井下循环温度及其影响因素的数值模拟研究

井下循环温度不但直接影响钻井液的流变性、密度及化学稳定性等,而且与井内压力平衡、循环压耗、套管和钻柱强度设计等有关,因此准确确定钻井作业时井内循环温度的分布和变化规律对钻井循环压耗、井控和安全快速钻进具有极其重要的意义。根据能量守恒原理,针对井筒内热量传递的特点,建立了钻井循环时井内温度的数学模型,并用有限体积法对该模型进行了求解,最后用实测的井筒温度对模型预测结果进行了验证。同时对影响井下循环温度的参数进行了敏感性分析,分析结果表明,钻井液和地层的热物性参数以及钻井液入口温度、循环流量等因素对井内温度分布有较大影响,掌握这些参数值对准确预测井内温度分布至关重要。     

�꾮�����о��������봫�ȵ������ֵ����

钻井作业必须伴随着钻井液在井内的流动及钻井液与井眼周围地层的热交换。钻井液在井内的流动及井内温度分布影响井下压力平衡、井壁稳定等方面的重要因素,深入研究钻井过程中井下流动和传热的规律对钻井作业安全、快速地进行具有极其重要的意义。文章针对目前研究存在的不足,建立了钻井过程中井内流动和传热的耦合数学模型,并用现场试验数据对数值模拟结果进行了验证。     

钻井循环过程中井内瞬态温度预测模型

井内温度直接影响钻井液密度和井内压力。随钻井深度的增加,有必要对温度参数进行研究。考虑钻柱内和环空内流体与地层之间的热交换,建立井下循环温度物理模型,再根据能量守恒原理,利用半瞬态传热近似解法,推导出钻井液循环期间,钻柱内和环空内液瞬态温度预测模型。结合实例井参数,利用VB语言编写程序计算知,钻井液最高循环温度约出现在井底上方环空的1/8井深处,且基于该温度模型计算得到的YB井和MS1井井底当量静态密度（ESD）值分别为1.645g/cm3和1.918g/cm3,与现场测得数据吻合良好,说明该温度模型可用于预测井内瞬态温度。     

深水高温高压井钻井液当量循环密度预测模型及应用

深水高温高压井具有井筒温度场变化复杂、钻井液物性变化大等特点,导致钻井液当量循环密度(ECD)难以准确预测。为此,根据南海某研究区深水高温高压井钻井资料,通过PVT测量仪和旋转黏度计研究了深水水基钻井液当量静态密度、流变参数与温度、压力之间的响应特征,并根据实验数据拟合经验模型参数,同时考虑温度和压力对钻井液物性参数的影响、海底增压对井筒流场与温度场的影响,对深水高温高压井ECD计算模型进行完善。研究表明:高温高压环境对水基钻井液物性有较大影响,海底增压泵排量越高,井筒内ECD越高。利用模型对南海ST362-1d井进行实例计算,ECD模型预测值与实测值平均误差仅为0.249%。该研究结果对深水高温高压井水力参数优化设计及井筒压力控制具有一定的参考价值。     

深水钻井隔水管增压管线对井筒温度的影响

深水钻井中,井筒和地层温度分布对流体性质和压力控制具有重要的影响,为了研究其影响情况,考虑了深水钻井过程中增压管线流体进入井筒引起的变质量流动,基于质量和能量守恒原理,建立了井筒和地层不同区域的瞬态传热数学模型,并分析了增压管线排量和入口温度对井筒温度场的影响规律。研究结果表明:增压管线排量和入口温度仅对海水段的环空温度影响较大,且随着排量和入口温度的升高,海水段环空温度随之增加;随着距井口距离的减小,增压管线排量对环空温度的影响逐渐增大,而入口温度对环空温度的影响逐渐减小;由于钻柱和环空内流体流动方向相反,增压管线排量和入口温度对整个钻柱内流体温度的影响较大,且随着排量和入口温度的升高,钻柱内流体温度随之升高。研究结果可为深水钻井过程中井筒温度场的预测提供理论参考。     

