控压钻井起下钻钻井液帽优化设计

合理的钻井液帽高度和密度对于维持起下钻过程中井底压力恒定至关重要。鉴于此,根据控压钻井钻井液帽工艺流程及钻井液帽设计原则,结合起下钻井筒瞬态波动压力计算模型,建立了控压钻井起下钻钻井液帽优化设计模型。以塔中某口水平井为例进行数值模拟计算,计算结果表明:随钻井液帽高度的增加,井底波动压力最大值呈线性增加;结合约束条件给出钻井液帽高度和密度的优化区间分别为1 265~1 930 m、1.34~1.48 g/cm~3,推荐采用钻井液帽优化区间的中间值(高度1 598 m,密度1.39 g/cm~3,波动压力极大值为0.84 MPa)作为现场作业参数。研究结果可为控压钻井钻井液帽作业参数的选取提供理论指导。     

精细控压钻井重浆帽设计及压力控制方法

精细控压钻井是一种主要用于窄密度窗口地层高效、安全钻井的新技术。该技术可精确控制环空压力,实现井底压力恒定。控压起钻过程中,起至预定井深注入重浆帽后进行常规起钻。以往注重浆期间回压控制方法不具备实际操作性,一方面没有考虑钻具内压水眼重浆进入环空造成的影响,设计内容不完善;另一方面没有实时压力控制方法。根据工程实际要求,考虑钻具内压水眼重浆、井眼实际情况、以及地层特性(碳酸盐岩地层可采用近平衡压力控制,硫化氢地层采用略过平衡压力控制),进一步优化井底压力控制。在计算注重浆和井口回压关系时,建立分段实时压力控制曲线,实现起下钻过程中井底压力平稳控制,有效避免停泵期间可能造成的溢流或者漏失,提高钻井安全性及钻井综合效率。     

控压钻井技术在白28井的应用

控压钻井系统主要由钻井参数监测系统(包括井下PWD)、决策分析系统、电控系统、地面自动节流控制及回压补偿系统组成,通过在井口施加连续回压来实现井底压力的恒定控制,能有效解决窄密度窗口地层和高温高压地层所出现的钻井复杂问题。白28井的应用结果表明,使用控压钻井技术,在控压钻进工况下可将井口压力波动控制在0.2 MPa以内,控压停泵和起下钻工况下可将井口压力波动控制在0.5～0.8 MPa,井底压力波动控制在1.0～1.5 MPa,可保证井底压力当量密度在控制范围内;能够快速发现溢流和井漏等复杂情况并进行有效控制,确保了施工过程的安全,实现了钻井安全和勘探开发的目标。     

变梯度控压钻井井控过程中井口回压变化规律

为了准确掌握变梯度控压钻井井控过程中井口回压的变化规律,采用考虑密度突变的井筒气液两相变质量流动模型,分析了基于井底恒压的变梯度控压钻井井控过程中井口回压的变化,探讨了不同因素变化对井口回压的影响,并开展了最大井口回压影响因素敏感性分析。研究发现：变梯度控压钻井在控制井底压力恒定时井口回压的调节受气体膨胀、分离器位置处液相密度突变、套管鞋及海底泥线处环空变径等多个因素综合影响,其变化规律更加复杂;其他条件不变时,分离器与钻头间距越小、轻/重质钻井液密度差越大、地层压力越大、循环排量越小,循环排气过程中的井口回压越大;对于最大井口回压而言,地层压力、轻/重质钻井液密度差、分离器与钻头间距、循环排量的比变异系数值依次减小,敏感性程度也随之降低。研究结果可为变梯度控压钻井井控过程中的井口回压准确预测和井筒压力精细控制提供理论支撑。     

