高温高压油井套管下放波动压力研究

波动压力是破坏井眼压力平衡系统导致井喷、井漏、井塌及其他复杂情况的重要原因,其预测及应用在钻井工程中占有重要地位。在固井作业下套管过程中,主要表现为激动压力,通过控制套管下放速度来控制激动压力,从而实现全过程平衡压力固井,不压漏低压层和保护薄弱地层。波动压力预测作为非常规套管柱设计的主要因素,在海洋高温高压钻井中显得尤为突出。尽管动态计算方法能较准确地计算井底波动压力,但是从安全角度来考虑,稳态法更适合实际工程计算。     

负压力窗口控压下套管井筒压力控制技术

负压力窗口油气井下套管时井筒内压力难以控制,容易引发溢流或漏失等复杂事故的问题。为此,以井筒内多密度梯度钻井液为基础,基于瞬态波动压力理论,建立了控压下套管过程中井筒内液柱结构及井筒压力计算模型;以中国石油重点探井乐探1井为例,模拟计算了下套管及钻井液循环过程中液柱结构的变化情况,给出了下套管过程中的钻井液循环方案,推荐了不同阶段的套管下入速度及井口控压值。结果表明：1）优化后的多密度梯度钻井液可实现负压力窗口地层起钻后的防漏压稳;2）套管下入不同深度时,通过循环不同密度的钻井液,可以实现钻井液循环过程中的防漏压稳;3）通过分段控制套管下入速度及环空回压,可以实现下套管过程中的防漏压稳。研究结果为负压力窗口地层控压下套管提供了理论依据。     

精细控压固井中的控压降密度方法

在油田开发中,为解决多压力系统和窄安全密度窗口裸眼段的地层钻进难题,多采用精细控压法的固井工艺技术。精细控压固井是一种在保证顶替效率的前提下,通过降低钻井液静液柱压力,利用精细控压钻井装备,实施井口精细控压,确保井筒动态压力介于地层孔隙压力与地层漏失压力之间,最终实现全过程压力平衡法固井。其中,如何确定下套管和固井施工期间的钻井液密度,以及控压降密度的方法显得尤为重要。文章为精细控压固井技术中如何确定下套管和固井施工期间的钻井液密度提出了技术措施,分析了控压降密度的两种方法的优缺点以及应用情况。证明通过计算尾管下送到位后一次性降密度的起泵排量及漏层动态当量密度(按照全井较高密度钻井液性能计算)来选择控压降密度方法是可行的。如果动态当量密度小于地层最大承压能力则采用一次性降密度的方法;如果一次性降密度方法循环动态当量密度大于地层最大承压能力,则采用分阶段降密度方法。通过现场两口井的应用表明,在精细控压固井前,一次性降密度和分阶段降密度的方法都能够顺利下入套管,并能成功控压降密度,不会引发井漏,有效保证精细控压固井成功实施,确保裸眼和重合段封固质量。     

基于四参数流变模式的套管下放速度分析

固井下套管作业中,井底压力平衡与波动压力的大小密切相关。套管下放速度是影响波动压力的主要因素,因此确定合理的套管下放速度,对安全固井具有重要的意义。基于下套管工况,以先进的四参数流变模式为基础,利用窄槽模型,根据井筒流体流动的连续性和相应的边界条件,得出窄槽模型下的环空流量,以此流量与常规模型下得到的流量相等为条件,建立套管最大安全下放速度计算模型。模型验证结果显示,该模型计算的套管安全下放速度与实例井套管下放速度误差在10% 以内,表明该计算模型具有一定的精度,可以为现场固井下套管作业提供参考。     

川渝地区窄安全密度窗口天然气深井固井新技术

川渝地区钻探作业中,长裸眼井段、多压力层系并存、安全密度窗口窄、井漏和溢流共存现象较为普遍,因而固井面临漏失低返、顶替效率低下以及固井后环空带压影响固井质量和井完整性等问题.通过应用精细控压固井新技术,准确掌握地层压力和漏失压力、精确计算固井下套管与泵注期间环空动当量密度,量化作业窗口区间值,使井筒静液柱压力与井口动态...     

