南海深水钻井井控技术难点及应对措施

深水钻井井控存在着海床不稳定、地层破裂压力低、地层压力窗口窄、以及存在浅层气、浅层水流、气体水合物和海底低温等诸多问题。在对国内外深水井控技术充分调研的基础上,针对南海深水钻井井控特点和难点,结合近年南海深水钻井设计和作业实践经验,详细分析了深水钻井井控存在的地层压力窗口窄、溢流监测困难、压井难度大和压井作业时间长、井控设备复杂、存在水合物风险等问题,研究提出了有针对性的解决方案,并以南海深水井为例介绍了深水井控的具体措施。     

深水钻井井简中天然气水合物生成区域预测

综合考虑天然气水合物生成热力学、温度和压力条件，预测深水钻井井筒中天然气水合物生成区域。针对深水钻井的特点，建立了多相流控制方程组（包括各相的连续性方程和动量守恒方程）、环空和钻杆内的温度场方程以及水合物生成热力学方程。针对不同的钻井工况给出了方程的定解条件、方程离散方法以及求解步骤。通过仿真算例讨论了在钻进、停钻和压井过程中相关参数对天然气水合物生成区域的影响规律。结果表明：循环流量越高，抑制剂浓度越大，停钻时间越短，节流管线尺寸越大，水合物的生成区域就越小。算例研究还表明，多因素相结合抑制水台物生成的效果比单因素抑制水合物生成的效果更好。依据此计算方法还可对各参数进行优化。图7参16     

深水钻井井筒中天然气水合物生成区域预测

综合考虑天然气水合物生成热力学、温度和压力条件,预测深水钻井井筒中天然气水合物生成区域.针对深水钻井的特点,建立了多相流控制方程组(包括各相的连续性方程和动量守恒方程)、环空和钻杆内的温度场方程以及水合物生成热力学方程.针对不同的钻井工况给出了方程的定解条件、方程离散方法以及求解步骤.通过仿真算例讨论了在钻进、停钻和压井过程中相关参数对天然气水合物生成区域的影响规律.结果表明:循环流量越高,抑制剂浓度越大,停钻时间越短,节流管线尺寸越大,水合物的生成区域就越小.算例研究还表明,多因素相结合抑制水合物生成的效果比单因素抑制水合物生成的效果更好.依据此计算方法还可对各参数进行优化.图7参16     

南海深水钻井井涌余量主控因素分析

深水钻井中,由于深水段的影响,上覆岩层压力低,钻井液密度窗口窄,对井涌余量的预测精度提出了更高的要求。井涌余量受井涌强度、套管鞋承压能力、侵入流体性质等多种因素影响,其应满足在最危险工况下能进行安全压井的要求。针对南海深水井进行计算分析,得到不同因素对井涌余量的影响规律,提出深水钻井井涌余量分析应注意的问题,为深水钻井设计和现场作业提供了参考依据。研究结果表明,深水钻井中,需充分考虑不同因素对井涌余量的影响,尤其是窄密度窗口下,其计算精度将影响井身结构和套管下深。     

用于深水钻井泥浆的新型天然气水合物抑制剂

作业者冒险进入深水区域将面临大量的技术挑战。钻井泥浆的设计必须强调传统的工程问题，如井底清洁、井壁稳定、岩屑稳定和可能的天然气水合物地层。在墨西哥较深的井段，孔隙压力和压裂梯度之间的压差或许是非常小。在陆地，压裂压力是由地层施加的上覆岩层压力的函数值。另一方面在海洋的应用，海水减少了上覆岩层压力梯度。在深水钻井中，为了使钻井泥浆能从井底泵送到海平面以上接近80－100ft的钻台上。在合适的套管鞋位置被确定之前，大量的井必须在直至海底都无隔水管的情况下被钻进。当作业者进入深水区域时，钻井泥浆必须被设计成适合于低压裂梯度和潜在的天然气水合物地层的泥浆。     

深水钻井井筒中天然气水合物生成风险评价方法

综合考虑天然气水合物相平衡条件、井筒温度-压力场和地温梯度,建立了深水浅部地层天然气水合物生成区域预测方法和深水钻井中井筒内天然气水合物生成区域预测方法。分析结果表明深水浅部地层钻井比深部地层钻井生成天然气水合物的风险更大。在此基础上引入过冷度密度对不同井深处的天然气水合物生成风险进行定量评价,同时基于施工参数的无因次化建立了重点区域天然气水合物生成风险定量评价方法。实例计算表明:深水钻井中海底井口附近和隔水管下部水合物生成风险等级最高;钻井液导热系数、入口温度、排量和NaCl浓度对井筒中天然气水合物生成风险影响最大,可以根据各施工参数的敏感因子并结合现场实际情况定量优化钻井设计和施工,从而降低或避免风险。     

