小井眼环空循环压耗计算

小井眼钻井的技术关键是环空水力学。小井眼钻具外径与内径之比较大,环空间隙较小,引起环空压耗、钻井液流变性发生较大变化,许多常规钻井中可忽略的因素在小井眼中却显得尤为重要。用Her-schel-Bulkley模式描述钻井液的流变性,考虑钻柱偏心和旋转对钻井液在环空和钻柱内流动的影响,导出了计算小井眼环空循环压耗的模型,将所建立模型和传统方法的计算结果与实测数据比较表明,该模型具有较高的精度,可以满足现场作业的要求。     

小井眼环空压力损耗计算

在大井眼环空压耗计算模型的基础上，根据小井眼钻井的特点，从理论上分析了影响小井眼环空压耗的诸多因素，建立了以钻井液流变性、钻柱偏心，钻柱旋转和钻柱接头为主要影响因素的直井、近直井小间隙环空压耗计算模型，同时给出了模型中诸因子的确定方法。为便于现场应用，给出了计算步骤和计算实例，定量分析了钻柱偏心、钻柱旋转和钻柱接头对小间隙环空压耗的影响。     

小井眼环空压耗的室内试验研究

小井眼环空水力学与常规井区别很大。在室内小井眼环空实验架上对小井眼环空压力损失进行了试验研究。模拟环空钻井液返速、钻柱旋转速度、钻柱偏心弯曲程度、钻井液性能和钻具接头等对压耗的影响,取得上千组试验数据。试验结果表明:随环空返速增加,小井眼环空压耗增加很快;在转速较低时随转速增加压耗反而有所下降,但下降幅度很小,在转速较高时钻柱旋转时压耗的影响很大;随偏心度增大,环空压耗降低;随环空间隙减小,压耗对钻柱旋转变得更为敏感;随钻井液幂律流性指数增加,环空压力损耗增大;随宾汉塑性粘度增加,环空压耗增加;随钻井液密度增加,环空压耗增大;钻具接头对小井眼环空压耗的影响很显著。     

小井眼环空水力学评述

讨论了小井眼环空水力学中的环空压耗的理论及其主要影响因素,导出了环空压耗的具体表达式,描述了库特流、戴劳旋涡和戴劳数等流变模式,钻具的各种运动形式,钻井液粘滞性及流变性对环空压耗的影响。小开眼钻具外径与内径之比(k值)较大,环空间隙较小,引起环空压耗、钻井液流变性、流态发生较大变化,许多常规钻井中可忽略的因素在小井眼中却显得尤为重要。     

小井眼环空压耗模式的建立及其在吉林油田的应用

小井眼环空压耗计算与常规井不同。文中通过对大量试验数据分析,回归得到了钻柱旋转和偏心弯曲对小井眼环空压耗影响的经验模式,并在常规井压耗模式基础上建立了小井眼环空压耗模式。给出了小井眼中由轴向流动雷诺数和旋转泰勒数共同判别钻井液流态的经验表达式。编制了小井眼水力参数优化和钻井液流变参数优选的程序。计算结果表明小井眼中的环空压力损失与钻柱内压力损失的比值高达25%~30%。利用吉林油田庙1-40井的数据,对理论模式及室内试验结果进行了现场验证。验证结果表明,利用文中建立的小井眼压力损失模型去预测现场小井眼中的压力降,相对误差在6%以内,证明所建立的压耗模型完全可以满足工程施工的需要。对该油田庙5-40井水力参数进行了预测计算,计算结果同样表明了模式的准确性。     

计算窄间隙环空循环压耗的新模型

影响窄环空中摩擦压降的关键因素为环空尺寸的变化、钻柱旋转及偏心。用Herschel—Bulkley模式描述钻井液的流变性，考虑钻柱偏心和旋转对钻井液在环空和钻柱内流动的影响，提出了一种新的计算窄间隙环空循环压耗的模型，将所建立模型和传统方法的计算结果与实测数据比较表明，该模型具有较高的精度，可以满足现场作业的要求。     

小井眼钻井液技术及其流变性控制初探

小井眼钻井液技术的关键是流变性设计和控制要符合小井眼环空水力学的特征;认为流变模式应选用较全面和较复杂的修正幂律模式,小井眼钻井液的流变性能要满足减小环空压耗、提高携屑效果、稳定井壁的要求;并对两种实用于现场的小井眼钻井液体系的流变性作了分析。     

小井眼循环压耗精确计算方法研究及应用

由于小井眼与常规的井眼存在很大的差别,原有的计算普通钻井井眼循环压耗的模型在计算小井眼循环压耗时存在误差。为了能够准确地计算出小井眼的循环压耗,除了考虑钻柱偏心、钻柱旋转和钻具接头对循环压耗的影响外,还要考虑压力和温度对小井眼循环压耗的影响。在原有循环压耗计算公式的基础上提出了精确计算小井眼循环压耗的模型。实例计算表明,其误差小于5%,满足钻井工程需要。     

小井眼环空循环压耗预测系统方法

结合小井眼钻进的实际工况建立了适合小井眼的循环压耗计算模型。该模型考虑了钻杆接头、钻柱旋转和钻柱偏心对循环压耗的影响，适用于幂律和HB钻井液流变模式。应用该模型编制的软件对某井进行了循环压耗校核计算，相对误差小于10％，表明该方法具有较高的准确性，能够应用于小井眼水力参数设计、现场分析和指导施工。     

