欠平衡/气体钻井设计与分析软件

国内开发的一些欠平衡钻井软件不能同时满足欠平衡钻井众多工况的综合设计和实时监测的需求,为此开发了欠平衡/气体钻井设计及分析软件。软件包括气体欠平衡、雾化欠平衡、泡沫欠平衡、充气欠平衡、液相欠平衡以及钻井知识库系统、模型对比、钻井方式选择、钻井方式转换、完井方式选择、设备选择、钻井液帽钻井、全过程钻井和动态模拟等功能模块,可以对多种欠平衡钻井方式进行钻前设计、随钻实时监控和完钻事后分析等全过程欠平衡钻井设计与监测,从钻前设计、钻中监控、钻后分析3个方面满足欠平衡钻井设计与施工的需要。现场应用结果表明,欠平衡/气体钻井设计及分析软件优选了欠平衡钻井水力参数计算模型,简化并修正了精度较高、可行性较好的模型,可对环空、钻柱的水力参数进行分段计算,与其他欠平衡钻井软件相比,更适合工程实际应用。     

欠平衡钻井中钻井液密度的确定与控制方法

合理的钻井液密度是欠平衡钻井安全、快速施工的前提。在欠平衡钻井工艺方面,研究较多的是井壁稳定力学和油气储层保护,在确定和控制井底负压差及钻井液密度方面研究较少。讨论了欠平衡钻井井底负压差的确定因素和合理钻井液密度的计算方法;研制出欠平衡钻井地面数据监控系统,可依据实时监测的钻井作业参数和产出流体量,以及立管压力和套管压力与井底实际压力间的数学关系及软件计算,调节钻井液密度和井口回压来控制井底负压差。理论模式和控制方法经计算模拟及现场应用,符合钻井现场要求,软件计算误差小于5%。     

井底压力采集技术修正欠平衡钻井软件设计偏差

欠平衡钻井技术的核心是合理欠压差的确定,并在钻井过程中将欠压值始终控制在设计范围内。目前,欠平衡钻井技术迅速普及,但是有非常多的欠平衡钻井没有达到欠平衡钻井状态,某些参数的微小变化常常造成欠平衡钻井状态的消失 欠平衡钻井设计软件模拟井下条件所计算出的参数与现场实际有误差,然而就是这微小的误差就可导致井底失去欠平衡状态。随着欠平衡钻井数据采集技术的研发,地面得到了实时井底压力数据,利用这些真实的数据修正软件设计偏差,从而完善欠平衡钻井设计,使之在欠平衡钻井中发挥更大的作用。     

国内外欠平衡钻井装备发展及应用现状

近10a来,国外欠平衡钻井(UBD)技术在降低钻井成本和提高油气层产能上的显著效果,促进了旋转控制头和相关配套设备的巨大进步,应用UBD技术的现场环境也迅速拓宽。欠平衡钻井技术还在连续油管、水平井、分支井、小井眼等的应用中充分发挥其技术优势。简述了国外欠平衡钻井技术在地面分离系统、隔水管旋转控制头、井下防喷器、井底随钻测压计、欠平衡钻井计算软件等方面的进展以及我国欠平衡钻井装置的开发应用现状。     

欠平衡钻井参数实时数据分析处理系统的开发与应用

用常规钻井方法打开储层，容易造成储层伤害，影响勘探效率和降低勘探成功率，欠平衡钻井技术是一种很好的解决办法。虽然探井欠平衡钻井效果明显，但是应该看到欠平衡钻井是一项复杂的技术。在低压低孔渗火山岩气层上实施探井欠平衡钻井仍存在诸多困难，如欠平衡井段钻遇地层压力变化较大，岩性成份交互变化，地层坚硬，中途需多次起钻换钻头压井，压力难以预测准确，岩性不稳定，低压欠压值难以控制等。欠平衡钻井参数实时数据分析处理系统的开发与应用有效地解决了这一难题。文章系统地介绍了欠平衡钻井参数实时数据分析处理系统实现的功能、创新点及关键技术、存在问题，以及系统在生产中应用产生的效益。     

使用挠性管进行欠平衡钻井的动态模拟

国外已开发出作用挠性管进行欠平衡钻井的模拟装置，在进行欠平衡钻井的动态模拟过程中，找中有关参数变化规律的工艺技术特点。这套装置主要包括举升气系统模式，多相水力学模式，储层与井眼相互作用模式、钻井模式，多相流体型式。     