深水钻井溢流早期监测技术研究现状

深水油气井溢流及井喷的预防和控制是深水钻井过程中的重要工作,墨西哥湾“深水地平线”井喷溢油事故发生后,井喷的预防和控制成为海洋油气开发亟待解决的重大难题。应对深水钻井溢流及井喷问题,切实有效的技术措施是在早期监测和识别溢流的基础上及时采取应对措施。为此,通过分析深水钻井井控面临的主要困难,从平台监测、海水段监测和井下随钻监测3个层面,综述了国内外井下溢流早期监测技术研究现状,重点分析了井下随钻监测的发展现状,指出深水钻井井下溢流监测技术将朝着有利于更加及时准确发现和识别井下溢流的技术领域发展。最后,根据深水钻井和溢流监测技术的特点,优选出适合深水钻井环境的井下溢流早期监测方法,包括井口流量法、泥浆池液面法、钻井参数法、隔水管超声波法、PWD/LWD监测法、随钻超声波井下流量测量法6种方法;建立了溢流早期综合监测和识别技术,该技术不仅可以用于深水钻井井下溢流监测,还可用于压井和井筒压力精确控制过程的综合监控,为深水钻井提供技术保障。     

深水钻井问题综述

该文通过研究国外深水作业的相关文献，对深水钻井区别于潜水所面临的问题（海底低温、天然气水合物、泥浆窗口窄、地质灾害）的成因、对钻井的危害、预防和应对措施进行了总结。     

海洋深水钻井的钻井液研究进展

在参阅大量海洋深水钻探方面的技术文献资料的基础上 ,对海洋深水钻探中的钻井液使用作了归纳和总结。目的在于借鉴国外成功经验 ,为我国今后开展这方面研究工作做一些技术信息方面的铺垫 ;还结合国外海洋深水钻井液研究现状 ,提出了对海洋深水钻井的钻井液研究的几点建议。     

深水井筒海水聚合物钻井液水合物生成抑制与堵塞物处理方法

在南海西部深水钻井过程中对于水合物的防治过于保守,使用的水合物抑制钻井液——HEM钻井液成本高,钻速低。为了降低钻井液成本,缩短钻井周期,针对深水钻井过程中低成本聚合物钻井液下水合物生成堵塞风险与处理方法问题,结合南海莺琼盆地BD区块钻井情况,对聚合物钻井液下不同气体组分的水合物生成相平衡曲线,不同工况下水合物生成区域,井筒水合物堵塞处理等开展了研究,得到不同工况下井筒水合物生成风险区域,优选了动力学抑制剂聚M-乙烯基己内酰胺作为水合物生成抑制剂,热力学抑制剂乙二醇作为水合物堵塞解堵剂,并在室内设计形成10种新型动力学抑制剂,其中动力学抑制剂DS-A3对水合物的生成有良好的抑制效果。实验研究以及BD某井现场应用表明：(1)在正常钻井循环、压井、关井工况下没有水合物生成区域,不会有水合物生成堵塞风险;(2)综合考虑抑制效果与成本,0.8%聚M-乙烯基己内酰胺对井筒水合物的抑制效果最好,45%的乙二醇对于解除井筒水合物堵塞风险效果最好;(3)在没有特殊复杂井下工况情况下,只要停钻时间不超过15 h,可以直接使用聚合物钻井液进行深水钻井,平均单井钻井液成本下降50%～70%,创造良好的经济效...     

海洋深水井钻井过程中井筒温度的变化规律

海洋深水油气井钻井过程中,现有的井筒循环温度场计算模型虽然综合考虑了钻井液在循环过程中诸如海水对流换热、隔水管及钻井液、地层导热等多种因素对井筒温度的影响,但却忽略了钻进导致的温度差异,与实际情况不符。为了给深水钻井的钻井液密度设计、井壁稳定性分析等相关工作提供更加准确可靠的依据,在不钻进只循环钻井液过程的温度模型求解温度场的基础上,对补充钻进工况的计算模型应用有限差分法和高斯迭代法进行求解,进而通过节点更新的算法,分析了不同机械钻速的钻进过程对深水钻井井筒温度纵向变化规律的影响。研究结果表明:①同一深度,不同机械钻速下全井温度场的计算结果有明显差异,1 000 m水深的井底随钻温度差异接近10℃;②钻进过程的循环温度场对时间的敏感性远高于机械钻速,与不考虑机械钻速的井筒温度场相比,考虑机械钻速情况下的井筒温度场呈整体增大的变化规律。结论认为,利用该方法可以更好地分析海洋深水钻井过程中井壁稳定性和管柱工况等实际问题,其结果更加符合生产实际。     

