欠平衡钻井井筒多相流技术研究

介绍了目前欠平衡钻井气、液2相流研究的主要方法——均匀流动法、经验公式法和力学法,给出了求解模型的分段计算方法,提出应根据实际情况选择考虑因素全面、有较好收敛效果的模型,以较准确地计算井底压力,为精确控制欠平衡钻井提供理论依据。国内应加紧研发传输数据准确、精度高、价格便宜的并底压力测量工具,以检测应用模型的精度,为顺利实施欠平衡钻井技术提供安全保障。为了有效应对现场不确定因素造成的井底压力波动的情况,还介绍了几种常用的控制方法。     

流体欠平衡钻井压力控制

对欠平衡钻井中的压力即欠压值的控制进行了研究和探讨,并对控制方法的理论依据进行了论述。认为在影响欠平衡钻井的钻井液静液柱压力、环空压耗、欠压值、井口回压、地层层力中,地层压力是首先要搞清楚的最基础的压力,最好先求出地层压力而不必急于进行欠平衡钻进,因为一切欠平衡的压力计算都是建立在这个基础压力之上的;再根据地层压力确定合理的欠压值,确定所用的钻井液密度。以最优的钻井成本,能实现最容易和最安全的钻井施工来衡量欠压值选得是否合理,举例介绍应用方法。     

适合于欠平衡钻井的油气藏筛选依据

欠平衡钻井技术可以降低地层损害、提高机械钻速，所以在世界范围内被逐渐采用，但是，欠平衡钻井技术并非适用于所有的油气藏。通过综合考虑欠平衡钻井过程中存在的潜在不利因素，分析了哪些油气藏适合采用欠平衡钻井，哪些油气藏不适合采用，同时，也指出了维持欠平衡钻井条件的条件和措施；以优化欠平衡钻井作业为依据，提出了油气藏的筛选步骤。     

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。     

欠平衡压力钻井井底压力控制技术探讨

在分析影响负压值各种因素的基础上,建立了井底负压值与其它钻井参数的数学模型,制定了一套便于操作的井底压力控制方法,并以S73井为例加以说明.     

欠平衡钻井技术经济评价

欠平衡钻井最显的特点是可以防止地层污染从而提高油气井产量，同时在钻井工程方面它能有效地防止钻遇低压地层时泥浆漏失和压差卡钻事故的发生，降低油气田的勘探开发成本。为此分析了欠平衡钻井技术的经济优势，评价了欠平衡钻井的关键技术和钻井工艺技术要求。这对国内进一步开展欠平衡钻井技术工作具有一定的借鉴之处。     

欠平衡钻井的利与弊

欠平衡钻井的推广应用,减小了常引起油气产能下降的地层伤害问题,特别是在裸眼水平井中尤为如此,合理设计和操作欠平衡钻井,就能减少和消除固相颗粒侵害地层以及许多其它问题,如：有害的粘土反应、油水气相锁、沉淀和乳化反转问题,在许多欠平衡钻井作业还具有缩短钻井时间、提高机械钻速;延长钻头寿命,及时发现产层和井行边喷边钻测试产量等优点,欠平衡钻井并不能解决所有的地层伤害问题,设计不合理／操作不当的欠平衡钻井     

欠平衡钻井技术在低渗透油藏开发中的应用

在介绍胜利油田低渗透油田气藏地层特点的基础上，给出了欠平衡钻井施工的技术要点。以2口井为例，介绍欠平衡钻井技术在开发低渗透油藏的应用情况，结果表明，欠平衡钻井技术是经济、有效地开发低渗透油藏的一种重要手段。     

欠平衡钻井技术在碳酸盐岩超深水平井TP127H井中的应用

塔河油田托甫台地区奥陶系碳酸盐岩储层安全压力窗口窄,储层以裂缝、缝洞为主,钻井中易漏、易涌。TP127H井是该区一口碳酸盐岩超深水平井,钻至井深6 914.39 m,漏失钻井液量1 538.67 m3,水平段钻进钻遇多个溶洞,为安全顺利钻至设计井深,对该井实施了欠平衡钻井工艺。论证了该井欠平衡钻井的可行性,分析了欠平衡钻井技术的钻井液密度、井口控制压力和井底压力,研究成果应用于TP127H井欠平衡钻井施工中。应用结果表明,该技术有效地解决了TP127H井漏失难题,对同类油藏的钻井施工提供了借鉴。     

