水平井岩屑体积平衡计算方法研究与应用

水平井的水平段由于岩屑重力效应及钻具偏心严重,产生的岩屑或掉块极易滞留环空,导致井眼清洁不良和井壁失稳问题,严重影响井下安全。为了实现水平井施工现场井眼清洁定量化监测与分析,设计了一种井场岩屑流量测量装置,研究水平井岩屑体积平衡计算方法,建立水平井岩屑体积平衡分析流程,实现水平井钻进过程岩屑体积随钻跟踪。现场应用表明,利用水平井岩屑体积平衡计算方法可以帮助定量评价井眼清洁异常情况,通过施工优化,提高井眼清洁程度,降低卡钻风险。     

国内外水平井井眼清洁监测技术现状及发展建议

实时监测井眼清洁状况,对保证水平井安全及高效钻进至关重要。目前成熟的井眼清洁监测技术被国外公司掌控,制约了我国水平井钻井技术的发展,故加快国内井眼清洁监测技术的研究势在必行。鉴于此,在进行大量文献及资料调研的基础上,首先介绍了国内外现有井眼清洁监测技术的原理及特点,包括ECD监测摩阻、扭矩及钩载监测、返出岩屑体积监测、气体钻井监测、岩屑形状及PSD等其他监测技术;其次从模型、软件、装置及新技术4个方面对比分析了国内外井眼清洁监测技术;最后针对该技术的发展方向给出建议:对现有的岩屑运移规律模型进行修正与优化,提高模型与实际情况的符合程度与计算精度;进行井眼清洁分析软件的编制与优化,使其具有适用范围广和准确度高等特点;进行岩屑返出测量装置的研制与改进,提高返出岩屑称量与井下岩屑残余量计算的准确度;加快利用成像仪和光谱仪测量返出岩屑粒径分布及形态、利用冲击力传感器测量返出岩屑体积等新技术的研究。     

基于井下多点压力测量和数据驱动的实时井眼清洁监测新方法

在长水平井和大位移井施工中，井眼清洁不充分会导致一系列的钻井问题。传统井眼清洁分析单纯依赖理论模型或地面振动筛数据，无法准确评估井下岩屑分布状况及存在的问题。为此，引入了一种全新的研究思路，考虑了将传统钻井水力模型与人工智能方法相结合，提出基于实测数据的井下真实岩屑分布技术，并拓展井眼清洁领域通过压力反演流动特征的研究，最后提出了一种利用沿管柱测量（ASM）数据定量评估井下岩屑动态分布的新方法。研究结果表明：(1)不同井段和工况条件下井眼清洁情况与环空压耗之间的关系密切，成正比关系；(2)在给定的流动条件下，通过反推岩屑对井眼压降的影响，建立了基于压力驱动的井眼清洁模型；(3)将传统钻井水力模型与人工智能方法相结合，建立了一种可以自动修正的智能钻井水力学模型，然后将训练后的水力学模型与实测环空压力相对比得出岩屑对压力损失的影响，然后代入压力驱动的井眼清洁模型，得到实时的井下岩屑分布情况。结论认为，利用井下多点测量数据可以实现钻井过程中井眼内动态实际岩屑分布的间接测量和井眼清洁状况的准确评价，为避免和解决长水平井和大位移井的井眼清洁不充分问题提供详细的井下信息。该方法可以克服传统井眼清洁...     

基于信息平台的水平井井眼清洁状况实时预判与参数优化

随着信息技术在石油天然气勘探开发中应用越来越广泛,钻井、录井、井下作业等工程数字化技术得到大范围推广,页岩气水平井安全高效钻井迫切需要动态数据实时研判水平井岩屑返出有效性,为井眼清洁状况的实时分析评价和相关参数优化奠定良好的基础.文章通过调研井眼清洁分析计算模型,确定了适合实时跟踪井眼清洁程度的分析计算模型,提出了计算...     

