宾汉液体直井稳态波动压力计算模式研究

为避免井下复杂情况的发生,严格控制起下钻或下套管等钻井作业过程中井内产生的波动压力,是钻井设计和施工必须考虑的重要问题之一。这就要求对实际波动压力的预测要有较高的精度,即需要精度较高的预测模式。多年来常用的波动压力计算模式为近似模式,存在一定的误差。为此,本文以宾汉流变模式为基础,从理论上推导并建立了直井起下钻或下套管过程中稳定层流条件下钻井液粘性所产生的波动压力计算模式——稳态波压模式。给出了便于现场使用的计算公式和图表。对钻井现场更好地控制起下钻或下套管速度和钻井液性能有一定的参考作用。     

赫谢尔－巴尔克莱液体直井稳态波动压力计算模式

赫谢尔－巴尔克莱（Ｈｅｒｓｃｈｅｌ—Ｂｕｌｋｌｅｙ）流变模式是一个三参数模式，因其精度较高，近几年国内多用其描述钻井液的流变性。不过，与该模式相应的有关钻井水力学方面计算模式并不完善，影响了该模式的推广使用。本文以该模式为基础，从理论上推导并建立了直井起下钻或下套管过程中稳定层流条件下钻井液粘性产生的波动压力计算模式──—赫谢尔－巴尔克莱液体稳态波压模式。给出了有关计算公式和图表。本文为更准确地计算起下钻或下套管等钻井作业过程中井内产生的波动压力提供了理论依据。     

赫谢尔－巴尔克莱液体直井稳态波动压力计算模式

赫谢尔－巴尔克莱（Ｈｅｒｓｃｈｅｌ—Ｂｕｌｋｌｅｙ）流变模式是一个三参数模式，因其精度较高，近几年国内多用其描述钻井液的流变性。不过，与该模式相应的有关钻井水力学方面计算模式并不完善，影响了该模式的推广使用。本文以该模式为基础，从理论上推导并建立了直井起下钻或下套管过程中稳定层流条件下钻井液粘性产生的波动压力计算模式──—赫谢尔－巴尔克莱液体稳态波压模式。给出了有关计算公式和图表。本文为更准确地计算起下钻或下套管等钻井作业过程中井内产生的波动压力提供了理论依据。     

定向井同心环空中卡森流体稳态波动压力的研究

管柱在充满钻井液的井眼内运动时所产生的压力波动,是影响井眼稳定性的重要因素。其值的大小,是确定泥浆附加密度的主要依据。因此,要求对实际波动压力的预测有较高的精度。多年来,常用的波动压力计算模式多为近似模式,存在较大误差。为此,从理论上对定向井同心环空中起下钻时管柱在卡森流体中运动时钻井液由粘滞性产生的波动压力进行了分析,建立了理论模式。为便于现场应用,绘制了不同情况下波动压力系数的变化规律图,并给出了计算示例。     

基于四参数流变模式的钻井液稳态波动压力计算

现存的波动压力计算模型主要是基于宾汉流体、幂律流体以及赫巴流体所建立的。这几种流变模式在适用范围上都存在一定的局限性,近几年有人提出来一种四参数钻井液流变模式,该模式在不同剪切速率情况下都能精确的描述钻井液的流变特性。 基于四参数流变模式提出了一种直井条件下起下钻稳态波动压力计算模型,通过与现存的模型相对比可以得知,该模型具有很好的适用性。将该模型与Crespo室内实验相对比,结果也吻合较好。此外还分析了起下钻速度、钻井液流动指数、钻柱井筒尺寸比等参数的敏感性。该模型的提出可以对现场精确计算起下钻波动压力、确定安全起下钻速度提供有效的指导。     

套管钻井系统设计考虑

套管-钻井系统（CDS）可用钻柱普通套管来代替常规钻井系统，该系统可随钻下套管，从而降低钻井成本，更重要的是由于减少了起下钻时间和处理时间，潜在节约了大量资金，减少井眼问题节约的资金更加明显，由于CDS工艺有能力使井连续循环，因此，起下常规钻柱时要比井处于静态更安全。因CDS减少了起下钻柱时间，从而也降低了波动-抽吸压力波动。CDS已经开发了三年，用这种系统已钻了两口定向的试验井，最近，用CDS钻了10口井，这10口井将做为首批现场试验井。     

起下钻动态波动压力应用软件开发

介绍了动态波动压力计算模型及应用软件的开发，计算模型将起下钻过程中井眼内钻井液流动作为不稳定流动处理，采用特征式差分及方格网加线性插值的方法求解基本方程组。应用软件考虑了不同井身结构、不同钻具组合、钻头水眼、钻头及泥包钻头、钻井液密度、钻井液流变性及流变参数随升温的变化、不同起下速度和加速度、不同下钻井深、钻杆接头及扶正器的影响。另外采用空间单元划分取合补偿的方法，以提高计算速度和计算精度。     