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。     

井底常压控制压力钻井设计计算

井底常压控制压力钻井(MPD)技术采用专用的控压装备,将井底压力控制在合理的范围内.建立井底常压MPD关于井口回压和钻井液密度的计算模型,运用迭代求解方法进行井口回压和钻井液密度的设计计算.利用该计算模型对克拉201井进行了实例分析,3 314 m处的环空压力对比表明,常规方式下无法设计合理的钻井液密度,采用井底常压法设计可保证环空压力在压力窗口之内;窄压力窗口段的回压和钻井液密度设计结果表明,采用井底常压法设计可安全钻穿2 800 m到目的层的井段,并可减少一层套管,节约建井成本.实例计算结果表明,MPD技术既降低了钻井液密度又满足了环空压力控制的需求,能精确地维持井底压力恒定,安全钻穿窄压力窗口地层,为优化井身结构、减少套管层次提供技术基础.     

精细控压钻井技术在喷漏同存复杂井中的应用

碳酸盐岩裂缝性储层在钻井过程中极易发生喷漏同存的复杂情况,不仅制约了钻井速度,而且井控风险也极大,处理并重建井内压力平衡的技术手段有限。为此,引入精细控压钻井技术在四川盆地GS19井的窄密度窗口超高压二叠系栖霞组进行了成功应用:①调节环空回压来保持井底液柱压力始终处于微过平衡状态,循环罐液面保持微降状态,以保证气层中的天然气不会大量地侵入井筒;②进口钻井液密度控制在2.35 g/cm~3左右,控制环空回压在2~5 MPa,井底压力当量循环密度控制在2.46~2.52 g/cm~3;③控压钻井过程中井口压力超过或预计将超过7 MPa时,应关半封闸板,通过井队节流管汇至控压专用节流管汇,再进入气液分离器进行循环排气;④起下钻时控制回压在5 MPa以内,起钻灌浆量应大于理论灌浆量,下钻返浆量应小于理论返浆量。采用该技术依次钻过二叠系栖霞组、梁山组和下志留统龙马溪组,进尺216.60 m,对喷漏同存复杂情况进行了一次有益的尝试,对今后类似复杂情况的处理具有借鉴和指导作用。     

窄密度窗口精细控压钻井重浆帽优化技术

在我国西部深层碳酸盐地层控压钻井中,常采用简易重浆帽作业方式,但作业过程中存在引起井底压力较大波动乃至诱发井下故障的风险。针对该问题,通过分析重浆注替期间不同阶段重浆分布的实时变化,改进了井筒压力控制方法,优化了重浆帽设计工艺:将压水眼重浆和重浆帽进行优化组合,以压水眼重浆返出井口为压力控制节点,分5段进行压力控制设计,压力控制区间为0~5 MPa,并以此调整井口实时压力控制策略,实现井筒压力波动幅度小于±0.35 MPa。塔中地区13口井的应用显示,起下钻中重浆的使用量平均减少21.5%,注替作业时间平均缩短17.7%。现场应用表明,该技术在精细控压钻井注替重浆帽过程中能更加有效地控制井筒压力波动,对精确控制井筒压力剖面、降低井控风险具有较好的应用效果。      

深水控制泥浆帽钻井水力参数设计与计算

深水控制泥浆帽钻井技术可以应对严重漏失地层和高压、高含硫地层的钻井问题,但钻井水力参数的设计与计算较为困难。为此,结合深水钻井工艺流程,建立了深水控制泥浆帽钻井井底压力计算模型,给出了深水钻井不同工况下的钻井液密度确定准则和钻井液当量循环密度计算方法,并基于井筒内循环压耗分析得到了水面泵和水下泵的泵压计算方法;针对严重漏失地层和高压、高含硫地层的井筒压力分布特点,给出了该工况下的泥浆帽高度计算方法;结合井眼清洁准则和漏失量与漏失压差的关系,给出了牺牲流体排量计算方法,并以此为基础提出了深水控制泥浆帽钻井水力参数设计流程。以一口深水井为例,对控制泥浆帽钻井水力参数进行了算例分析,结果表明:泥浆帽高度主要由井底压力的大小决定,钻井液密度与排量的大小可对其产生一定影响,所以通过调节泥浆帽高度可以控制井筒压力。      