中石化胜利石油管理局钻井工艺研究院欠平衡／控压／气体钻井技术

形成并掌握了成熟的欠平衡／控压／气体钻井技术，编写了《欠平衡钻井技术规范》行业标准，“欠平衡压力钻井配套技术研究”获得了国家科技进步二等奖，研发了欠平衡钻井设计动态模拟软件，研制了SLXFD型系列旋转防喷导流系统、井下套管阀等全过程欠平衡钻井配套工具和设备、欠平衡钻井压力监测与控制系统。     

欠平衡钻井井底压力控制技术

在欠平衡钻井过程中,井底压力控制技术是其关键技术之一,为准确掌握井底压力的大小,提高井底负压控制精度,开展了3项关键技术研究。首先利用在钻井过程中随钻测量起钻后地面回放的方法,自行研制开发出能够抗180℃高温、具有抗震功能的测量仪器;其次,在原有模型基础上,利用实测数据进行分析,考虑固相和多相流加速度压降的影响,研制开发了流钻欠平衡钻井环空多相流井底压力的计算模型,并推导出机械钻速影响井底压力增量的计算公式;最后,为验证模型精度,开发了钻井监测与分析计算软件,软件计算结果与实测数据对比,误差小于3%。研究表明,3项技术可提高井底压力计算和控制精度,为欠平衡钻井设计计算与精确控制提供了理论依据和实用数据。     

四川油气田欠平衡钻井装备的研究与应用

近年来，四川为了提高欠平衡钻井装备性能和满足欠平衡钻井技术发展的要求，开展了l0．5MPa旋转控制头、ZQF-1400／1．5钻井液气分离器、600kN不压井起下井内管串的配套装备、欠平衡钻井数据自动采集系统、大通径节流管汇、欠平衡取心工具、不压井测井专用工具、油管单向定压阀和旋转控制头的胶芯等欠平衡钻井装备的攻关，并完善了3．5、5、7MPa压力级别系列欠平衡钻井配套装备的BY30-2型不压井起下井内管串装置，文中主要介绍了四川近年来进行欠平衡钻井装备的研究与现场应用情况，并提出了今后四川欠平衡钻井装备的发展建议。     

全过程欠平衡钻井关键技术及在沙特MTLH-1井的现场实践

介绍了全过程欠平衡钻井的关键技术和关键配套设备.在沙特MTLH-1井全过程欠平衡钻井实践中,进行了设备优选,配套了性能可靠的关键设备,为全过程实施欠平衡钻井作业提供了基础.同时进行了欠平衡钻井关键参数设计与计算,为钻井参数、钻井方式、钻井液性能等的设计与选择提供了施工依据.在施工中,成功应用了全过程欠平衡钻井的关键技术...     

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。     

钻井液/泥浆水利学计算软件实现——系统设计

高温高压环境中钻井／压井泥浆流变特性对钻井和压井作业有重要影响，为此设计了高温、高压环境下钻井／压井泥浆流变参数分析和计算程序，通过采用工区、井位、计算任务的三层数据模式和基于流程的计算任务实例动态管理，实现了高温高压环境下水泥浆摩阻系数、压力损失等流变性能的自动计算、分析和可视化，为在复杂工况下井场人员快速方便调节泥浆粘度等流变特性提供效应手段。     

气体钻水平井的钻柱振动分析

在水平井的钻井过程中,钻柱处于复杂的运动状态,振动是一种常见的现象,钻柱的共振是引发钻柱失效的主要原因之一。气体钻井过程中钻柱的动态响应很大,容易失效。以气体钻水平井的钻柱为研究对象,利用ANSYS软件分析了钻柱的轴向振动、横向振动、扭转振动及耦合振动,建立了钻柱各种振动的模型;通过实例分析获得了钻柱振动的规律,得到了水平井钻井过程中钻柱各种共振频率。该项研究为减少水平井钻具受损、优化钻井参数、避免钻柱共振提供了可靠的理论依据。     

深水钻井隔水管系统工程设计与分析软件系统开发

针对深水钻井隔水管系统专用分析软件缺乏的现状,开发出了一套具备深水钻井隔水管系统力学分析和工程设计功能的软件系统,可实现隔水管系统的静态分析、模态分析、动态分析和疲劳分析,以及隔水管系统的顶张力优化设计和浮力块配置优化设计.该软件系统采用模块化的编程方法,主体部分采用VC++实现,核心求解器采用MATLAB设计,其成功开发为深水钻井隔水管系统的设计和分析提供了一个有效的工具.实例分析表明,该软件系统的计算精度满足工程应用需要.     