固井前地层漏失压力动态测试方法

准确评价地层漏失压力是低漏失压力井固井防漏施工设计的前提,但目前对漏失压力评价仍缺乏有效的理论计算和现场试验方法,导致固井防漏设计与施工缺乏定量依据。基于宾汉流体在套管与环空内流动的流变学原理,提出通过逐步提高循环排量,增加作用于目标层的动液柱压力实现地层漏失压力测试的方法。该方法根据实时循环立压,结合环空和套管的几何特征关系,可定量计算目标层动液柱压力;结合实时监控进出口钻井液排量,在发生微漏时停止测试,此时对应的动液柱压力即为地层漏失压力,或测试至满足固井防漏需要时停止。现场应用结果表明,该方法便于现场快速测定地层承压能力,为防漏固井设计优化与施工方案调整提供了数据支撑。     

套管下入激动压力计算模型及影响因素分析

套管下放产生激动压力可能会压漏薄弱地层,造成井下复杂.基于此问题,根据平板层流模型,建立一种适应于现场的激动压力计算模型.采用数值计算求解,分析钻井液性能、环空间隙、套管下深对激动压力的影响,结果表明,钻井液流变性和胶凝结构同激动压力密切相关,套管进入裸眼段前循环钻井液能减弱钻井液触变性,有利于降低激动压力;环空间隙越小激动压力越大;在上层套管内下套管也应控制下放速度,对窄安全密度窗口井而言可能因猛下套管造成井漏.     

页岩气水平井套管偏心条件下注水泥全过程压力动态预测

某油田二叠系山西组页岩气水平井注水泥过程中易出现漏失和溢流等复杂问题,严重影响固井质量,现有套管居中条件下井筒压力计算方法难以满足井筒压力精确计算要求。亟需建立一套考虑实际井下工况的注水泥全过程井筒压力计算模型来准确预测、实时评价井筒压力分布特征,以确保固井安全与提高固井质量。考虑套管偏心工况下注水泥过程中多种流体注入对井筒静压和循环摩阻的影响,引入偏心环空摩阻压降修正系数,建立了考虑套管偏心条件下注水泥环空流动计算模型,结合计算A井套管偏心数据,分析了套管偏心对环空压力的影响。结果表明,套管偏心条件下环空摩阻压降比同心环空降低了22.7%～33.42%,套管偏心条件下压力计算模型的预测值与实际泵压吻合度高,计算误差在1.37%以内,采用该计算方法确保了注水泥施工过程中的压稳不漏原则。验证了建立的注水泥全过程压力预测模型与计算方法的准确性,成果对低压易漏地层固井施工具有重要指导意义,避免了井下复杂情况发生,确保固井施工安全。     

呼探1井?139.7 mm尾管精细动态控压固井技术

呼探1井?139.7 mm尾管固井时封固段长、井底温度高,导致存在漏失与溢流风险大、对水泥浆性能要求高及水泥浆稠化时间不易控制等技术难点。为解决上述技术难点,在该井?139.7 mm尾管固井段进行了精细动态控压固井技术试验。通过优化水泥浆配方、精细设计浆柱和优化设计套管扶正器安放位置,制定确保井筒动态压力介于地层孔隙压力与漏失压力之间等的技术措施,利用精细控压钻井装备,实现了控压下尾管、注水泥和水泥浆候凝,最终实现了全过程精细动态控压固井,该井?139.7 mm尾管固井质量合格。呼探1井?139.7 mm尾管精细控压固井成功,表明精细控压固井能够提高超深井长封固段窄安全密度窗口地层的固井质量,可为准噶尔盆地南缘深层油气勘探提供技术保障。      

窄压力窗口井段精细控压压力平衡法固井设计方法与应用

四川盆地复杂深井、超深井钻进受套管层序的限制,同一裸眼井段通常钻遇多个压力系统,纵向地层出现窄安全密度窗口,虽然钻井常采用控压钻井(MPD)技术保证了安全有效钻进,但也给下部小间隙尾管固井带来了巨大的挑战,因而开展既能满足四川盆地小间隙尾管固井质量又能保证窄度安全密度窗口地层固井安全的固井工艺技术研究具有重要的现实意义。为此,在借鉴控压钻井成功应用的基础上,提出了精细控压平衡压力法固井技术:在注水泥设计时将环空流体静液柱压力设计为欠平衡(略低于地层孔隙压力),然后利用精细控压钻井装置MPD在井口节流产生回压或施加井口补偿压力,使注水泥过程通过井口压力和流体在环空的流动摩阻达到平衡孔隙压力,注水泥结束后环空继续施加一定的补偿压力,防止静压不足与水泥浆失重造成候凝期间环空窜流。四川盆地某探井(超深井)应用该技术后,全井段固井水泥胶结合格率为97%,胶结质量优的井段为76%。结论认为,该技术无需增加其他设备,仅借助控压钻井的设备就能实现高顶替效率下的固井施工安全和固井质量提升。     

