欠平衡连续油管钻井中螺旋管段气液两相流摩阻压降特性研究

针对欠平衡连续油管钻井中螺旋管段气液两相流摩阻难以计算的问题,采用数值模拟方法,研究了气液两相流在连续油管螺旋管段中的流动,揭示了两相流在螺旋管段的流动特性。对影响摩阻压降的相关因素进行了分析,计算了不同的充气量、采用不同密度和黏度的钻井液以及不同曲率时螺旋管段的摩阻压降。结果表明：充气量越大,螺旋管段摩阻压降越大;钻井液的密度和黏度越大,螺旋管段摩阻压降越大;螺旋管段的曲率比越大,螺旋管段摩阻压降越大。该研究对于指导欠平衡连续油管钻井作业时选择充气量、钻井液和滚筒,计算水力参数和泵压具有重要的参考意义。     

钻柱偏心旋转对环空摩阻压降影响的数值模拟研究

准确预测钻柱偏心旋转工况下的环空摩阻压降是复杂结构井控压钻井的重要理论基础,但常规钻井液环空摩阻压降计算方法无法直接计算复杂结构井的环空摩阻压降。为此,应用数值模拟方法,分析了偏心度（0～67.42%）和钻柱转速(0～114.65 r/min)对典型环空（Ф127.0 mm钻杆和Ф215.9 mm井眼）中摩阻压降梯度的影响。分析结果表明：偏心度小于45.00%时,转速和偏心度对摩阻压降梯度影响较弱,摩阻压降梯度随转速增大略有降低,随偏心度增大而增大;偏心度大于45.00%时,低转速（<60 r/min）下摩阻压降梯度随偏心度增大而降低,高转速（≥60 r/min）下摩阻压降梯度随偏心度增大而略有增大。基于数值模拟结果,建立了偏心度分类的无因次偏心环空摩阻压降梯度预测模型,计算了南海某水平井Ф215.9 mm井段的ECD,并与PWD测试结果进行了对比,平均相对误差为0.45%,表明该模型具有较好的准确性。研究结果表明,无因次偏心旋转环空摩阻压降计算模型可以精细描述环空压力场和准确计算ECD,为控压钻井水力参数优化提供指导。     

连续管钻井系统压力损失实验研究

连续管钻井具有管径小、盘管流阻大、井下工具组合复杂等特点,借助相关实验研究可为连续管钻井过程中的系统压力损失计算、聚合物减阻效应、井下工具组合影响等提供实验解释。基于相似理论,确定了合适的实验系统几何参数和流动参数,开发了一套实验系统。实验台架除了包含传统实验的连续管段外,还组合了多个模拟常用井下工具。通过不同流体介质和不同弯曲半径连续管实验,得到连续管盘管段和直管段的流体摩阻、分析了连续管弯曲直径、不同聚合物添加剂以及井下工具组合的存在对连续管流体摩阻的影响。研究成果对连续管钻井现场作业有一定的指导意义。     

注水管柱压力场计算模型研究

通过直筒内单相流体理论,在给定摩阻系数τ的情况下,建立了流水管柱压力场数值计算模型;在未给定摩阻系数τ的情况下,通过注水管柱摩阻损失的相关计算以及与经典经验曲线的对比,得出了摩阻系数τ计算复杂且不易计算的同心注水管柱油管内、油套环空内的流体摩阻损失,以及由流体摩阻损失引起的注水管柱油管内、油套环空内压降的计算模型,为开发注水管柱力学分析仿真软件计算注水管柱油管内和油套环空内的压力奠定了理论基础。     

双层连续油管冲砂作业水力摩阻计算

在常规技术难以进行有效清砂的井筒作业中,双层连续油管具有明显的技术优势,但该类管柱的受力状态有别于普通连续油管。以冲砂作业为研究对象,结合流体力学推导出了双层连续油管作业的水力摩阻计算公式。计算表明,对长度为4 000m的60.3mm+31.8mm组合双层连续油管,排量相同时,螺旋段单位长度上的摩阻要略高于直管段的压降;排量对摩阻影响显著,例如排量由50L/min增加到150L/min,对应的摩阻压力降则增大6倍以上。通过与现场施工参数相比较,该公式计算结果与实际参数变化趋势吻合较好。为双层连续油管冲砂作业制定合理的参数提供了一定的理论借鉴。     

南海西江大位移井摩阻和扭矩数值分析研究

井下摩阻和扭矩,是影响大位移井设计与施工的2个关键因素。对三维井眼中管柱单元进行受力分析,建立了通用的井下摩阻和扭矩计算模型和算法,并开发出大位移井摩阻和扭矩的数值计算软件。该软件在南海西江大位移井钻井和下套管作业案例分析中得到成功应用,对井下摩阻和扭矩进行了数值模拟计算及预测分析,获得较好的结果,并可在今后的大位移井工程中推广应用。     

考虑表皮影响的底水油藏水平井流动分析

考虑变表皮系数的影响,建立了水平井井筒与底水油藏的耦合模型,可应用于非稳态和稳态流动阶段。给出了模型的求解方法,并编制了相应的计算机程序进行了实例计算。结果表明:底水油藏水平井非稳态流动阶段持续很短时间便进入稳态流动阶段;由于摩阻和加速度的影响,井筒内存在一定的压力降,与摩阻压降相比,加速度引起的压降较小;忽略井筒压降的井筒流量分布误差非稳态阶段比稳态阶段要大;表皮效应对井筒流量分布有一定的影响,随着表皮系数的增大可以使井筒流量分布更加均匀;表皮系数沿井筒变化时,井筒流量分布的均匀性比定表皮系数时差。      

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。     

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大位移井具有长水平位移,大井斜角以及长裸眼段的特点,大位移井钻井过程中摩阻扭矩的预测和控制是成功地钻成大位移井的关键因素之一。文章根据大位移井钻井的特点,忽略钻柱刚度的影响,考虑到实钻轨迹中井斜,方位的变化,采用空间斜平面假设,建立了适合大位移井的摩阻扭矩三维软杆计算模型,并编制了计算程序,建立的模型可用于计算大位移井各种工况下的摩阻和扭矩,实例计算表明,文中提出了的力学模型其理论计算结果与实测结果吻合程度较好,大钩载荷误差在15%以内,扭矩载荷误差基本上保持在20%以内。     

基于双曲模型微小井眼连续管环空流阻计算分析

国内对环空流阻的研究大多是针对常规井眼钻井,完全针对?89.0 mm微小井眼CT钻井的环空流阻计算的研究相对较少。鉴于此,以?89.0 mm微小井眼为例,基于不同的连续管管径、连续管井深、环空流速和偏心度等参数,采用数值模拟的方法,运用双曲模型对微小井眼连续管环空流阻进行计算分析,得出微小井眼连续管环空流速随连续管管径、井深、流速、偏心度的变化规律,从而实现对微小井眼连续管环空流阻与各个参数相互关系的定量描述。分析结果表明:连续管钻井过程中采用较小尺寸连续管、保证携岩下的较小流速可有效降低连续管环空流阻;通过现场试验与计算的对比分析,优选了满足地面额定泵压与携岩最小流速条件下的最佳流速范围。研究结果可为解决微小井眼连续管钻井流阻大的问题提供参考。