控压钻井线性节流阀及其控制

针对现有节流阀难以满足实时精细调控的难题,设计出了在25%~85%的开度范围内压降随开度线性变化的节流阀,进行了整体结构设计,并通过性能试验验证了设计理论。针对井口回压控制不够精确、响应速度慢的问题,提出了一种井口回压三层反馈控制方法,实现了底层开度曲线直接控制,中间层压力快速粗调,外层压力精细调节。开发了井口回压控制模块,通过实验验证了控制方法的响应时间和精度,井口回压控制精度达到±0.1 MPa,最大响应时间为28s。     

控压钻井节流阀阀芯轮廓曲线设计

控压钻井节流阀是钻井系统中控制压力的关键部件,控制系统通过一定策略来改变阀的开度从而快速、精确地控制井口压力,要求节流阀开度和阀两端压降呈近似线性关系。根据节流阀流量、压差与过流面积的数学关系,采用曲线包络的数学方法建立了控压钻井节流阀阀芯轮廓线的数学模型,绘制出开度-压降呈线性关系的阀芯轮廓曲线,并通过计算各个开度下的过流面积和压降对所建模型进行了验证。该数学模型可针对不同工况下的MPD节流阀设计提供理论依据,具有一定的工程实际意义。     

控压钻井中节流阀开度与节流压力的关系研究

采用试验的方法对节流阀开度大小和节流压力关系进行研究须选取大量参数重复试验,工作量大、耗费人力物力多。为此,建立了锥形节流阀的Fluent数值模拟模型,模拟计算了不同黏度、密度和开度等参数组合下的节流压力,分析了不同参数组合下节流压力的变化规律,建立了包含密度、排量和开度的3参数节流压力函数模型。基于计算压力和实测压力曲线形状相似的事实,提出了基于数值模拟和试验数据平移修正的节流阀开度与节流压力函数关系确立的方法,并用该方法确定了1组待定参数下的节流阀开度与节流压力的函数关系模型。节流阀开度与节流压力关系验证表明,实测压力与计算压力曲线形状大致相同,存在曲线平移的基础,最大相对误差为9%。上述数值模拟和试验数据平移修正的方法,可以用于其他类型节流阀开度与节流压力关系的建立。     

控压钻井多级节流元件压降场数值模拟

利用控压钻井可解决碳酸盐岩储层溢、漏频繁发生,硫化氢分布不均匀和存在大量裂缝等钻井难点,而多级节流元件是实现控压的主要部件之一。基于CFD技术建立了该多级节流元件数值计算模型,并分别选取12.00、14.84、22.42、30.70L/s流量进行了数值模拟计算,同时研究了流量变化对压降场的影响。结果表明:随着流量的增加,该多级节流元件的压降增幅较大;流量是影响多级节流元件压降的主要因素之一。由此证实该元件在控压钻井中进行节流控压是可行的,其节流控压性能明显;在精细控压钻井中可发挥节流控压的作用。     

控压钻井自动节流控制系统的研制与应用

控压钻井(以下简称MPD)技术是一种用于精确控制整个井筒环空压力剖面的钻井程序。控压钻井的实现是依靠环空水力学模型根据环控井底压力计算井口目标套压,通过控制节流阀的开度的方式来达到控制井底压力的目的。本文从压力控制模型的推导,控制系统的设计,软件开发及硬件配套等方面阐述了实现控压钻井自动节流控制的方法。     

微流量控压钻井中节流阀动作对环空压力的影响

为解决窄安全密度窗口的复杂压力剖面问题,基于质量守恒方程及动量守恒方程,建立了节流阀动作引发的环空波动压力模型,并应用中心差分法对模型进行了求解。研究表明,随钻井液排量增大、节流阀动作时间减小,环空所受波动压力呈增大趋势;阀芯所受波动压力大于环空段;钻井液排量从36 L/s增至56 L/s时,阀芯所受波动压力峰值从1.26 MPa增至1.56 MPa,钻铤段波动压力峰值为0.22 MPa;节流阀动作时,套管鞋处引发故障的概率比井底高至35%。研究结果表明,两步、多步线性关阀较一步关阀,不但关阀手段灵活,更可有效减小环空波动压力峰值。      