利用液压起下钻装置修复井喷后损坏的井眼

井喷在地面被控制后井眼的大部分井段成功地得以恢复,开发商以较低的费用进行侧钻重新钻到设计井深。恢复井喷后损坏的井筒是一个具有挑战性的问题。在美国,由于井喷造成井内砂桥使地面井喷得以控制,但这种控制是不稳定的。钻杆被埋在井底,井底砂桥形成不稳定的压力密封。修复井眼的目的是尽可能长地恢复井深。若钻杆能被起出,则套管下入井内。否则,井眼要清洗到中间套管以下的深度。本文所讨论的恢复损坏的井筒是一个成功的范例。使用强行下钻装置和连续油管装置进行修复井喷后井眼的大部分长度并永久报废裸眼段部分。修复井筒到中间套管鞋以下的深度,并在此深度开窗,以较低的费用重新钻到设计井深。     

小井眼波动压力影响因素分析

在常规井眼中，钻柱在充有钻井液的井筒内运动时会引起波动压力，破坏井眼系统压力平衡，导致井喷、井漏和井塌或卡钻等井下复杂情况和事故。在小井眼中，由于水力学系统各流道组合发生了改变，预测和控制小井眼波动压力就显得尤为重要。结合小井眼钻井实例，定量分析了有关因素对小井眼波动压力的影响，提出了在小井眼起下钻中，严格控制起下钻速度的重要性。     

模拟下套管技术在河坝区块大斜度井中的应用

为解决河坝区块大斜度定向井在实钻过程中由于井眼轨迹不规则、盐膏地层缩径,大斜度井段下套管作业的实际难题,在调研大斜度井下套管方法的基础上,结合河坝区块大斜度井特点,建立了井眼、套管相容性模型并总结出下套管过程的模拟步骤：①依据收集的实钻井眼资料,计算套管串和井眼两种最小曲率半径,分析无接箍套管能否下入井眼;②针对实际套管接箍或扶正器尺寸,以实钻井眼数据反算出允许通过的套管串的不变形长度;③分析不同管串所对应的不变形长度与井眼曲率的关系,然后确定出与套管柱刚度相当的通井管柱结构。模拟下套管技术在HB1 1D等井的成功应用,为大斜度井现场模拟下套管提供了理论依据。     

套管钻井系统的设计与应用

套管钻井系统 (CDS)能够做到每钻完一个井段及时固井 ,又可减少井眼事故的发生 ,大大降低钻井成本。同时 ,由于起、下钻次数的减少 ,使钻井时的压力激动和抽汲压力波动相应减少。介绍了该系统及其井底钻具组合的组成、工程应用时需考虑的弯曲问题及疲劳破坏问题。着重介绍了套管钻井系统在美国和加拿大所钻的 10口井部分井段上的应用情况 ,并针对在应用中遇到的问题 ,如固井、井底钻具组合的下入及取出、套管磨损、钻速等 ,提出了相应的解决方案     

侧钻水平井段铣套管长度及轨迹设计方法

采用段铣套管开窗方式进行侧钻中半径水平井时,设计确定出合理的段铣套管长度及井眼轨迹,对于施工时有效控制井眼轨迹尤为重要。该文在理论和实践基础上,提出了段铣套管长度及井眼轨迹的设计方法,并给出相应的计算模式。     

南海莺–琼盆地复杂地层套管–井眼间隙优化

南海莺–琼盆地地质构造复杂,存在高温高压地层,钻井液安全密度窗口窄,为预防下套管作业过程中产生的波动压力可能诱发的井漏、溢流甚至井喷等井下故障,在充分调研南海莺–琼盆地常用井身结构的基础上,建立了下套管过程中井筒内波动压力计算模型,分析了套管–井眼间隙等不同因素对下套管和注水泥过程中环空压力的影响,对套管–井眼间隙进行了优化。该方法在LD10–2–x井进行了应用,该井五开井段的套管–井眼间隙进优化结果为15.00～19.55 mm,其实际的套管–井眼间隙为17.45 mm,在设计的合理间隙范围内,该井套管下入安全,注水泥过程中未发生井漏、溢流等井下故障。这说明可以根据下套管过程中井筒内波动压力和下套管及注水泥过程中的环空压力优化套管–井眼间隙,为南海莺–琼盆地井身结构设计提供依据。      

窄安全密度窗口地层钻井起下钻井底压力瞬态波动规律

窄安全密度窗口地层压力敏感,钻井起下钻作业引起井底压力波动,易诱发溢流、井漏等井下复杂。
文章以一维瞬态流动模型,考虑井筒液－固两相介质,建立了起下钻井底压力瞬态波动理论模型,并通过数值模拟
研究了影响钻井起下钻井底压力瞬态波动的主要因素。研究表明,起下钻速度、井深、钻井液密度、起下钻深度是
影响井底压力波动的主要因素。起下钻速度、钻井液密度越大,井深越深,起下钻深度越深,起下钻作业引起的井
底压力波动越剧烈,压力波峰值滞后越严重。起下钻作业时,尤其在起钻的早期和下钻后期,应尽量降低起下钻速
度,以降低井底压力波动,保障井底压力处在安全密度窗口之内。     