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。     

�����꾮�����о��ڲ��ȶ��������ֳ������о�

气体钻井过程中钻进参数的改变将引起井内气体的不稳定流动，这种现象在用气体钻井方式打开产层时尤为明显，这些情况用常规气体钻井稳定流动理论不能准确模拟。通过对井内气体不稳定流动的分析，还可以实现钻井过程中的动态地层评价，因此，井内气体不稳定流动也是欠平衡钻井随钻试井理论的重要组成部分。基于可压缩流体不稳定流动理论，文章建立了气体钻井过程中井内瞬态流动的数学模型并提出了模型的数值解法。针对井内水动力体系的复杂特点，文章讨论了定解条件的确定方法。最后将模型应用于伊朗TBK-14井，对开启压风机和增大压风机排量两种情况进行了分析，与现场试验对比表明，数值模拟结果与井内的实际情况一致。     

最大允许溢流量的计算

钻井施工中,由于对地层压力预测不够准确,所用钻井液密度可能小于异常高压地层的压力当量钻井液密度,因此,发生溢流就不可避免。发生溢流关井后,当井内压力达到平衡时有一井口关井套压,它的大小反应了环空静液柱压力与地层压力之欠平衡量。当井口套压超过防喷设备、套     

深水超深井钻井井筒温度剖面预测

在深水海域进行超深井钻井时,钻井液温度变化幅度较大,温度剖面的准确预测对于深水超深井的安全钻进至关重要。为了准确预测深水超深井钻井温度剖面,为深水超深井钻井设计提供借鉴,通过能量守恒原理建立了钻井温度剖面的计算模型,考虑不同井段的传热方式不同,将井身结构分为海水段、套管段、裸眼段进行分析,并通过数值法求解。通过实例计算对影响温度剖面的因素进行了分析。结果表明,钻井液循环300 min后,钻井液温度剖面趋于稳定;钻井液在整个循环过程中,温度差可达150 ℃;排量对井壁温度的影响较小,对井底钻井液温度的影响较大,且排量越大,井底温度越高;由于目的层较深,入口温度对于井底温度的影响较小。研究结果可为我国深水超深井安全钻井提供参考。     

深水高温高压气井钻井循环温度压力耦合计算与分析

深水高温高压气井钻井过程中,井筒大温差、大压差效应会使钻井液性能发生较大改变,进而影响井筒流动参数和钻井施工安全,因此准确模拟井筒温压场对确保深水高温高压井安全钻进至关重要。根据深水钻井工艺和高温高压地层的特点,充分考虑了井筒温压场和钻井液性能相互影响,结合增压管线流体进入隔水管环空引起的传热和传质,建立了适用于深水高温高压气井钻井的井筒瞬态温度压力耦合计算模型,提出了相应的迭代求解算法,并通过实例计算,进行了参数敏感性分析。研究结果表明：本文模型计算值与现场实测数据基本吻合,验证了模型的正确性;隔水管增压管线排量会使环空温度显著降低,进而影响整个井筒温度,因此不可忽略增压排量的影响;钻井液性能受井筒温度和压力影响较明显,在计算过程中忽略温度,压力和钻井液性能之间的耦合作用会产生较大误差。本文研究成果可为深水高温高压气井钻井过程中井筒温压场预测及水力参数设计提供理论指导。     

温度及渗流对疏松砂岩储层钻井液密度窗口的影响规律研究

在井壁稳定分析中,将疏松砂岩储层作为孔隙介质,依据孔隙热弹性小变形应力叠加原理,建立温度及井壁渗流等多种因素影响下,疏松砂岩储层井眼周围有效应力计算模式,结合井壁岩石破坏准则,给出了地层坍塌压力、破裂压力计算模式,研究了温度变化和井壁渗流等因素对安全钻井液密度窗口的影响规律,为确定疏松砂岩地层的安全钻井液密度窗口提供理论依据.研究结果表明,随着地层渗透性增大,地层破裂压力降低,坍塌压力升高,安全钻井液密度范围变小;井壁温度降低,地层坍塌压力和破裂压力同时降低,安全钻井液密度范围变窄;井壁温度升高,地层破裂压力和坍塌压力同时升高,安全钻井液密度范围变宽.但在温度降低及井壁渗流综合影响下,地层承压能力大幅下降,地层坍塌压力也降低,为了保证钻井安全,应适当降低钻井液密度.     