塔河油田深井碳酸盐岩储层欠平衡钻井技术难点与对策

塔河油田碳酸盐岩储层溶洞、裂隙发育，钻井液密度安全窗口小，欠平衡钻井工艺存在设备配套要求的多样性、欠压值设计难、井底负压控制难、置换性漏失时压井难和强行完井难等技术难点，根据置换性漏失、强行完井施工等要求对井口、井下设备在标准配置的基础上进行了调整，依据碳酸盐岩储层、探井施工的特点提出了循环渐进、灵活的欠压值控制方法，改进的反循环压井技术比平推压井方法减少了压井作业对储层带来的伤害，结合压力传播速度和立管压力值进行井底压力控制的方法提高了压力控制的精度。     

欠平衡钻井安全钻进控制参数评价

欠平衡钻进过程中,气体侵入井筒后,环空出现多相流动状态。由于气体具有可压缩性,环空压力场随着气体的侵入及侵入量的改变而呈现复杂的变化．整个井筒压力剖面将出现波动。、为使地层气体可控制地侵入井筒．需要及时调节控制回压和钻井液排量,保证井底压力在安全密度窗口内,维持合理的井底欠平衡状态,以实现安全钻进。、文中根据欠平衡钻进井筒压力平衡关系,建立了井底压力控制模型。通过分析影响井底压力的参数．建立了影响井底压力控制的安全钻进控制参数模型．并以控制回压为例给出了具体的求解流程。以新疆某井为例．说明控制参数对井底压力和环空压力场的影响、研究结果表明：地层出气后,能够通过增加控制回压,采用正常循环排出的方式,将侵入气体排出井筒,实现安全钻进;增加钻井液排量,气液混合速度增大,环空摩阻增大．导致井底压力增加。     

欠平衡钻井环空多相流井底压力计算模型

随着欠平衡钻井技术的发展,对井底负压值精确控制的要求越来越高,目前已经开发了随钻井底压力测量仪器。对井底压力的大小实测发现,原有的气液两相流井底负压控制计算模型的计算误差较大,达到13%。为此,在H.V.Nickens所建立的钻井过程气侵时的两相流模型基础上,建立了直井环空多相流井底压力流动型态新的计算模型。该模型充分考虑了岩屑固相和多相加速度压降的影响,精度较高,利用深层欠平衡钻井实测数据,计算表明误差小于3%,为欠平衡设计计算与精确控制井底负压值提供了理论依据。     

基于非等温三相流模型的欠平衡钻井井底压力预测

考虑欠平衡钻井中钻屑的影响以及由于地层和钻井液之间热量传递导致的温度变化,应用气-液-固三相流模型来模拟井筒流体,计算井筒温度和压力分布,分析不同参数对环空内流体压力和温度分布的影响.研究表明,与两相流模型及其他考虑地温梯度的三相流模型相比,考虑传热的非等温三相流模型能够更加准确地预测欠平衡钻井井底压力.井筒内黏性耗散...     

欠平衡钻井随钻监测系统的开发及应用

欠平衡钻井技术具有突出优点,因而得到了广泛应用,但欠平衡钻井条件下,施工设备、流程和钻井液体系等诸多变化常导致常规监测技术不能满足现场工作的要求。针对欠平衡钻井的特殊性,开发了一套适用于欠平衡钻井的随钻监测系统。该系统将地层和井筒看作一个系统,通过监测注入参数、返出参数和钻井工程参数,结合井筒多相流模型及地层渗流模型来对地面、井筒和地层进行综合监测与评价;通过对地层产出流体的监测,井筒压力及流态的监测,地层压力和孔隙度的监测,钻井安全、井控和有害气体的监测,实现了对欠平衡钻井状态下的包括流量、压力和气体组成等多参数的监测;结合地层渗流及井筒多相流耦合模型,可以实现对所钻井段井筒压力、地层压力、储层特性和流体特征进行全面监控与评价。通过在欠平衡钻井现场的多次实际应用,验证了该监测系统的合理性与实用性。该成果有助于提高欠平衡钻井的工艺水平和储层保护效果,同时还有利于早期识别和控制井下复杂情况。     

欠平衡钻井正气举过程井筒瞬态流动数值模拟

正举法气举作业的实施效果直接决定着欠平衡钻完井施工的成败,特别是气举过程中的井下压力动态演变,关系到整个作业过程中的井控安全。正举法气举作业的实质是在井下停止循环的初始条件下氮气连续气举作业,井下流体由静止状态到气体穿越液体滑脱至井口的不同于常规稳态流动的瞬态气液两相流动。针对这一特殊流动研究,完成了停止循环开井条件下气举时井下瞬态气液两相流动特征参数变化数值模拟计算方法和数学求解模型的建立,通过实际井数值计算连续气举时井下瞬态气液两相流特征参数变化得出规律性认识,如氮气沿井眼滑脱上升运动速度逐步加大、顶出钻井液随时间的增多、井底流压瞬时波动在初始阶段最大等。研究成果丰富了欠平衡氮气钻完井施工正举法气举作业的井筒流动模型体系和压力控制方案,增强了该特殊流动规律的认识,为井控安全提供了理论保障。     

