精细控压钻井中环空不稳定流动时间响应分析

精细控压钻井是井底恒压控压钻井的一种类型,主要通过施加井口回压实时控制井底压力。井口回压的改变会导致钻井液循环经历稳定-不稳定-稳定的过渡,过渡期的响应时间是评价精细控压钻井的一个重要指标。较短的过渡时间可以使井底压力快速恢复平衡,从而提高控压钻井的控压精度。以回压改变后环空钻井液的不稳定流动时间为研究对象,建立了控压响应时间的计算模型。分析了气体体积分数、岩屑体积分数、环空间隙及回压大小等因素对过渡时间的影响规律,分析表明气体体积分数、岩屑体积分数的增大,控压响应时间相应增加;环空间隙、回压的增大,控压响应时间相应减小,其中气体体积分数是影响控压响应时间的主要因素,同时对比分析了弹性控压响应时间计算模型与本文模型之间的差异,得出了在浅井、勘探井的控压钻井中为计算简便而采用的刚性计算模型不仅可以满足计算精度的要求,同时也具有较强的操作性。     

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。     

控压钻井环空多相流控压响应时间研究

准确了解回压改变过程中的响应时间对控压钻井的实施意义重大。以回压改变过程中的响应时间为研究对象,在刚性理论的基础上充分考虑井筒多相流动下气体流动参数沿井筒变化的实际情况,建立了回压响应时间的数学模型,分析了环空间隙、排量及套压对响应时间的影响。分析结果表明:考虑井筒气体流动参数变化后,回压响应时间明显延长;在大气侵量情况下,可适当增加井口回压,一者补偿了由于气侵造成的井底压力下降,二者井口回压的增加可以降低环空气体体积分数,缩短回压响应时间。所得结论有助于安全、高效地实现控压钻井技术。     

精细控压钻井井底压力自动控制技术初探

控压钻井技术是当前油气钻井工程领域的前沿技术之一。钻井各个工况的井底压力须保持恒定,才能确保窄密度窗口复杂地层井段的安全、顺利钻进。为此,通过分析前人对各个工况井底压力计算的研究成果,提出了精细控压钻井井底压力计算模型,该模型的环空循环压耗计算包含了多相流动的重力压降、摩阻压降和加速度压降梯度。在塔里木盆地实施了1口井的精细控压钻井作业,用停泵工况由地面回压泵施加的回压值与计算值比较,最大误差为0.30 MPa,能满足工程实际需要,为今后精细控压钻井井底压力精确计算与控制提供了理论支撑。     

控压钻井泥浆帽设计方法研究

控压钻井可以较为精确地控制整个井筒环空压力剖面,能有效解决钻井过程中出现的井涌、井漏、井塌、卡钻等多种井下故障,但在起钻之后不能仅靠调整井口回压平衡地层压力,需要注入高密度泥浆帽。为满足控压钻井起钻泥浆帽注入过程中井底压力恒定,必须设计出合理的泥浆帽密度和高度。为此,基于起下钻过程中的井筒压力控制原理和控压钻井起下钻工艺,建立了控压钻井泥浆帽密度和高度的计算模型,提出了一种维持控压钻井起钻过程井底压力恒定的泥浆帽密度和高度的设计方法,并以塔里木油田某井为例评价分析了泥浆帽密度和高度对井口回压控制的影响,并指出设计泥浆帽密度和高度时应综合考虑各种因素,在泥浆帽注入和驱替过程中实时控制井口压力,以维持井底压力恒定。      

