超高温地热井泡沫钻井井筒压力剖面计算方法

肯尼亚OLKARI地区地热井地层温度高达350 ℃,主要采用泡沫钻井,然而其低压和超高温的特点可能造成泡沫流体相态变化,目前尚没有针对相变条件下泡沫钻井井筒压力剖面的计算方法。为此,利用流体高压物性分析仪,绘制出泡沫钻井液“p - T"相图,并指出了钻井液相态变化的规律。进而应用现有的欠平衡钻井流体流动模型,建立了一套适应相变的钻井工况参数计算模型。最后,利用OLKARI地区某地热井的温度、压力资料,计算了该口井的流体流动参数,得到了该井井筒中的泡沫相态分布规律。通过井筒内流体压力的计算,可以更准确地了解工作液的工作状态,为预防井下复杂事故的发生提供了理论依据。     

超高温地热井钻井泡沫抗高温性能研究

OLKARI地区地热井地层温度高达350℃,主要采用泡沫钻井,然而其低压和超高温的特点可能造成泡沫流体相态变化,目前没有针对相变条件下泡沫流体抗高温性能的研究。基于超高温地热井泡沫钻井的特殊性,进行了泡沫重复发泡实验、高温失效时间测定实验,实验表明,发泡剂在单个钻井循环周期内具有良好重复发泡性能。若泡沫在循环过程中存在相态变化,也能保持良好重复发泡性能,为超高温地热井泡沫钻井流体的相态分析提供了实验依据。     

水平井筒气液两相变质量流动流型转变实验研究

在对水平井筒气、液两相变质量流动的流型转变进行了理论研究,在此基础上,设计并建立了流型转变实验装置,对水平井筒气、液两相变质量流动的流型转变进行了模拟实验研究.在轴向为气、液两相流动的前提下分别进行了上管壁单孔眼注入和下管壁单孔眼注入的流型转变实验研究,获得了大量的实验数据.根据实验数据修正了理论计算模型,修正后的理论模型计算结果和实验数据吻合很好.     

裂缝性储层充氮气欠平衡钻井流体参数设计图版与实例

充气钻井是发现和保护油气藏、防止裂缝性储层井漏、提高机械钻速的重要技术手段。通过实验资料和计算论证,阐述了井筒环空与钻柱内两相流体呈现出的流型特征。同时,建立了充气钻井井筒流动模型和数值解法,计算并绘制出常用井身结构的气液流体参数设计图版。准噶尔盆地百泉1井充氮气钻井试验采用了新建的井筒气液两相流体注入参数设计图版。根据二叠系裂缝性储层漏失压力和坍塌压力,确定钻井流体安全密度窗口,设计该井氮气注入参数和欠平衡专用设备需求量。该井的成功实践充分证实充氮气钻井具有地层适应性强、压力控制范围大、可有效避免裂缝性储层井漏,利于勘探发现。同时,新建的设计图版完全满足常规井眼条件下充氮气钻井的工程设计和现场作业。     

高温地热井循环流体温度随钻测量技术研究

地热井和常规油气井不同,其钻井过程中,地温梯度无规律可依循,而且井筒温度作为高温地热井一项重要参数,对于建立单井/多井井筒温度分布,分析地热储层及底层流体相态,钻后井下情况分析,以及井筒温度控制等安全施工措施提供了重要依据。而目前国内没有此类技术,因此,需要研发一套高温地热井循环流体温度随钻测量技术来解决钻井参数优化以及资源开发评价过程中遇到的问题。     