基于井眼清洁程度与水力学耦合的环空压耗最小化计算方法

在钻井过程中,岩屑在井眼中堆积形成岩屑床,会引起环空压耗增大。针对井眼清洁不充分造成的环空压耗大的问题,根据质量及动量守恒理论,将岩屑运移与钻井水力学计算相耦合,建立了井眼清洁程度与环空压耗相关的数学模型,并利用全尺寸岩屑运移试验数据进行了模型验证。利用所建模型,分析了排量、井斜角、环空尺寸、机械钻速和钻井液流变参数对环空压耗和井眼清洁程度的影响。结果表明:大位移井和水平井中由于存在岩屑,环空压耗并非随排量增大一直增大,而是存在一个临界值;排量小于临界值时,环空压耗随着排量增大而减小;排量大于临界值时,环空压耗随着排量增大而增大。根据分析结果,建立了基于井眼清洁与水力学耦合的环空压耗最小化计算方法,利用该方法可以优化钻井参数,控制环空压耗,指导钻井设计和钻井施工。      

水平井和斜井井眼清洁技术研究进展及展望

水平井钻井技术的进步有利于开发常规和非常规油气储层,然而,与水平段岩屑清除相关的井筒的不稳定性和井眼清洁困难严重制约了钻井生产。井筒岩屑清除效率低下会导致摩阻和扭矩增加、管道卡住,严重时可导致井漏等钻井事故。首先,分别从井眼清洁机理和井眼清洁主要影响因素（钻井液流变性、钻具转速、井角、岩屑尺寸、钻井液密度和流速等）分析综述了水平井和斜井岩屑沉积的成因和适用于现场生产的技术参数。其次,针对水平井和斜井井眼清洁困难分别从国内外钻井液技术和井眼清洁工具两个方面阐述了岩屑清除方法与机理。最后,对水平井和斜井井眼清洁发展方向进行了展望,为未来井眼清洁技术提供了参考。     

水平井井眼清洁定量化监测评价技术

为了监测和评价水平井井眼清洁程度,研制了岩屑返出量监测装置,以准确监测岩屑返出情况。基于岩屑返出量数据和工程录井实时采集的数据,建立了岩屑返出量监测装置在2种工作模式下,倾倒时段漏接岩屑补偿方法与实际返出岩屑体积计算方法;基于岩屑返出率与掉块监测结果,研究形成了水平井井眼清洁定量化监测评价技术。该技术在川南泸州区块多口页岩气水平井进行了应用,实现了监测井段岩屑返出体积与返出率实时准确监测,并多次预警井眼清洁异常情况,保证了水平段的顺利钻进。水平井井眼清洁定量化监测评价技术为水平井井眼清洁程度监测及卡钻复杂风险预防提供了一种新的技术手段。     

煤层气欠平衡水平井的井眼清洁监测方法

煤层气欠平衡水平井钻井作业时,由于水平井具有水平位移大的特点,极易造成钻井液携岩不畅等问题,易导致井壁不稳定,增加了井壁坍塌及井漏的风险。为此,基于井眼清洁程度与井筒环空循环压力的变化具有相关性这一特点,把PWD测量的井底压力用于井眼清洁程度监测。采用C++语言开发出一套煤层气欠平衡水平钻井井眼清洁监测系统,该系统通过实时采集数据监测井底的环空压力数据,与理论计算的环空压力数据进行对比,寻找井眼清洁程度与环空压力变化规律及组合特征,用专家系统隶属度脉冲曲线判断井眼清洁程度,从而实时诊断井眼清洁度并对井眼不清洁发出预警,实现了对煤层气欠平衡水平井井眼清洁度的实时评价。实际监测应用结果表明,在井下出现煤层垮塌或钻井液性能变化而表现出井眼重度不清洁预警情况下,需要及时改变注气量、钻井液性能等工程措施,进行钻井液循环排除岩屑在环空的滞留,以消除沉砂带来的安全风险。     

浅谈岩屑床在分支井眼的形成及应对措施

钻井过程中的岩屑清理问题是井眼清洁的主要问题,如果不能较好地清洁岩屑,则会导致岩屑在井眼中形成岩屑床。目前随着定向井、水平井、大位移井等在钻井作业中比重的增加,尤其是分支井的开发,岩屑床的控制在钻井中变得日益重要。如果岩屑床不及时清理将会引起憋泵、卡钻等诸多严重问题,直接影响着钻井效率、钻井成本、井身质量等。本文主要通过从微观分析岩屑的形成原理并结合现场经验,给出常用的岩屑床预防的清理方法。     