深井小井眼井底压力分段监测系统的建立及应用

钻井过程中,为减少井下高温高压环境下钻井液溢流、漏失、井涌和气侵等异常状况,需要准确地监测井底压力。当前井底压力监测计算模型未考虑井下钻井液温度和环空压耗的影响,使得测算的井底压力不够准确,导致钻井风险升高,因此提出了一种基于温压梯度与井眼偏心的深井小井眼井底压力分段监测方法。首先研究了钻井液在井筒环空中的流动压耗,分析了深井小井眼下钻进过程中环空偏心对环空压耗的影响,建立了基于环空偏心度的压耗分段解算模型;然后研究深井小井眼中钻井液密度受温度、压力、油水比等参数影响的特性,建立了基于温压梯度下密度解算模型以及静液柱压力计算模型,构建了正常钻进工况下分段井底压力监测模型,最终形成了一套基于温度、压力梯度和环空压耗的深井小井眼井底压力分段监测系统。现场应用表明,通过与现场PWD实测井底压力对比分析,基于温压梯度的分段井底压力监测结果误差小于±0.5 MPa,测量精度可满足现场压力实时监测要求。该井底压力监测系统为现场安全、快速、高效钻进提供了数据支撑,对未来深部油气资源勘探开发具有积极的指导意义。     

窄环空中钻柱高速旋转对小井眼环空压降的影响

当一种流材在小井眼的窄球空中流动时环空的几何尺寸、偏心距及钻柱旋转速度的变化对流体压除影响很大．因此在小井眼中精确地计算和控制压降非常困难，钻井工业常用的原有的模型已不能精确地模拟高速旋转的小井眼窄环空的情况，所以需建立一个新的模型，以使精确地计算窄环倾空压降，达到安全控制地层压力和保护井筒完整性的目的。     

小眼井环空压力损耗计算

在常规井眼环空压力损耗计算模型基础上，根据小眼钻井特点提出了小井眼环空压力损耗的理论模型，探讨了以钻井液流变性、钻柱偏心、钻柱旋转和钻柱接头为主要影响因素的直井、近直井小间隙环空压力损耗计算问题，同时给出了模型中各因子的确定方法。通过实例计算，定量分析了钻柱偏心、钻柱旋转和钻柱接头对环空压力损耗的影响。     

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。     

小眼井最优水力学设计及分析

在充分考虑小眼井钻井特点和合理确定环空压耗的基础上，将喷射钻井理论和环空携岩理论有机结合起来，导出了在两种工作方式下优化设计小眼井钻井水力参数模型，并开发了应用软件。通过实例计算，提出了在小眼井最优水力学设计中采用最大水功率工作方式的重要性，并建议在大眼井的水力参数设计中考虑钻柱的偏心、旋转和钻杆接头对环空压耗的影响。     

欠平衡小井眼钻井环空压耗模式的建立与应用

欠平衡钻井技术、小井眼钻井技术分别作为一项新技术，两者的结合应用更成为９０年代钻井行业的热门。小井眼欠平衡钻井技术中，钻井水力学计算问题与常规井有所不同。文中就钻井中环空压耗的计算模型进行研究，在欠平衡钻井丹斯－若斯两相流和考虑偏心、旋转系数的基础上，以雷诺数和若斯因数来判别环空流态，并开发编制了一套软件。这套软件在小拐油田１０多口井中应用，误差小于５％，符合钻井工程要求。     

塔河油田小井眼侧钻水平井钻井液技术

小井眼钻井特定的井眼结构与钻井工艺条件决定了其环空水力学与常规井眼有较大区别,因此其钻井液技术也具有一定的特殊性。在选择小井眼钻井液的合适流变模式的基础上,分析了小井眼窄环空间隙对钻井液技术的特殊要求,提出了实现小井眼钻井的钻井液技术参数和措施;并且通过对塔河油田侧钻小井眼TK209CH水平井的钻井实践,进一步论证了小井眼钻井中钻井液参数合理选择的必要性。     

小井眼钻井液性能研究

由于小井眼环空间隙小,小井眼钻井较常规井钻井具有更大的难度,对钻井液提出了更高的要求。研究了适合海上某井密度为1.50g/cm3的小井眼钻井液的配方及性能。结果表明,该小井眼钻井液具有流变性、滤失量、抑制性、润滑性等良好的综合性能,很好地保证了目标井的当量循环密度(ρec)的控制,从而有效地防止小井眼环空间隙小、ρec过高而压漏地层,能够满足目标井小井眼钻井要求。     

滴西区块侧钻小井眼水平井钻井液技术

小井眼井投资成本低,并可采用开窗侧钻使老井复活,是油田经济有效开发的一条途径。小井眼钻井需克服环空压耗高、岩屑携带等技术难题。通过对地层进行分析,滴西区块采用新型高效钻井液体系,分段进行钻井液性能和水力学设计,在二叠系以上地层采用紊流,钻井液的低剪切流变性可保持泵压在24 MPa内,钻井液抑制性和密度支撑对二叠系地层稳定效果良好;石炭系地层采用紊流-层流过渡流型,提高切力和地层胶结作用,保持泵压在26 MPa内,钻井液流型对井壁扰动小,水平段携岩能力强,机械钻速同比提高66.4%。现场应用证明,高效钻井液体系在滴西区块可发挥井壁稳定和提高钻速的优势。      

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。      

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。