CO2井筒相变流动温度压力计算模型研究

CO2在井筒流动过程中的气液相变对井筒温度、压力分布的计算有较大影响。CO2流体在气液相变段的流动属于两相流动,目前常用的计算方法均未考虑该气液混合段的两相流计算。文章从传热学及两相流理论出发,建立了井筒流体相变过程中温度、压力分布的耦合计算新模型;考虑沸腾传热和凝结传热的影响,对流体相变过程中井筒总传热系数进行了修正。该模型主要创新在于可以对CO2流体相变过程中气液混合段的温度、压力进行求解,并能对该混合段气液组分含量变化的动态过程进行计算。运用此模型对吉林油田H75-29-7井压力、温度、质量含气率进行了计算,计算结果与实测结果对比显示本模型计算精度较高。     

泡沫欠平衡钻井气液流量组合优选研究

泡沫欠平衡钻井过程中,气体、液体和固相岩屑混合在一起,沿井筒环空向上流动,属于典型的“气-液-固”多相流。为了保护储层,避免发生井壁失稳坍塌事故,在泡沫欠平衡钻井时,必须保证井底压力小于地层压力并高于地层坍塌压力,同时还要保证整个井段泡沫钻井液处于最佳泡沫质量区,以具有足够的携岩能力。针对工程施工实际情况,对井筒环空进行网格划分,利用欠平衡钻井井筒多相流模型分段求解井筒流态和流动压力,综合分析井底压力与注入气液流量组合的对应关系,从而将井底压力安全窗口转化为可直接控制的气液流量安全窗口,为安全施工提供依据。该研究成果在也门某区块泡沫欠平衡钻井中的钻井实效对比分析表明,该方法较为实用可靠。     

泡沫欠平衡钻井气液流量组合优选研究

泡沫欠平衡钻井过程中,气体、液体和固相岩屑混合在一起,沿井筒环空向上流动,属于典型的“气-液-固”多相流。为了保护储层,避免发生井壁失稳坍塌事故,在泡沫欠平衡钻井时,必须保证井底压力小于地层压力并高于地层坍塌压力,同时还要保证整个井段泡沫钻井液处于最佳泡沫质量区,以具有足够的携岩能力。针对工程施工实际情况,对井筒环空进行网格划分,利用欠平衡钻井井筒多相流模型分段求解井筒流态和流动压力,综合分析井底压力与注入气液流量组合的对应关系,从而将井底压力安全窗口转化为可直接控制的气液流量安全窗口,为安全施工提供依据。该研究成果在也门某区块泡沫欠平衡钻井中的钻井实效对比分析表明,该方法较为实用可靠。     

维持井壁稳定的充气钻井液密度确定方法研究

随着我国西部和海洋深层天然气勘探开发不断加快、深入，钻井不断遇到高温、高压、气侵环境，受气体侵入的井筒钻井液其密度随温度和压力的变化而变化，这导致常规井壁稳定研究确定的当量静态钻井液密度不能有效地阻止井下井壁坍塌、缩径引起的复杂情况。国内外高温高压条件下钻井液密度计算模型存在着明显的问题：①没有考虑气体在环空中的影响，此时环空中是气液两相流体的流动，不能用单相液体的情况来对待；②井筒温度用地温梯度来代替不合理。为此，在确定有气侵、压耗和温度影响的有效安全钻井液密度时，分析了气液两相钻井流体受井筒压力、温度、气侵量与钻井液密度的相互影响关系，结合地层参数、钻井水力参数和钻柱结构，通过对温度场与压力场的耦合求解，获取了有效安全钻井液密度的下限和上限，计算结果在实际钻井中得到了较为成功地应用。     

气举井井筒温度场分布研究

以开式热流体反循环温度场分布模型和Beggs-Brill井筒多相管流计算方法为基础,在已知地层参数和井筒参数的条件下,考虑井筒内的传热方式为垂直井筒中的稳态热传导和对流换热,地层中的传热方式为非稳态热传导,井筒中的流动方式为气液两相混合流动,根据能量守恒定律及传热学原理,推导出了气举井生产流体和注入气体沿井筒的温度场分布计算模型。根据模型编写了计算机程序,实现了注气压力、注气量等重要参数的计算,并能够对产油量、注气压力、注气量等参数进行敏感性分析。     

秦皇岛32-6油田强化氮气泡沫驱实验

为选取满足QHD32-6油田油藏条件的强化泡沫驱注入参数,采用静态、动态实验相结合的方法,开展了氮气泡沫调驱室内实验.模拟QHD32-6油田流体和油藏物性,评价了不同起泡剂和稳泡剂的能力,以及不同气液比和注入方式下的泡沫体系封堵性能.实验结果表明:QHD32-6油田强化泡沫驱的合理气液比为1∶1～3∶1,最佳泡沫剂浓度...     