井眼清洁监测系统在西南油气田的工程应用

目前在大斜度井、大位移水平井等钻进施工过程中,井底岩屑实际返出情况是影响钻井安全和钻井周期的直接因素.为了保障钻井安全,提升钻井时效,通过井眼清洁监测系统(BCM),可定量化监测井底岩屑返出情况,为现场第一时间提供井底清洁度和井壁稳定性数据分析,帮助井队不断提高钻井效率,为钻井施工实时预警,减少非生产时间(NPT),B...     

考虑岩屑影响的大位移井机械延伸极限研究

大位移井钻井技术作业难度大,对井眼清洁作业要求较高,岩屑堆积对摩阻扭矩的影响不容忽视.通过改进摩阻扭矩计算中常用的软杆模型,建立井眼清洁与摩阻扭矩耦合模型;考虑钻机、钻柱和钻头约束,建立大位移井机械延伸极限的预测模型.针对一口水垂比大于5的实钻大位移井,考虑岩屑对摩阻扭矩的影响,计算不同工况下的摩阻扭矩,预测大位移井水...     

水平井岩屑床清洁工具的设计与试验

页岩气井水平段钻进过程中的岩屑堆积是造成钻井摩阻扭矩大、托压严重进而影响钻井速度的主要原因之一,因而抑制岩屑床生成、保持井眼清洁是确保水平段安全顺利钻进的重要前提。为了提高水平井段井眼清洁的效率,应用CFD数值模拟方法、采用欧拉—欧拉双流体模型并结合颗粒动力学理论,对所研发的带有"V"形叶片的新型水平井岩屑床清洁工具的螺旋角、转速参数诱导螺旋流动衰减规律及对岩屑颗粒重新悬浮分布的影响等进行了研究,进而优选了叶片旋转速度、叶片螺旋角等关键参数。研究结果表明:(1)随着转速的增加,环空底部的岩屑沉积发生了一定程度的偏转,转速越大偏转越明显;(2)环空压降损失随着螺旋角的增加而增大,在螺旋角较大时该现象表现更为明显;(3)在四川盆地南部地区长宁H25-7井进行的现场试验结果表明,使用新型水平井岩屑床清洁工具后钻进摩阻下降33%,起下钻通畅、无阻卡,新工具应用过程中未发生井下复杂事故,发挥了良好的井眼清洁作用,保证了后期下套管作业的安全顺利实施。结论认为,该工具不仅可以满足水平井岩屑床的清洗及钻井降本增效的需求,具有良好的推广应用价值,而且还可以为同类型岩屑床清洁工具的设计提供借鉴与参考。     

页岩气水平井井眼清洁评价研究

川渝地区页岩气水平井环空岩屑浓度增加和岩屑床的产生会使井眼清洁程度变差,导致卡钻等事故,需要加快井眼清洁评价方面的研究.鉴于此,根据页岩气钻井现场所用油基钻井液数据,利用切应力误差法和相关系数法优选出适用于该地区的油基钻井液流变模式——卡森模式,建立了环空岩屑颗粒启动临界流速模型和岩屑床厚度分布模型.以CNH17-2井...     

大位移井井眼清洁技术研究与实践——以胜利油田庄129-1HF井为例

井眼清洁是大位移井施工的关键技术和难题之一,井眼清洁状况不佳容易导致摩阻扭矩的大幅增加,并有可能引发工程事故。在分析井眼清洁的主要影响因素井眼几何条件、岩屑性能、钻井参数及工程措施、钻井液性能的基础上,以胜利油田桩129-1HF井为例,具体分析了各种参数对井眼清洁的影响,并对实际井眼清洁情况和效果进行说明,最后提出了进一步改进井眼清洁的方法。     

疏松地层大位移井钻井液性能优化技术研究

大位移井钻井过程中普遍存在钻进扭矩高、井眼清洁差等问题,因此降低井筒摩阻,防止岩屑床堆积是实现大位移井安全作业的关键.渤海南部K油田勘探初期以浅层大位移井为主,相比常规大位移井具有地层泥质胶结疏松、钻井液滤失严重、岩屑产出量大等特征,进而导致井眼清洁、井壁失稳、井筒摩阻等问题进一步恶化.针对K油田开发难点,提出了强抑制...     