精细控压钻井控压响应时间浅析

精细控压钻井通过PWD随钻测压、计算机控制、回压泵和节流阀等闭环调节井口回压,精细控制井底压力,以满足安全、快速钻井的需要。判断精细控压钻井系统性能高低的一个重要指标就是压力控制的响应时间。短的控压响应时间可以很快平衡井底压力变化,维持钻进在井底压力基本恒定下进行。以回压从井口传到井底的时间为研究对象,建立了回压在环空传播速度的计算模型,分析了影响回压传播速度的主要因素钻井液密度、气体含量和岩屑含量,并以控压钻井实例数据计算为例、分析了精细控压钻井的控压响应时间,为精细控压钻井提供理论支持。     

控压钻井节流阀液-固两相流冲蚀预测及验证

运用欧拉-拉格朗日法和离散相模型,预测了节流阀内部粒子运动和分布规律,利用半经验冲蚀模型求解了颗粒对阀芯的冲蚀率,并设计相关实验验证了数值模拟的准确性。结果表明,数值模拟能够较为精确地预测节流阀阀芯的冲蚀轮廓;5 h以内的预测冲蚀损失量与实验数据贴合度很高,5 h以后的预测数据经合理修正后与实验结果相近,随冲蚀时间增长,预测误差逐渐减小,最终达到1% 以下;该模型能够用于预测控压钻井节流阀复杂流场的冲蚀,有望为控压钻井节流阀的进一步优化设计提供参考。     

精细控压钻井系统

控压钻井技术是在欠平衡钻井基础上发展起来的新型钻井方式,近年来已成为国内钻井新技术研发的热点,其主要目的是为解决"卡、塌、漏、喷"等钻井难题提供有效的手段。控压钻井工艺有多种形式,包括井底恒定压力控压钻井、连续循环钻井和双梯度压力钻井。重点论述了由中国石油集团西部钻探工程有限公司钻井工程技术研究院自主研发的基于井底恒压的控压钻井系统,并就利用该系统实现钻进、停泵接单根、控压起下钻、双梯度钻井液帽压力控制及衔接的工艺方法进行了阐述。结合新疆油田白28井,给出了精细控压钻井系统在该井应用压力控制取得的成果,系统压力控制精度为0.35MPa,达到国外同类产品的控制水平。对控压钻井技术的发展提出了加大该技术在漏、喷问题严重的勘探开发区块的推广应用力度的建议。     

试论控压钻井关键技术

在对控压钻井技术进行研究的过程中,主要将国内和国外的控压钻井技术进行对比,最终对比得出的结论为:控压钻井技术可以有效的解决窄泥浆密度窗口地层、裂缝发育的压力敏感地层钻井出现的喷漏同层、喷漏同存等复杂的问题,而且解决效果较为明显。因此,为了更好的运用控压钻井技术,本文将空压钻机技术的概念,应用方法、工艺流程进行相关的分析,并明确控压钻井关键技术,从而以便于日后对控压钻井技术的应用。     

控压钻井技术研究

控压钻井技术因其可有效降低窄密度窗口钻井喷、涌同层钻井工程复杂、提高钻井时效,已成为近年国内钻井新技术研发热点。控压钻井工艺有多种形式,包括井底恒定压力控压钻井、连续循环钻井和双梯度压力钻井。本文重点介绍了我院自主研发的基于井底恒压的控压钻井系统,并就利用该系统实现压力控制衔接的工艺方法。最后,给出室内实验数据。     