超临界二氧化碳压裂井筒非稳态温度-压力耦合模型

井筒内温度、压力对二氧化碳物性参数影响较大,且三者之间相互影响,需进行耦合求解。基于连续性方程、运动方程、能量守恒定律和传热学理论,建立了超临界二氧化碳压裂井筒非稳态温度-压力耦合模型。采用交错网格全隐式离散模型,并调用Refprop软件计算二氧化碳物性参数,采用循环迭代求解。计算结果表明:在目前施工条件下井底二氧化碳能达到超临界状态;井口二氧化碳注入温度对井筒温度影响明显,而对井筒压力影响较弱;二氧化碳注入压力和油管粗糙度对井筒压力影响较大,而对井筒温度影响较弱;二氧化碳注入排量对井筒温度、压力均有明显影响。二氧化碳的高摩阻和低黏度分别限制了施工排量和砂比的提升,因此需进一步加强流体减阻和增稠方面的研究。     

气液两相流循环温度和压力预测耦合模型

为保证欠平衡钻井安全钻进,需要给欠平衡钻井设计提供井筒温度和压力分布等基础数据。基于气液两相流钻井液循环时的流动特征和井筒与地层的传热机理,建立了适用于欠平衡钻井预测气液两相流钻井液循环温度和压力的耦合模型,给出了模型的离散方法和求解方法。在模型的求解过程中,考虑了温度和压力对气相（空气、氮气）的密度、比热、比焓、动力黏度、热导率等热物性参数的影响及热源对气液两相流钻井液温度场的影响,保证了气液两相流循环温度和压力的计算精度。基于大庆油田升深2-17井充氮气欠平衡钻井试验数据,利用气液两相流钻井液循环温度和压力预测耦合模型对欠平衡钻井时的井底温度和压力进行了计算,计算结果与实测结果吻合程度高,验证了模型的有效性。对比分析了以地温、地面温度作为气液两相钻井液温度和考虑井筒换热3种情况下的环空压力剖面特征,为欠平衡钻井设计及控压钻井设计和施工提供了理论基础和技术支持。     

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...     

泡沫钻井水力参数优化方法研究

泡沫钻井在国内外已得到广泛应用,但关于水力参数优化设计的方法还未完善。基于多相流理论和携岩理论,通过理论计算和分析,总结出泡沫钻井水力参数优化设计方法,即通过临界气液比与井口回压线性关系确定最优气液比;通过不同井深下最低井底压力确定最优井口回压,结合最优气液比、最优井口回压、井底压力、岩屑浓度确定最优泡沫流速,最后根据最优泡沫流速确定最优注气流量和注液流量。实例计算了井眼直径为200 mm、钻杆外径为114.3 mm、井深为1 980 m、钻速为9m/h、18 m/h、27 m/h对应的最优水力参数。提出的优化方法对泡沫钻井水力参数优化有实际指导意义。     