控压钻井技术在漏涌同存地层的应用

为了解决某油田活跃沥青层造成钻井复杂情况的难题,在A井、C井分别应用了恒定井底压力控压钻井技术和加压泥浆帽控压钻井技术,对控压钻进、控压接立柱时的回压施加方式和井底压力变化、加压泥浆帽钻进的施工工艺进行了介绍。通过对施工工艺的描述,分析了气侵对钻井液密度和井底压力的影响,对加压泥浆帽施工过程中的参数变化、现象进行了分析和判断;根据施工参数分析和温度测井结果解释,分析了漏失层层位;结合地质研究成果和沥青层地层压力测试数据,分析了沥青层的成因和沥青层压力,总结了解决沥青侵造成复杂的3种方案。这为下一步的施工提供了经验,指出了需要研究的方向。     

泥浆帽理想井底压力模型研究初探

泥浆帽钻井技术是一项对付恶性漏失的实用技术,因其理论研究尚不完善且运用中还有较多的制约条件,而未能得到广泛的使用。文中重点对泥浆帽钻井过程中井底压力进行分析,以漏层处为节点,运用节点分析方法,提出井底压力平衡方程,从而提出泥浆帽高度及密度的方法,为泥浆帽钻井技术提供初步的理论参考。     

控制泥浆帽钻井泥浆帽高度影响因素分析

在控制泥浆帽钻井过程中,主要通过泥浆泵调节泥浆帽的高度实现对井底压力的控制。以多相流理论和控制泥浆帽钻井基本原理为基础,建立了环空多相流计算模型,并利用有限差分法对模型进行了求解。通过仿真算例,讨论了气侵时间、排量、钻井液密度、初始井底压差、气相渗透率、井深、钻井液黏度等对泥浆帽高度的影响规律,结果表明:气侵时间越长、排量越小、钻井液密度越小、初始压差越大、气相渗透率越大、钻井液黏度越小,需要调整的泥浆帽高度越大;在其他条件相同的情况下,井越深,泥浆帽高度的峰值出现得越晚。研究结果为控制泥浆帽钻井过程中泥浆帽高度的合理调节提供依据。     

国外礁灰岩漏失地层钻井技术

礁灰岩漏失地层是一类结构脆弱,并含有大量孔洞和气体的特殊地层,常常是严重井漏与天然气的井喷井涌并存.解决这类地层的漏失问题对中国海相地层各种严重漏失地层钻井技术的发展有借鉴怍用.讨论了礁灰岩漏失地层的特点,综述了国外4个油田的礁灰岩漏失地层的钻井技术.礁灰岩漏失地层的流体通道是孔洞和岩石碎裂的裂缝,流体易出易进,渗透率极高,气体上窜速度快;岩石本体强度低,易碎裂,可钻性好;采用普通的堵漏工艺无法制服礁灰岩漏失地层的井漏.采用浮动钻井液帽(floating mudcap)技术钻礁灰岩漏失地层,能够快速穿过漏失地层,降低钻井成本.该技术的工艺要点为:用清水作钻井液、高粘度钻井液稠浆作清扫液,边漏边钻,将钻屑带入漏失地层;在钻井、起下钻、电测和下套管等全部现场作业中连续不断地灌入具有适当密度的高粘度稠浆作为环空压井液.运用float-ing mud cap技术的关键是井控技术的可靠性和水源、环空高粘度钻井液的储备.     