控压欠平衡钻井井口回压控制技术

控压欠平衡钻井揭开储层后,随着揭开储层的厚度不断增加,进入井筒中的气体量会不断增多,容易引起井筒压力的失控,形成复杂事故。为此,采用气液两相流理论计算了气体在井筒不同深度处的含气率变化,通过改变边界条件,分析不同的进气量和井口回压对井筒含气率的影响;考虑井口回压抑制井筒环空的段塞流中气体膨胀,进而对井底压力产生一个增加值影响的情况下,得到控压钻井钻开储层期间恒进气量时的井口回压计算方法。结果表明：控压欠平衡钻井的井口回压对井口位置气体膨胀影响较大,施加的井口回压值应考虑井筒含气率变化引起的静液柱压力的变化;为保持井底进气量一定,揭开储层厚度越大,需要施加的井口回压就越大;而揭开储层厚度达到一定值后,井口回压趋于稳定。该井口压力控制方法得到现场应用的验证,能够对控压欠平衡钻井井筒压力控制提供理论支撑。     

控压钻井气侵后井口回压的影响因素分析

控压钻井过程中,实时控制井底压力主要靠调节和控制井口回压。通过分析控压钻井中的瞬变过程,建立了各过程中的多相流计算模型,并利用有限差分法对模型进行了求解。通过仿真算例分析了采取控压钻井时井口回压随时间的变化规律,讨论了返出钻井液增量、气相渗透率、排量、钻井液密度、初始井底压差、井深和黏度等对井口回压的影响规律。结果表明:返出钻井液增量越大,井口施加的回压也越大;在返出钻井液增量一定的条件下,气相渗透率、排量、钻井液密度、初始井底压差、井深和黏度对井口回压均有影响,气相渗透率越大、排量越小、钻井液密度越小、初始井底压差越大、井越深、钻井液黏度越小,气体到达井口时需要施加的回压峰值也越大。      

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。     

井底恒压控压钻井井口回压分析研究

针对目前钻井中遇到的窄密度安全窗口日趋频繁的问题,基于井底恒压控压钻井技术工艺技术原理,以通用圆管流量方程和稳态波动压力理论为基础,精确计算了赫-巴流变模式下的系统环空循环压耗及波动压力,将钻井过程划分为若干工况,综合流型+过程+工况的组合模式得到井口回压计算模型。结合实例对回压计算模型进行验证,验证结果表明,用该模型计算的井口回压与实际值相差很小,能够满足工程精度要求。用该模型进一步分析了不同工况下井口回压与排量、钻井液密度、起下钻速度以及起下钻时间的关系,分析结果对控压钻井的安全实施具有重要的参考意义。     

基于三级反馈调节的控压钻井回压自动调控方法

井口压力的自动调节与反馈控制是控制压力钻井技术(MPD)得以成功应用的根本。现有的井口回压控制方法较少考虑节流阀系统结构特征及流通特性,存在控制响应慢,控制效果差的问题。针对井口回压控制上述问题进行研究,基于节流阀的工作特性、电液比例控制原理、反馈控制方法,提出了一种井口压力三级反馈控制方法,实现了一级开度曲线双向反馈控制,二级井口回压快速粗调,三级井口回压精细反馈控制。制定了该三级反馈控制方法的详细实现流程,开发了井口回压控制模块,通过实验验证了控制方法的响应时间和精度,井口回压控制精度误差在±0.1 MPa以内,新的井口回压精细控制方法为井筒压力的精细控制奠定基础。     

国产精细控压钻井技术与装备的研发及应用效果评价

为有效解决窄密度窗口钻井难题,提高钻井效率,降低钻井成本,国内自主研制开发了一套精细控压钻井装备,实现了准确控制井眼环空压力的目的。该装备主要包括自动节流管汇系统、回压泵系统以及远程自动控制中心,可提供保持接单根、启停泵、钻井液密度变化以及钻柱运动时井底压力恒定所需的额外流量和回压补偿。通过在川渝及塔里木地区开展近、欠平衡控压钻井工艺应用表明:欠平衡控压钻井可控制井底压力低于地层孔隙压力,允许气体按照一种可控的速度从地层流出,从而有利保护和发现储层,是一种有发展潜力的可行技术。     