窄安全密度窗口地层控压下尾管技术研究及应用

在窄安全密度窗口地层下套管过程中,套管柱在井眼中运动产生的波动压力极易诱发井下复杂情况。为保障窄安全密度窗口条件下下套管作业的安全,文章建立了偏心环空下套管瞬态波动压力计算模型,并基于井筒压力平衡关系建立了尾管下入与钻杆送入过程中井筒压力预测与控制模型,分析了作业中井底压力瞬态波动的主要影响因素,开展了现场控压下套管案例研究。研究结果表明,套管下入速度、套管偏心度、钻井液流变参数是影响井底压力波动的主要因素。环空瞬态波动压力随着环空流体流变参数(屈服值、稠度系数、流性指数)、套管下入速度的增大而增大,随着偏心度的增加而减小。并在DB-X井开展了现场试验,建立了控压下套管井筒压力控制图版,计算结果显示当尾管送入速度控制在0.16～0.20 m/s时能有效保障井底安全,该数据指导了本井的现场施工,有效防止了下套管过程中井下复杂的发生。文章的研究结果为下套管速度优化、井底压力控制提供了新思路,对降低窄安全密度窗口地层中下套管施工风险和提高固井质量具有重要意义。     

长庆储气库长水平段注采井钻完井实践

长庆储气库水平注采井,水平段最长达到1 819 m,地层压力系数约为0.72,且低孔低渗,给储气库钻完井带来了较大的技术难度。本文通过对长庆地区钻完井技术的井身结构、固井质量、地层承压能力和套管密封等分析和设计,完成了试验1H和2H井的钻探。实践表明,长庆储气库长水平段注采井应优选四开大尺寸井身结构,采用可酸溶的屏蔽暂堵钻井液可满足长水平段钻井需要,储层漏失压力可满足常规分级固井工艺要求,采用先进的成像测井技术IBC检测固井质量,结果表明固井质量满足设计要求。通过油套管管柱的气密性检测技术,提高了井筒的完整性。     

基于立压套压的气侵速度及气侵高度判断方法

为防止钻井井喷失控,针对钻井气侵情况,从井涌及压井过程中井筒溢流特性出发,建立了气液两相流气侵计算模型,给出了不同时期的初边值条件,采用有限差分法求解。模拟结果表明,钻进期间立管压力与气侵速度和气侵高度呈一一对应关系,常规压井期间套管压力与气侵速度和气侵高度呈一一对应关系。基于以上原理提出了钻进期间立管压力法和压井期间套管压力法,利用相关系数判断钻进及压井期间不同时刻的气侵速度及气侵高度。并开发了计算机自动判断气侵速度及运移高度系统,为气侵参数的判断提供了理论依据。TE21 文献标识码: A     

控压套管钻井的固井技术

套管控压钻井就是在不停注、不影响当前注采压力的前提下,实现安全环保完钻,保证油田整体开采效果.套管控压钻井受注采影响较大,实钻中注采井不停导致地层压力呈动态变化,因此需要实时调控钻井液密度,固井及候凝过程需要考虑井眼的静态和井下动态压力变化.本文讨论大庆油田套管控压钻井实践中的固井方案,形成套管控压钻井的固井技术.     

阿姆河右岸B区块巨厚盐膏层固井技术

土库曼斯坦阿姆河右岸B区块上侏罗统启莫里阶组地层分布有900～1200m巨厚盐膏层,在钻井和开发初期发生了盐膏层段井径变化大、盐岩的塑性流动、挤毁套管等复杂情况,给钻井和固井施工带来了严重的威胁。在分析盐膏层特点和固井难点的基础上,采用了以下针对巨厚盐膏层的固井工艺技术:①优化套管强度;②检测和控制盐膏层蠕变速度,采用欠饱和盐水水泥浆体系,提高套管的居中度以及根据上层339.7mm套管鞋处地层承压情况,结合环空液柱组合优化注水泥施工参数,在井下不漏失的情况下实现大排量顶替,从而提高顶替效率。以San-21井的巨厚盐膏层固井施工为例,第一级固井采用抗盐两凝欠饱和盐水水泥浆体系;缓凝水泥浆密度设计为1.94g/cm3,封固井段为2267～2800m,快干水泥浆密度设计为1.97g/cm3,封固井段为2800～3614.92m;盐膏层厚1138m,固井质量优良。     