高温高压钻井液P-d-T特性及其对井眼压力系统的影响

在高温高压环境下的钻井与完井,既困难,危险性又大。文中阐述了地温梯度、入口钻井液温度、钻井液类型等因素对当量静态钻井液密度的影响;建立了高温高压井中当量静态钻井液密度的计算模型;分析了钻井液密度变化对井底静压、动压、当量钻井液循环密度和动态波动压力的影响。结果表明,利用地面测量的钻井液密度计算井下压力,只适用于浅井和中深井;对于安全密度窗口很窄的高温高压井,必须考虑井筒温度和压力变化对钻井液密度及井内压力系统的影响,才能确保高温高压井的施工安全。     

伊朗Arvand-1井异常高压地层溢流压井技术

Arvand-1井是一口重点天然气探井,由于钻遇异常高压地层、钻井液密度偏低、不能平衡地层压力,起钻过程中发生了严重的天然气溢流,关井套压高达52.5 MPa,关井立压31.7 MPa。若对其实施常规压井作业,则存在井内憋压过高极易造成井喷和井漏、钻具不在井底难以进行正常循环压井、人员必须在高空作业而操作不便,以及境外施工井队后勤支持困难等难题,也存在井喷与井喷着火、硫化氢中毒等风险。因此,采取了工程师法、强行下钻法配合置换法的溢流压井配套技术,即先用高密度压井钻井液（最高密度达2.48 kg/L）置换压井以降低井内套压,再采用工程师法压井进一步降低套压,然后强行下钻再利用工程师法压井,共历时18 d,取得圆满成功。Arvand-1井的压井成功,对于异常高压地层的天然气溢流压井及境外项目的井控工作具有一定的借鉴作用。      

泥浆帽控压钻井裂缝漏失规律

泥浆帽控压钻井是针对严重漏失地层的一种前沿钻井工艺,漏失压力的确定是泥浆帽钻井参数设计的关键。由于裂缝边界条件的复杂性,漏失压力预测目前还没有可靠的方法。通过对不同形式组合缝以及弯曲缝的数值模拟,分析漏失压差和裂缝参数对漏失量的影响规律。研究表明:不同形式裂缝可通过等效裂缝开度进行描述,漏失量与裂缝开度之间基本满足立方定律,但随着串联缝漏失速度的增大和弯曲缝弯曲度的增加误差增大,因此在一定范围内可根据立方定律对漏失压力进行预测。为泥浆帽钻井漏失压力的预测和参数设计提供了理论依据。     

控压钻井用凝胶隔段工作液性能评价及机理分析

精细控压钻井技术在四川磨溪高石梯和下川东等地区应用，解决了因窄安全密度窗口引起的严重井漏、喷漏同存、难以钻进的工程难题，但在起下钻及完井过程中缺乏有效且安全的过程控制工艺，导致钻井液漏失严重，且井控风险极高。为此，笔者基于无机水硬性胶凝理论、密实充填理论、固化增强理论，提出了一种脆性可钻凝胶隔段封隔技术，并通过处理剂优选、配方优化形成凝胶隔段工作液。性能评价结果表明:该凝胶工作液初始流动性能和稳定性好、40 Bc稠化时间0.5~4 h可控，满足温度80~150℃要求、抗钻井液污染能力强；固化后段塞抗压强度高，达到8.02 MPa，与套管壁面胶结强度高，达到1.45 MPa/m2；同时固化段塞自身胶结性能好，承压封气能力不小于2.69 MPa/m；固化后段塞可钻性级值为1级，采用钻头钻除即可快速恢复钻进。      

利用测井资料预测孔隙压力、破裂压力和坍塌压力

钻井液漏失、井喷、井壁坍塌和油气层受污染等异常情况,主要受地层孔隙压力、破裂压力和坍塌压力（以下简称“三压力”）控制,是钻井技术人员经常面临的问题。钻前建立“三压力”剖面,就可以设计出钻井液安全密度窗口,保证油田勘探开发生产中的钻井施工安全。电缆地层测试直接获取较为精确的地层孔隙压力,利用偶极声波测井方法能预测出破裂压力和坍塌压力,建立其连续剖面。最终建立了准噶尔盆地“三压力”成果数据库和网上查询系统。