张海39-39Z分支井钻井液技术

张海39-39Z分支井是大港油田第一口真正意上的四级分支井。根据该地区地层特性,综合考虑该井的井身结构、工艺特点、分支井眼工序复杂、保护油气层以及环境保护对钻井液的要求等,结合以往该地区钻井所用钻井液体系应用效果及其现场技术,张海39-39Z分支井在主井眼一开浅地层采用膨润土-聚合物钻井液钻进,二开明化镇组采用聚合物钻井液、进入馆陶组转化为硅基防塌钻井液钻进,主井眼三开及分支井眼均采用有机盐钻井液钻进,较好地满足了分支井不同阶段钻井与其它作业施工要求,钻井液性能稳定,效果明显。该井以合理的流变性能解决了井眼净化问题,以控制合理的有机盐含量和膨润土含量保证了钻井液抑制性、稳定性问题,运用合理的钻井液密度等解决了井壁稳定问题,为今后采用常规钻井液体系及其现场技术完成类似分支井作业提供了借鉴意义。      

保护油气层的防塌钻井液技术研究

保持井眼稳定和保护油气层不受损害涉及较多的工程环节,存在诸多影响因素,钻井液则是系统工程中的一个重要环节.钻井液是打开油气层的第一种工作液,其性能好坏不仅影响钻井施工的正常进行,而且直接影响油气层保护和油气产量.钻井液密度是钻井液的重要性能指标,直接关系到钻井压差的高低.如果按照钻井压差的大小则可把钻井液技术分为两大类,即正压差钻井液技术和负压差钻井液技术.从油气层保护的角度,分析了钻井液密度与井眼稳定和油气层保护的辩证关系,以及钻井液对油气层的损害机理和相应的保护措施,提出了多元协同防塌新原理,即在处理井眼不稳定现象时,除了要考虑钻井液的因素外,还要综合考虑地质、工程、水力学等方面的因素.重点介绍了目前国内外防塌与保护油气层的稀硅酸盐钻井液、有机盐钻井液、聚合醇(又称多元醇)钻井液和合成基钻井液等代表性钻井液新技术.     

深水浅层钻井液水合物抑制性能优化

深水浅层地质条件复杂,土质疏松、作业压力窗口窄、海底泥线温度低、井筒内易生成水合物,钻井液面临着井壁稳定、低温流变性调控难度大以及环境污染等问题,钻井安全作业风险高。为此,以南海某深水井浅层钻井为研究对象,总结分析了深水浅层钻井液应用现状,建立了深水浅层钻进ECD计算模型和井筒温度场计算模型,分析了深水浅层钻井期间的井筒温度场分布规律和水合物生成风险,结合数值模拟和室内实验,进行了浅层钻井液体系水合物抑制性能优化。研究结果表明,建立的深水浅层钻进ECD计算模型和井筒温度场计算模型,与实测数据对比模型计算平均误差小于8%;计算得出深水浅层钻进期间井筒水合物生成区域范围随着钻井深度的增加逐渐减小,但钻进准备期间及钻进初期,井筒内仍存在水合物生成风险;常规半防钻井液体系优化为HEM+14%NaCl+6%KCl,可满足正常钻进期间作业需求。结论认为:通过深水浅层钻井液体系优化,可以减少钻井液体系中水合物抑制剂的加入,简化钻井液配方,降低钻井成本,提高作业效率,为深水油气钻探钻井液设计提供指导。      

地层水侵入对超临界CO2钻井井筒温度和压力的影响

为了研究sC-CO<,2>(超临界CO<,2>)连续油管钻井过程中地层水侵入对井筒温度和压力的影响,在综合考虑CO<,2>流体的黏度、密度、导热系数、热容、焦耳-汤姆逊系数等参数影响的基础上,建立了SC-CO<,2>连续油管钻井地层水侵入井筒流动模型,并采用各参数相互耦合的方法对井筒温度和压力分布进行了计算.结果表明,...     