控压钻井技术新进展

<正>控压钻井技术具备对钻井过程中井筒压力精细控制的能力,能够显著增加钻井过程的可控性、降低事故复杂发生的概率、克服窄密度窗口等钻井难题。因此,控压钻井技术始终是近年来国际各大钻井技术服务公司研究的重点,其相关成果也得到了工业界的极大关注,例如海洋石油技术大会(OTC)最近3年的聚焦新技术大奖(Spotlight on New Technology)中,均包含了控压钻井相关的技术:     

控压钻井系统研究

控压钻井技术因其可有效降低窄密度窗口钻井喷、涌同层钻井工程复杂、提高钻井时效,已成为国内钻井新技术研究开发的热点.基于井底恒压原理自主研究开发了控压钻井系统,文中对其框架构成,各分系统之间的通讯、逻辑关系进行了阐述.时于控压钻井工艺转换过程中压力控制的突出问题,提出了压力控制衔接的工艺方法,效果较好,为同类油井的钻进提供了参考.     

控压钻井关键技术研究

国内外的应用结果表明:控压钻井技术在解决窄泥浆密度窗口地层、裂缝发育的压力敏感地层钻井出现的"喷漏同层、喷漏同存"的复杂事故有显著的效果。介绍了控压钻井的定义和应用形式,重点分析了控压钻井系统的组成及工艺流程。提出了控压钻井技术的研究重点,对控压钻井技术的研究和应用有参考作用。     

改进型控压钻井系统

<正>控压钻井(MPD)是钻井行业近年来推广的新工艺之一,目前已进入对原有基本机型升级改造阶段。升级改造主要途径有4个:(1)提高井眼系统内相关参数的自动化控制水平,例如可以实现钻井作业中的恒定井底压力(CBHP)钻井,以及加压钻井液钻井(PMCD),可以在作业遇到危险时实现钻井的自动化控制。(2)安装升级后的MPD自动控制总成,加装包括若干钻井节流管与流量计的装置;其中,流量计可从环形空间返回     

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。     

控压钻井技术成首选钻井技术

业界把钻井作业定义为高压和低玉钻井,多年来,工程师们坚定地维护着一种泥浆密度,一种能使流体静压力大于被钻地层的孔隙压力、但小于压裂梯度的泥浆密度。今天,通过地面采用的控制脏力的钻井方法（MPD）来运用压力,工程师们所做的工作超越了这一钻井压力区间的传统界限。     

我国海洋控压钻井技术适应性分析

控压钻井技术是解决窄安全密度窗口地层钻井难题的有效手段,我国海洋钻井中尚处于探索阶段,需对不同控压钻井技术的适应性进行分析。以井底恒压控压钻井和控制泥浆液面(CML)双梯度钻井为研究对象,考虑温度对钻井液物性参数影响,分别建立了2种控压钻井方式井筒压力预测模型,分析了不同控压钻井方式控制参数对井筒压力分布的影响。研究结果表明:相对于井底恒压控压钻井,CML双梯度钻井的循环当量密度调节范围较宽;CML双梯度钻井既能够有效简化井身结构,又具有一定的井下复杂情况处理能力,在技术层面上CML双梯度钻井优于井底恒压控压钻井。本文研究结果可为我国海洋控压钻井技术应用提供参考。     

控压钻井技术要点及其发展前景分析

基于控压钻井技术要点及发展前景的分析,首先要了解其技术要点,从过平衡钻井技术和欠平衡钻井技术综合分析,阐述控压钻井技术的优势,然后结合技术流程与控制手段,实现控压钻机技术的有效应用。最后分析控压钻井技术的发展前景确定发展方向,推动整体技术产业的发展。     

钻井节流阀结构优化设计

本文在分析了国内外常用控压钻井节流阀结构特点的基础上,根据流体力学等理论设计了一种新型的节流阀,并模拟了不同开度下的节流压力及阀体内部流体流动状态,发现其控压线性关系较好,而且在节流截面产生的高速流体对阀体的冲蚀情况较少,大大延长了其使用寿命。