼侧钻水平井的钻井设计和施工提供参考。     

水平井钻柱延伸能力影响因素分析

页岩气、煤层气等非常规油气开采技术近年来发展迅速,为了降低钻井成本和提高储层的开发力度,水平井作为一种提高油气产量和采油效率的有效开采方法,在钻井工程设计中被广泛使用。水平井段延伸越长,经济效益就越好。但水平井段的可钻长度不能无限延伸,还受地质条件、地面设备和工程设计等多因素的制约。水平井段能延伸多远,能否根据现有条件准确预测,成为水平井钻井领域研究的一个重要课题。文章从工程设计、地层因素和工程技术三个方面详细分析了影响水平井水平段延伸能力的因素,通过对井深剖面、造斜率、摩擦系数、钻具组合、钻柱屈曲变形、钻压、水力参数等影响因素的限制机理的研究,得出通过优化井身剖面设计,优选钻井参数,提高钻井泵额定泵压等措施,达到有效提高水平井水平段延伸能力的目的。     

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。      

昌吉致密油长位移水平井安全延伸长度预测

致密油开发目前多采用工厂化长位移水平井的方式,水平井段的长度直接影响到致密油藏开发的效率。分析了制约致密油水平井水平段延伸长度的主要因素,采用实测数据反演摩阻系数法预测井口载荷以及考虑接头环空压耗的计算模型,指出额定泵压是水平段延伸长度的主要限制因素,较为准确地预测了致密油长位移水平井水平段安全延伸长度。在额定泵压30MPa,排量14L/s,完井井眼尺寸?152.4 mm的情况下,新疆昌吉致密油水平井的最大安全延伸长度为3 000 m。     

井底恒压控压钻井井口回压分析研究

针对目前钻井中遇到的窄密度安全窗口日趋频繁的问题,基于井底恒压控压钻井技术工艺技术原理,以通用圆管流量方程和稳态波动压力理论为基础,精确计算了赫-巴流变模式下的系统环空循环压耗及波动压力,将钻井过程划分为若干工况,综合流型+过程+工况的组合模式得到井口回压计算模型。结合实例对回压计算模型进行验证,验证结果表明,用该模型计算的井口回压与实际值相差很小,能够满足工程精度要求。用该模型进一步分析了不同工况下井口回压与排量、钻井液密度、起下钻速度以及起下钻时间的关系,分析结果对控压钻井的安全实施具有重要的参考意义。     

裂缝性储层控压钻井技术及应用

裂缝性储层油气含量丰富,但安全密度窗口窄,钻进时经常出现井下复杂情况,导致储层伤害。文中介绍了裂缝性储层采用常规钻井技术钻进的局限性：讨论了控压钻井技术解决由窄密度窗口引起井下复杂等问题的优势,建立了控压钻井环空压力计算模型：并以某区块×3井为例,讨论控压钻井技术在裂缝性储层钻井中的应用,以及与同区块其他钻井方式钻井情况的对比。、研究表明：与其他钻井方式相比,控压钻井技术在钻进中可及时发现井涌、井漏,精确控制环空压力剖面和循环当量密度（ECD）．大大降低了井控风险：与同区块邻井相比,水平段延伸进尺大幅提高,钻井液漏失量是其他钻井方法的1．7％。     

精细控压钻井井底压力自动控制技术初探

控压钻井技术是当前油气钻井工程领域的前沿技术之一。钻井各个工况的井底压力须保持恒定,才能确保窄密度窗口复杂地层井段的安全、顺利钻进。为此,通过分析前人对各个工况井底压力计算的研究成果,提出了精细控压钻井井底压力计算模型,该模型的环空循环压耗计算包含了多相流动的重力压降、摩阻压降和加速度压降梯度。在塔里木盆地实施了1口井的精细控压钻井作业,用停泵工况由地面回压泵施加的回压值与计算值比较,最大误差为0.30 MPa,能满足工程实际需要,为今后精细控压钻井井底压力精确计算与控制提供了理论支撑。     

SL-160型液力加压器的研制及应用

在水平井钻井中，随着钻井深度增加，井斜角增大和水平段延长，钻柱与井壁摩擦阻力不断增加，依靠钻柱重力难以给钻头施加足够的钻压。SL－160型液力加压器利用钻柱中循环钻井液的压力，实现对钻头的轴向水力加压，钻压值的大小不受钻柱与井壁摩阻的影响，钻压稳定。较好地解决了水平井、大位移延伸井的钻压施加问题。     

强化充气钻井技术现状与应用

衰竭、低压储层钻进时易出现钻井液漏失、压差卡钻及储层伤害等问题,甚至还存在井壁稳定与储层保护的矛盾。文章针对上述问题调研了国内外强化充气钻井技术的发展现状及应用情况。强化充气钻井技术可有效解决钻井过程中的恶性井漏、压差卡钻及钻井速度慢等技术难题;也可结合钻井液脉冲实现水平井定向钻井,在精确定向作业的同时保护油气藏,提高单井产量;还可将充气钻井工艺与控压钻井技术相结合,利用环空充氮气强化充气钻井技术钻含硫、裂缝性和衰竭性低压高温油气藏,既保护储层,又避免储层井漏,满足井控要求。现场应用表明,强化充气钻井技术不仅有利于保护储层,且能减少井下复杂与钻井成本,在低压、破碎、易失稳的储层钻井中具有广泛的应用前景,有助于解决低压衰竭储层高效开发面临的技术难题,为国内低压衰竭储层水平井控压钻井技术发展提供借鉴与支持。     

水平井井身结构设计之压漏校核新方法

目前水平井已成为高效开发油气藏的一项重要技术,由于水平段地层压力剖面的特殊性,在钻井过程中随着井眼的延伸,水平段易发生井漏,直接影响了施工效率与钻井成本。基于水平井钻井过程中水平段的受力特点,结合水平段地层压力剖面特性,提出了一种压漏校核新方法,该方法将环空动态压力计算纳入水平井井身结构设计中进行考虑,逐段进行环空动态压力计算与校核,通过寻找压漏临界点确定套管下深,并根据钻井实践经验优化水平井井身结构,提高了水平井井身结构设计的科学性。该方法应用于水平井井身结构设计中,将有助于保障水平井钻井的安全性,提高施工效率,降低钻井成本。     

控压钻井技术研究与应用新进展

控压钻井技术是一种用于精确控制整个井筒环空压力剖面的自适应钻井程序,其目的是确保井底压力环境极限和控制环空水力压力剖面的一致性。控压钻井技术在解决地层压力衰减、窄密度窗口、高温高压等复杂油气藏钻井工程问题方面显示出极大的优越性。文章介绍了国外近5年控压钻井技术发展和应用情况以及国内近两年的现场应用情况（尤其是塔里木油田）。实践证明,控压钻井技术是解决复杂钻井问题的有效手段,为国内复杂地层的钻井工作提供了一种新方法。     

控压钻井作业中多相流环空压力的计算

在油田钻井过程中地层漏失、压差卡钻、窄密度窗口等问题越来越突出,控制压力钻井技术是解决这些难题的有效技术手段之一,并能提高深层钻井速度,及时发现和保护油气层,而多相流环空压力的精确计算是油田采用控压钻井的技术关键.文中建立了控压钻井作业中多相流环空压力的计算方法和控压钻井环空多相流压力计算模型,充分考虑了回压对井底压力的影响及气液加速度压降的影响,计算精度较高,误差小于3%,为该技术在油田的应用和发展提供理论依据.