超低密度水泥浆固井技术的应用——以百泉1井为例

在对压力系数低、易漏地层,特别是裂缝型地层的固井作业中,采用常规密度的水泥浆进行固井极易引起井漏,造成固井失败或质量不合格。为此,根据准噶尔盆地西部隆起克百断裂带百口泉鼻隆构造上的百泉1井钻井复杂情况和地层情况,采用了2种超低密度水泥浆柱结构,以确保固井时上部防漏下部压稳,该井固井过程中无漏失,测井结果表明,低密度水泥浆固井质量合格。结论认为：①在压力系数低和有易漏地层存在的情况下,从固井设计到施工都应采用以“高效顶替、整体压力平衡”为核心的平衡压力固井工艺技术,控制环空形成的动液柱压力约大于地层压力和小于地层破裂压力;②正确选用和合理搭配固井施工压力、水泥浆密度和施工排量这3个参数,分析前期技术难点并制订合理的应对措施是保证固井成功的关键;③由于采用了超低密度水泥浆,降低了环空液柱压力与地层压力之间的正压差,减小了水泥浆的失水量,有利于保护油气层。     

深水钻井司钻法压井过程中立管压力和地层受力变化规律

深水钻井地层破裂压力低、钻井液密度窗口窄,溢流时采用司钻法压井,往往未控制溢流却又诱发井漏事故。因此采用深水司钻法压井时地层受力显得尤为重要。考虑节流管汇影响,利用流体动力学,建立了深水钻井司钻法压井立管压力和地层受力计算模型,分析了深水司钻法压井中立管压力和地层压力变化规律,给出了司钻法压井过程中累计泵入长度对应的立管压力、套压、地层受力变化曲线,结合地层破裂压力极限值,确定压井过程中最优压井排量。对于压井排量和钻具组合相同的情况,司钻法压井时,套管鞋越深,套管鞋处地层受力越大;深度大的套管鞋位置出现最大压力时间要早于深度小的套管鞋位置;当天然气柱顶部达到井深某处时,某处地层受力最大;当天然气柱顶部达到井口时,套管压力最大,并且地层受力最大值总是早于套管压力最大值。     

准噶尔盆地南缘超深井天X井尾管精细控压固井技术

天X井是准噶尔盆地南缘冲断带霍玛吐背斜带安集海背斜的一口集团公司风险探井。该井六开Ф139.7 mm尾管固井地层高低压并存、裸眼段长、环空间隙小，同时目的层砂岩段孔隙发育地层油气活跃，钻进期间多次发生漏失，地层压力窗口仅有0.02 g/cm³，井筒压力无法动态平衡，容易出现下套管及固井期间溢流、井漏等复杂情况，固井质量无法保障。为了解决该井固井施工难题，尝试实践了精细控压固井技术，通过与精细控压装备配合，进行下套管、固井各阶段井口压力控制，保证漏点、溢点在安全密度窗口范围内，实现井筒内压力平衡的目的。该井固井采取精细控压一次上返的尾管固井工艺，制定针对性的固井技术措施，最终顺利完成了天X井固井施工，经IBC测井解释，封固段合格率为100%，降密度后喇叭口正常不窜气。该技术为南缘区块窄密度窗口井固井施工提供了宝贵的经验及借鉴意义。     

欠平衡钻井泡沫水泥浆静液柱压力分析

泡沫水泥固井是欠平衡钻井配套应用的主要技术之一。要想保证全过程的欠平衡状态,在固井时推荐使用泡沫水泥,而且,泡沫水泥浆在气体钻井、易漏地层钻井中得到了广泛的运用。泡沫水泥的静液柱压力是使用该水泥的关键参数,文章讨论了泡沫质量以及温度、压力对泡沫水泥浆密度的影响,推导出了泡沫水泥浆静液柱压力计算公式,利用该式可以方便地估算泡沫水泥固井时的静液柱压力,最后对计算结果进行了简要的分析。     

深层页岩欠平衡钻井气液固三相瞬态流动传热模型研究

井底压力的准确预测和有效控制是深层页岩欠平衡钻井作业的关键，但岩屑及环空流体与周围环境之间的对流换热对传统井底压力计算模型精度的影响较大。为此，建立了瞬态非等温井筒气液固三相流动模型，根据连续性方程和动量守恒方程，计算了流体速度、相体积分数和压力，并求解了不同径向层的能量守恒方程，得到了整个井筒–地层系统的温度分布，并采用迭代法，耦合求解了深度和径向方向上的温度、压力和流体性质；模型计算结果与欠平衡钻井作业的现场数据之间误差小于5.0%，验证了该模型的准确性与可靠性。基于所建立的模型，对比分析了考虑和不考虑岩屑存在及对流换热效应时预测的压力和温度差异，分析了欠平衡压差、机械钻速、地温梯度等因素对井筒压力和温度分布的影响规律。深层页岩欠平衡钻井气液固三相瞬态流动传热模型为控压钻井、欠平衡钻井在深层页岩油气中的高效应用提供了理论支撑。