酸性气体侵入井筒瞬态流动规律研究

酸性气藏一般位于海相沉积,钻井液安全密度窗口极窄,钻井过程中酸性气体易侵入井筒,发生气侵后井筒流动变得十分复杂,易造成井涌、井喷等井下故障。为实现气侵时井筒流动的准确预测与控制,将井筒流动与地层非达西渗流耦合,井筒流动、传热和流体物性耦合,建立了酸性气体侵入井筒瞬态多相流动模型,并引入酸性气体溶解度公式,给出了模型的求解方法。利用某井的基本数据,模拟了酸性气体气侵时的环空气液两相瞬态流动参数的变化特征,并对酸性气体气侵时的瞬态流动影响因素进行了敏感性分析。结果表明:酸性气体溶解度大,侵入后更加隐蔽,不易被检测到,但靠近井口处酸性气体溶解度降低,酸性气体大量析出,体积迅速膨胀,井筒压力降低迅速,井控更加危险。研究结果可为酸性气藏钻井井控参数设计提供指导。      

泡沫流体在孔隙介质中的流动特点研究

为了研究不同气液比及不同注入方式泡沫流体在长细管模型中产生的特点及运移规律以及端面封堵情况,通过长细管模型进行了注入泡沫流体在孔隙介质中的流动试验。试验结果证明,泡沫在多孔介质中流动,压差分布均匀,泡沫体系在渗透率20 μm2孔隙介质中,能够形成较大的流动压差,并且不会形成端面堵塞,泡沫流动压差随气液比的增大而增大,泡沫压差形成的速度随气液比的增大而增快,形成稳定压差的时间变短;混合式注入泡沫形成的压差由前向后运动,交替式注入气体及泡沫剂溶液首先在中部形成压差,逐渐向两端扩展,混合式注入形成泡沫封堵的时间明显少于交替式注入。泡沫流体适合于油藏驱油,不会形成端面封堵,且混合式注入优于交替式注入。     

高温、高压凝析气井井筒动态分析新方法

在总结常规方法的基础上,分流态综合利用垂直管流公式,根据井筒内气液比高低将凝析气井井筒动态分析分为高气液比和低气液比2种情况,结合气-液两相、气-液-液三相流体相平衡热力学闪蒸计算,运用状态方程模拟,对其中的偏差因子、气液界面张力、粘度等进行修正,这样考虑了多相流体复杂相态变化的井筒动态预测方法就比常规方法更适用于凝析气井,特别是对于高温、高压富含气态凝析水的凝析气井,能得到更为精确的预测结果。根据给出的凝析气井井筒动态预测模型在数值求解的基础上,编制了相应的计算程序,可准确预测不同时期凝析气井的井筒动态,改善数值模拟一体化动态分析效果。     

高温高压气井生产过程井筒温度场分析

高温高压气井在生产过程中受到地层高温流体的影响,井筒温度原有的平衡被打破,井筒温度重新分布会引起环空压力增高,威胁井筒安全服役和井筒的完整性。为了准确预测井筒温度,基于质量、动量、能量守恒、传热学、井筒传热理论,再考虑气体焦耳-汤姆逊效应、气体温度、压力、密度及物性参数的影响,建立井筒温度预测模型;将流体物性参数根据不同的温度压力分段计算,可提高模型计算的精确性。最后,通过实例计算分析了环境温度的影响因素。     

气体钻进过程地层液体侵入量计算及携液规律研究

气体钻井具有大幅提高钻速和单井产量、有效防止恶性井漏的技术优势,是深井提速、大规模低品位油气资源高效勘探开发的关键技术方法,然而一旦地层出液后,井筒内的岩屑与地层侵入液相互作用,可能造成井内泥包和井眼堵塞的井下复杂事故,常常导致钻井失败。文章基于随钻试井和井筒多相流理论,建立了气体钻井 过程中非均质圆形封闭地层瞬态产液理论模型,并提出了考虑液滴大小和液滴变形特征的气体携液能力计算方 法。通过室内实验台架模拟了气体钻井地层出水后的动态携液过程,表明理论携液量与实际携液量相符。结合现场气体钻井实例计算得出地层的产液量与地层物性、钻井参数等相关;增加注气量和降低气液两相界面张力能够有效地减小液滴尺寸,提高气体钻井的携液能力。