大位移水平井常见问题机理分析及对策

从DK304BC井斜井段,水平段井眼净化不好,造成卡钻直至无法钻井,被迫改钻小井眼,引伸论述水平井大斜度井段井眼不清洁的危害,岩屑床形成机理及影响因素,通过研究,分析与使用,提出对付水平井岩屑床的对策,认为“常规清洁法”,利用旋转自动导向系统以及小井眼钻井的方法可以解决大位移水平井岩屑床问题。     

使用降低当量循环密度工具实现控制压力钻井

降低当量循环密度工具(ECDRT)可以解决由于摩阻损失引起的环空流体压力的增加,还可以通过降低流体静压头总和解决岩屑载荷问题.该工具在钻井方面有广泛的应用,包括深水区域狭窄的孔隙/破裂压力范围和对套管安装深度的影响;不稳定井眼;压力衰竭油气藏和延伸井.ECDRT样机最近在美国陆地基准站进行了测试.现场试验的目的是:①确定当量循环密度降低程度;②确立现场条件下的可靠性;③评定ECDRT的操作程序.钻222.25 mm井眼,将ECDRT下入到244.48 mm套管内,在1371.6 m深度进行完井作业.地面和井底测试提供连续的实时显示,监测工具性能.现场试验证明ECDRT可以控制井底压力.该工具可减少10.2 MPa的井底压力,等效于在1371.6 m处减少了大约0.1 g/cm3的当量循环密度.使用该工具没有降低钻井性能.整个钻井作业过程中返回的钻井泥浆和井眼清洁程度正常.该工具在处理30.48 m/h钻速时产生的岩屑没有任何问题.井后分析表明,在确保工具寿命和性能稳定性方面,设计仍存在一些问题.但是已经证明在实际钻进条件下该工具可以控制环空压力.     

一种用于大斜度大位移井岩屑床清洁的新装置

大斜度大位移井岩屑易在井眼井斜段中沉积,形成岩屑床,导致蹩泵、蹩钻或卡钻,甚至造成井下事故。在分析岩屑床的形成及危害的基础上,对岩屑床的清除办法进行了探讨,并设计出了一种新型岩屑床清洁装置。该装置能有效地解决大斜度大位移井岩屑床的清洁问题,提高钻井效率,优化钻井工程设计,为实现安全快速钻进提供了新的途径。     

倾斜井筒岩屑运移实验研究评述

石油钻井作业中井筒岩屑运移影响钻井花费、时间及成井质量。随着定向井、水平井及大位移井等复杂结构井的广泛应用,倾斜及水平段井筒岩屑运移问题已经成为钻井作业中亟待解决的问题。钻井过程中井眼清洁不充分易引起一系列问题,例如卡管柱、高扭矩和摩阻压耗等。笔者对岩屑运移实验研究进行综述,介绍了岩屑运移实验研究目的、影响因素分类和实验观察流型,总结了实验中主要研究因素对岩屑运移的影响规律。在此 基础上总结目前实验尚未完善之处,提出了下步实验的研究趋势。     

大位移井岩屑流量测量与分析

成功地钻探大位移井,钻井岩屑携带效率是非常重要的因素之一,近期科研人员在开发模拟大位移井钻屑流动瞬态模型过程中,开发研制了一种测量流过振动筛岩屑流量的测量仪器,它可测定返出的钻屑量,与钻井产生的岩屑量进行,比较,再与系统采集到的其它钻井参数进行综合考虑,便可价井眼的净化程度。这样有助于钻井工程师确定循环环空的合适时间,从而避免不必要的循环,以便节约钻井成本且实现优化钻井。