欠平衡钻井多相流动理论与计算分析

把欠平衡钻井循环流动分为钻柱内向下流动和环空向上流动，按气、液两相流动问题研究该混合体系流动过程，建立新的理论模型。采用时间有限差分离散，空间有限体积离散的方法求问题的数值解。选取中国欠平衡钻井的常见井眼尺寸和常用的注入气、液速度范围，进行数值计算，分析得出，流动过程的流动型式主要为泡状流和段塞流，环空接近地面的井段有时为搅动流。举例分析在环空和钻柱内的稳定流动过程中，随井深增加，压力、含气率、多相流体密度等的变化规律；在环空流动过程中，随井深增加，斜井段与相应垂直井段的压力值不同。分析了在关小出口节流阀开度的不稳定流动过程中，环空流动压力值沿井深增加的变化过程；用实际井欠平衡钻进的随钻环空压力测量数据与本文理论模型及求解方法计算所得结果比较表明：计算结果能很好地反映钻进过程中环空压力的变化规律。图6表2参12     

欠平衡钻井井底岩石的应力状态

欠平衡钻井较常规钻井钻速高,这与其井底待破碎岩石所处的应力状态有着密不可分的关系,而井底岩石的应力状态受地层孔隙压力和温度的共同影响。基于流-固-热三场全耦合基本理论,根据欠平衡钻井中井底待破碎岩石所处的实际状态,对耦合控制方程加以简化,结合与井底岩石应力状态分析相适应的边界条件,利用有限单元法研究了欠平衡钻井过程中地层孔隙压力和地层温度对井底岩石应力状态的影响机理。研究结果表明,随着钻井液液柱压力和井底岩石温度的降低,井底岩石的各个主应力均在减小,降低程度与压差和温差有关：压差和温差越大,井底岩石的各个主应力减小幅度越大。降低速率与岩石渗透率和热传导率有关,渗透率和热传导率越大,井底岩石的各个主应力变化越快,地层孔隙压力辅助破岩的效率越低。     

一种气体钻井井壁稳定性分析的简易方法

为有效克服气体钻井过程中出现的井壁失稳现象,提出一种气体钻井井壁稳定性分析的简易方法.该方法在对传统气体钻井井壁稳定性理论的利弊进行分析的基础上,从气体钻井井壁围岩的力学特性出发,确定了井壁围岩应力场的分布,结合Mohr-Coulomb准则,建立了气体钻井条件的井壁稳定模型,即弹塑性模型和硬脆性模型,成功解释了气体钻井条件下地层进入塑性状态变形达到一定程度,井壁坍塌井径扩大后,地层趋于稳定的现象.将该计算模型应用于满东2井的井壁稳定性分析,结果表明:理论分析结果和工程实测数据对比,计算结果较为准确,验证了该模型较为有效.     

A compositional wellbore/reservoir simulator to model multiphase flow and temperature distribution

Production of hydrocarbon often involves gas and liquid (oil/water) concurrent flow in the wellbore. As a multi-phase/multi-component gas–oil mixture flows from the reservoir to the surface, pressure, temperature, composition and liquid holdup distributions are interrelated. However, nearly all two-phase wellbore simulations are currently performed using “black oil” simulators. In this paper, a compositional-wellbore model coupled with a reservoir simulator to compute pressure and temperature distribution is presented. In this work, compositions of liquid and gaseous phases in the wellbore can be determined by two-phase equilibrium flash calculations and by considering the slip between phases. Our simulator has the capability of predicting the temperature profile in the wellbore, which helps to predict multiphase flow physics such as liquid holdup and pressure drop more accurately. As the wellbore model is coupled with a reservoir simulator, it can be used as a tool to calculate fluid-flow compositions between reservoir and wellbore. The simulated results of our compositional model were compared to the equivalent blackoil model for pressure and temperature distribution. Although the input requirements and computing expenses are higher for compositional calculations than for blackoil, our simulations show that in some cases, such as those involving highly-volatile oil and retrograde condensate gas, ignoring compositional effects may lead to errors in pressure profile prediction for the wellbore.