综合钻井及水力压裂的水平井井眼方位优化

地应力是井眼失稳和裂缝起裂的直接控制因素,如何分析不同断层机制下的井眼稳定性和水力压裂随井眼方位变化的响应规律对页岩气钻完井显得更加重要。为此,基于线弹性力学原理、改进的摩尔库伦准则及张性破裂准则,建立了井眼稳定性和裂缝起裂的力学模型,计算分析了不同应力状态下井眼稳定性和水力压裂对井眼方位的设计要求。结果表明,对于正断层应力状态,钻直井或沿最小水平主应力方向的小斜度井有利于井眼稳定,且裂缝的起裂压力主要受射孔方位角控制;对于滑移断层应力状态,钻水平井有利于井眼稳定,安全钻井方位处于最大水平主应力与最小水平主应力之间,且起裂压力受井眼方位角和射孔方位角双重控制;对于逆断层应力状态,沿最大水平主应力方向钻水平井有利于井眼稳定,而起裂压力主要受射孔方位角控制。最后,结合井眼稳定性和水力压裂分析结果,提出了井眼方位优化方法,并针对性地分析不同断层机制下的最优井眼方位。该研究为矿场井眼方位优化提供了理论支撑。     

大牛地气田下套管作业中环空波动压力分析

大牛地气田刘家沟组为低破裂压力带，套管下入过程中产生波动压力，易引起漏失。针对此问题，以稳态波动压力理论为依据，考虑扶正器的局部阻力效应，建立下套管波动压力计算模型，根据建立模型分析钻井液性能、套管下入速度、环空间隙等因素对波动压力的影响，结果表明，随着钻井液密度、稠度系数、静切力、套管下入速度、扶正器的增加，环空间隙的减小，波动压力增加。针对波动压力影响因素，提出现场安全下套管技术对策，对下套管过程中避免因波动压力引起刘家沟组漏失具有重要的参考意义。     

新型造斜器

美国Baker OilTools公司新近推出了第二代Window Master G2造斜器，这种新型造斜器是将第一代Window Master造斜器与全井斜套管开窗铣鞋组合在一起而成，它仅需要钻较小的井底导眼即可启动工作，毋须更改底部钻具组合，1次起下钻即可将造斜器下入井中，朝着新的井眼方位并固定在相应的位置上对套管进行开窗作业。而使用其它的套管开窗工具则至少需要2次起下钻。使用第二代造斜器进行套管开窗作业不仅能保证质量，而且施加在钻柱上的质量和扭矩都非常小。所产生的钻屑量少，     

套管内侧钻水平井小井眼流体力学分析

针对套管内开窗侧钻水平井、小井眼钻井的水力学特点，采用偏心环空轴向流及螺旋流理论进行了侧钻水平井小井眼流体力学研究，考虑了钻具偏心及钻具接头对流动压降的影响，进行了考虑波动压力影响的侧钻水平井小井眼水力学分析。分析评价了钻井液性能、排量、井眼几何特征及钻具偏心等因素对流体力学的影响，计算分析结果对工程实际有指导意义。     

起下钻过程中井筒稳态波动压力计算方法

为了避免起下钻过程中井涌、井漏等复杂情况的发生,需要提高井筒波动压力计算精度。以槽流模型为基础,结合起下钻过程中的流体真实速度分布情况,根据井筒流体的连续性及相应的边界条件,分别讨论层流、紊流状态下的波动压力,建立了基于钻柱运动的稳态井筒波动压力计算模型,并采用数值解法对模型进行求解。结合现场生产数据分析发现:当起下钻速度由0.2 m/s增大至0.6 m/s时,波动压力由0.21 MPa增大至0.27 MPa;钻柱运动速度、流体流变性等条件不变,环空内外径之比由0.55增大至0.95时,井筒波动压力增加幅度由0.30 MPa增大至0.50 MPa。采用文献数据进行计算对比,结果表明:Burkhardt模型的计算误差多数大于8%,波动压力模型预测值与实测值的计算误差基本小于5%,符合精细控压钻井计算误差要求。研究结果表明,采用井筒稳态波动压力计算方法可以精确分析非钻井过程井筒压力,指导现场安全生产。      

偏心环空中牛顿流体稳态波动压力近似解

波动压力的大小与环空见何形状密切相关。在建立同心环空波动压力的精确模式基础上,求解了偏心环空稳态波动压力的近似解。利用多元参数回归的方法,建立了求解偏心环空波动压力的经验模式。计算结果表明:随钻柱与井眼间偏心度增大,波动压力减小。全偏心情况下的波动压力大约只有同心情况下的一半。