Ƿƽ���꾮��������ѭ��ϵͳ����

欠平衡钻井是开发低压低渗透储层和枯竭油气藏非常有效的钻井技术。它不但可将地层损害减小到最低程度，而且在钻井过程中有机会对储层进行评价和描述，在钻遇复杂地层中可防止漏失和地层压差卡钻，并能大幅度提高钻速。欠平衡钻井循环系统是一个多相流体流动的非稳定压力系统，它受注入流体气液比，储层流体二次充入，地面回压等因素控制。为此，分析了这个多相流循环系统设计中应考虑的一些主要问题。并通过井底压力模拟计算表明：循环系统在静压控制区工作时，气相注入速率的微小变化，将引起井底压力突变，该区为循环系统不稳定区，欠平衡钻井操作应避免在该区工作而引起井眼失稳和过平衡压力。循环系统在摩阻控制区工作时，对气相注入速率和地层流体进入系统，井底压力变化平缓，因此该区为循环系统稳定区，欠平衡钻井作业在该区能保证设计负压差值。但随着气相注入速率的增加，井底压力增加，此时应控制氮气注入速率，节约钻井成本。     

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.     

大26井欠平衡钻井后期出现井壁不稳定问题分析

大26井采用聚磺钻井液进行欠平衡钻井,前期钻井施工顺利,但在欠平衡施工完毕之后,出现了井壁持续掉块现象,不得不通井划眼,电测难以到底.本文通过分析得出,造成大26井井壁坍塌及其后的井下复杂情况的根本原因是起钻所需平衡压力与实钻井底水静压力之间存在压差.并且认为如果欠平衡钻进期间井下流体有显示,施工在控压状态下进行,则情况会好一些,因为控制回压实际上等于提高钻井液水静压力,对井壁稳定有利.跟踪几口实施欠平衡钻井的井得知,井下有显示、控制了回压、带压钻进的井没有出现井壁不稳定问题,完井后其它施工安全、顺利.     

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。     

深水动态压井钻井井筒压力模拟

动态压井钻井技术可有效解决深水表层钻井过程中出现的溢流或井漏、井塌等井下复杂事故。为研究深水表层动态压井钻井过程中的压力变化特征,结合动态压井钻井基本原理,建立了动态压井钻井井筒物理模型,通过设定海水和加重钻井液的初始排量、排量随时间的变化率,推导出了变排量、变密度模式下的动态压井钻井井筒压力数学模型。根据墨西哥湾深水钻井实例数据,计算分析了动态压井钻井过程中环空密度、环空压力、环空压耗以及井底压力随时间的变化关系。结果表明,动态压井钻井技术的关键在于通过实时调整海水排量、加重钻井液排量控制混浆密度,进而控制环空液柱压力,达到深水表层安全钻井的目的;机械钻速是影响井底压力的重要因素,机械钻速越大,由岩屑产生的附加密度越大,井底压力越大。     

钻井用井底负压发生器

在石油、天然气和地质钻井过程中,井筒内的钻井液压强造成的压持效应,极大地降低了钻进速度。针对现有以液体钻井液为循环介质的常规钻井技术,以减少钻头处的钻井液压持效应为目的,根据射流泵的工作原理,研制了一种能够降低井底钻井液压强的井底负压发生器。该井底负压发生器具有3个功能:将环空分为上部环形空间和井底环形空间两个压强区;井底环形空间压强低于上部环形空间压强,且流体从井底环形空间流向上部环形空间;有钻进功能。介绍了井底负压发生器的结构和使用方法。     

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。     

欠平衡钻井环空岩屑对井底负压的影响

对井下压力实测数据进行了分析,建立了环空岩屑影响井底压力增量的计算方法并编制计算软件,分析结果表明,环空岩屑对井底负压的影响很大。在4000~5000m的深井中,机械钻速高达10m/h时,环空岩屑引起的井底压力增量高达3~4MPa,甚至更高。因此,在深井井底负压值设计范围较小(0~2.5MPa)时进行井底负压控制,应该充分考虑环空岩屑对井底负压值的影响,针对不同情况采用不同的控制方法。该方法应用于大庆油田欠平衡设计计算和实钻,精确控制了井底负压,提高了大庆油田欠平衡钻井井底负压控制水平。