深水油基钻井液中抑制水合物形成的实验研究

在温度为4℃、压力为20MPa条件下,利用水合物综合模拟实验系统,对用于南海深水钻井的油基钻井液体系进行了抑制水合物生成的评价实验。结果表明,由于天然气在油相中的溶解度远高于在水中的溶解度,油基钻井液又是分散的乳化液,使得油基钻井液中水合物形成的诱导时间比水基钻井液中少。因此含水的油基钻井液体系在深水环境下(高压和低温)很容易生成天然气水合物,含水量越高,生成的量越大。所以在钻井作业过程中,要适当降低泥浆中水的含量,增加泥浆密度,防止地层水和气大量进入井内随油基钻井液一起循环。高浓度乙二醇能较好地抑制油基钻井液中水合物的形成。为了达到最佳抑制效果,可在钻井液中配合加入适量聚合醇与无机盐。     

深水气井测试求产阶段管柱内天然气水合物防治方法

深水气井测试求产过程中,预防与控制天然气水合物(以下简称水合物)堵塞对于保障测试安全至关重要。为此,通过分析不同测试条件下的井筒温压场分布,应用水合物生成—沉积及分解计算方法,评价了不同测试制度下全测试过程中管柱内水合物的沉积与堵塞程度的变化;在此基础上,提出了基于水合物防治的深水气井测试求产方法。研究结果表明:(1)深水气井测试过程中井筒内常形成水合物堵塞风险最大的环雾状流型,测试过程中采取防止水合物堵塞措施比防止水合物生成更加合理;(2)常规四点测试方法要求设置流温较低的低产气量测点,但高压、低温的井筒环境容易导致水合物生成、沉积,测试持续时间过长会增加测试管柱的堵塞风险;(3)所提出的适合于深水气井测试的混序测试制度在不改变测试产气量与时长的前提下,通过调整测点顺序形成的井筒温度变化使水合物沉积层分解,降低了测试过程中测试管柱的最大堵塞程度;(4)对于无出砂、无应力敏感、无反凝析且不产水的深水气井推荐使用三点或二点测试法,相对于四点测试法,前者能有效降低测试管柱内的水合物沉积、堵塞风险,同时又能在保证产能方程准确性的前提下缩短测试时间、降低测试成本。结论认为,该研究成果可以为深水气井的现场测试施工提供帮助。     

应用事故树法对深水井控进行风险评估

深水井喷事故危害极大，严重时可导致井眼报废、船毁人亡等恶性后果，预防和控制深水井喷是国内外石油界的一个技术难题。文中利用风险树分析引发深水钻井工程事故的顶事件，重点讨论各底事件的相互联系及对系统的影响程度，分析顶事件的发生概率，为最大程度地减少深水井控事故的发生提供理论依据。通过对深水钻井过程中存在的风险进行分析，构建了深水井控风险分析事故树，并对其进行了定性与定量分析。通过风险分析，认为深水井控最主要的影响因素是关井及压井时设备故障、设计方法及操作失误的影响超过安全极限。分析表明，降低基本事件的发生概率对预防井喷作用明显，基本事件发生概率提高1倍，井喷发生概率提高近10倍。针对深水井控过程中存在的风险因素，从工艺、装备及人员要求方面提出了预防深水井喷的措施。     

深水钻井最大允许气侵溢流量的计算方法

深水钻井对井控提出了更高的要求,气侵的早期监测便成为深水井控研究的热点。由于溢流量预警值为经验值,使得现有泥浆池增量法在水深较深、原始地层压力较高的井中应用的普适性和可靠性较差。为此,通过引入最大允许关井套压和环空气体上升位置,计算不同溢流量条件下的压井风险,建立了基于气侵的溢流量预警值反算方法,以此来保证在现有井控设备、施工参数和地层参数等确定的条件下进行更为精确可靠的气侵溢流监测。同时引入含可信度地层压力预测方法对溢流量预警值反算方法进行改进,最大限度地降低了因地层压力预测不准而导致的气侵监测误差。实例计算结果表明,该方法充分考虑了气侵后气体上升位置和压井风险,能够大大提高深水钻井气侵早期监测的准确率和可靠性,对于实现因井而异的溢流量预警值设计和降低气侵监测成本有实际意义。同时提出推荐采用精度更高更稳定的进出口流量计对泥浆池增量进行监测,以满足半潜式钻井平台的测量精度。     

深水钻完井工程设计要点分析

深水钻完井工程设计存在水文地质条件恶劣、作业成本高昂等一系列设计难点,这在一定程度上制约着我国深水油气田开发的进程。基于钻完井工程设计的流程及特点,以南海某深水油田的钻完井设计方案为例,选择井眼轨迹及井身结构设计、工作液设计、钻柱及钻具组合设计、井控工艺设计等主要的钻完井工程设计部分,进行了设计理念以及设计结果的分析。得出了深水钻完井工程设计适宜采用的关键技术以及基本设计思路,提出了简化井身结构、简化钻具组合、注重浅层气井控、采用批次作业等针对性的设计建议,能够为深水钻完井工程设计提供有益借鉴。