����ʯī���꾮Һ�е�Ӧ���о�

章首先介绍了弹性石墨无毒，无味，性能稳定的特点。并介绍了将弹性石墨作为固体润滑剂应用于水基钻井液所进行的系列实验研究，包括弹性石墨对钻井液滤失性及流变性的影响，对钻井液润滑性能的改善等，以及通过对不同加量下的弹性石墨对钻井液性能的改善效果确定其合理加量。研究结果表明，弹性石墨与实验用水基钻井液相容性良好，地流变性影响很小，具有降低钻井液滤失量的作用，并且能明显地改善钻井液润滑性能，是抗温性能优良的钻井液润滑剂；在钻井液中加入0．3％弹性石墨后，在150℃高温条件下老化16h后，可以将钻井液的润滑系数降低30．4％，滤饼粘滞系数降低30．1％。     

�õ�⾮���¶ȹ���ԭʼ���µķ����о�

文章首先在钻井液循环停止时井眼温度物理模型的基础上建立了数学模型，并用拉普拉斯变换法求得了热传导方程的解；然后，根据热传导方程的解建立了通过非线性反演法用电测的井眼温度来估算原始地温的数值方法；最后对地温估算模型进行了敏感性分析并研究了电测井眼温度对原始地温估算准确性的影响。建立的原始地温估算法不仅可以估算原始地层温度，而且还可估算：①钻井液循环停止时的钻井液温度；②热扰动半径；③垂直于井眼的地层热导率；④钻井液循环停止后加热井眼内钻井液的效率系数。使用该方法所需参数，一个是钻井液循环停止后测得的随时间变化的井眼温度，要求至少有两个以上的测量温度；另一个是循环停止时的地面钻井液温度。计算结果表明：在任何情况下都能准确估算原始地层温度和钻井液循环停止时的钻井液温度，而热扰动半径、热导率与钻井效率系数能粗略估计。     

΢�����꾮�����������е�Ӧ��

本文从防止井喷的基本要求出发，研究了监测、预报井喷的早期显示和防止井喷的措施。阐述了将研制的重点放在检测钻井液循环罐的液位变化和对气侵钻井液中气体含量的检测以及自动向井筒内定量补灌钻井液上的原因。介绍了整个井控监测报警系统是根据自动控制原理，引入微型单片机技术，在钻井液量的检测上预先设定井涌、井漏报警量、避免了检测过程中误报警的频繁发生；在实施井控近平衡作业上预先设定立柱数和灌注量，解决了自动和定     

产能预测及试井设计参数优选方法

以科学编制试油地质设计、取全取准试油资料为目的，统计整理了1990年以来的探井资料600多层30余种数据。根据大庆探区已有的岩心及井壁取心、钻井液、钻时、测井、试油等技术所取得的参数及试井软件解释得到的地层参数之间的相关性，建立了产能预测、试井设计参数优选动态方法及图版，能够准确预测油气井产能、合理制定油气井工作制度。通过现场应用，取得较好效果。     

甲酸盐钻井液体系在大庆开发井的推广应用

通过对甲酸盐保护储层的研究和钻井液处理剂的评价，研制出了适合大庆开发井应用的甲酸盐钻井液配方，并对该配方保护储层的能力进行了评价。甲酸盐是一种有机酸的羧酸盐，在水溶液中以Na^＋（K^＋、Cs^＋）和HCOO^-的离子存在，除了具有Na^＋、K^＋的作用外，还具有HCOO^-的独特作用。经现场应用表明，甲酸盐钻井液是一种抑制性强、稳定井壁效果好，有利于储层保护的体系；甲酸盐钻井液能够满足3200m以内勘探、开发钻井的需要，并能满足各种尺寸井眼的钻井作业要求。