顶部驱动钻机的虚拟样机开发

虚拟样机技术是一种新型的基于集成化产品和过程开发策略的产品设计开发和评估手段。顶驱虚拟样机系统可以对顶驱进行基于物理的三维动态仿真和虚拟环境下的性能分析 ,并可对顶驱虚拟样机系统数据进行管理。介绍了顶驱虚拟样机的总体技术 ,给出了顶驱虚拟样机的体系结构及功能结构 ;描述了顶驱虚拟样机建模、装配、运动分析和动力分析以及数据管理等软件模块的构成和功能及其解决方案。对虚拟顶驱钻井装置样机系统的研制将改变我国石油机械的产品研制思路 ,为新型顶驱钻井装置的设计、制造提供崭新的计算机平台。     

钻井液振动筛性能参数的虚拟测试系统

钻井液振动筛的工作性能是与其动态性能参数紧密相关的，国家标准规定每台出厂的振动筛必须进行动态试验，经检测合格方可出厂。为此，应用LabVIEW软件开发了钻井液振动筛性能参数的虚拟测试系统。该系统由传感器、信号放大器、数据采集卡、虚拟仪器等组成，可完成振动信号实时采集、处理和分析。对SDZS型钻井液振动筛的动态性能参数进行了测试和分析，结果表明该系统性能可靠、操作简便、易维护，如增加部分仪器，该系统还可用于机械设备的故障诊断、结构动态分析、机械阻抗的测量等。     

深井钻具纵向振动规律分析研究

以深井中的整体钻柱为研究对象 ,建立了深井钻柱一维纵向振动分析模型 ,采用动力有限元理论建立了描述钻柱振动的动力学方程 ,并且编制了一套钻柱纵向振动分析软件 ,最后使用该软件对深井实用的钻具组合针对不同的工况进行了分析计算。通过对现场的统计分析发现 ,该分析计算结果具有很高的实用价值 ,对今后深井钻进中提高钻井效率、减少钻具失效有一定的指导意义     

产能预测、试井设计参数优选方法

以科学编制试油地质设计、取全取准试油资料为目的,统计整理了1990年以来的探井资料600多层30余种数据,主要应用了大庆探区已有的岩心、井壁取心、钻井液、钻时、测井及试油等技术,根据以上各种技术所取得的参数及试井软件解释得到的地层参数之间的相关性,建立了产能预测、试井设计参数优选动态方法及图版,通过现场应用,取得了较好效果。     

钻井过程中的在线故障检测与诊断

利用钻井过程中的各种信息及时发现钻井异常情况，预防钻井事故的发生是降低钻井成本、提高钻井经济效益的重要途径。以综合录井信息为基础，利用钻井过程中动态参数的变化特征和时间序列的数学描述方法，对钻井过程中出现的故障进行识别与诊断，并开发了相应的诊断软件。现场应用表明，该诊断软件具有较高的在线监测与识别故障的能力。     

钻井液对裂缝性地层气侵的影响模拟研究

裂缝性地层钻进过程中,容易发生重力置换气侵,裂缝内气体进入井筒后,控制不当易引发井涌、井漏、井喷等复杂情况,气侵发生时裂缝附近的压力波动容易导致井壁失稳。在塔中北坡顺南区块裂缝特征参数分析基础上,使用Gambit建模软件进行前期建模和网格划分,建立了井筒与裂缝的三维模型;运用ANSYS Fluent流体力学软件,建立多相流模型,分析置换过程中裂缝开口处动压对裂缝开口处井壁稳定性的影响;以现场某井的数据为参考,模拟分析钻井液的密度、黏度、排量对重力置换气侵的影响。结果表明,置换气侵发生时,由于压差较大,瞬间流速较大,在0.1 s内降低至较低水平;动压的最大值在裂缝的上下两端,最小值在裂缝中上部,这3个位置的裂缝口缝宽容易增加,引起井壁失稳;钻井液的密度、黏度变化对气侵时裂缝口的动压影响较小,变化量小于6%,对气侵速度的稳定值影响也较小;而排量对于气侵时裂缝口的动压影响较大,变化量达到66.9%,降低钻井液排量有利于井壁稳定。