深水钻井沿隔水管超声波气侵实时监测技术研究

早期溢流监测对预防石油开发钻井过程中井喷失控恶性事故具有至关重要的作用。深水钻井作业过程中在不破坏钻井隔水管力学结构的前提下,基于非接触式超声波测量手段沿程监测隔水管内部钻井液流动特征参数,设计了适合深水钻井隔水管气侵监测系统。实验模拟分析了深水钻井隔水管气侵监测系统超声波时差法和超声波多普勒法的气侵监测效果,结果表明:超声波时差法虽然在清水中可以实现含气率测量,但是对于水基钻井液并不适合;极小含气情况下,多普勒频移量出现极大衰减,并随着含气率的增加而下降,因此超声波多普勒方法对气侵早期识别具有可行性。上述成果对于深水钻井早期溢流监测有指导意义。     

“三高”油气井溢流监测方法研究.

井喷是钻井过程中最为严重的钻井事故,溢流是井喷的先兆,优化溢流监测方法,提高监测的实时性和可靠性,对实现安全、高效、经济钻井具有重要意义。分析了溢流发生的原因及其表现形式,根据所采用的参数和监测形式的不同将现有的溢流监测方法总结为6类,对这6类监测方法的优缺点、适用性以及所涉及到的数据处理方法作了深入剖析比较。在此基础上,提出了一套基于随钻压力测量、微流量监测与综合录井参数的溢流先兆在线监测与预警系统。最后对控压钻井技术、随钻测井技术和随钻压力测量技术在溢流监测方面的应用和发展趋势做了展望,并指出了限制溢流监测的主要因素。     

油气井早期溢流监测技术研究现状及展望

近年来,随着国内外油气勘探目标进一步向深层、海洋等非常规油气藏推进,所钻遇地质环境愈加复杂,在其钻探过程中发生溢流频率也越来越高,井控安全面临巨大挑战。而作为井控安全的第一道屏障,早期溢流监测技术应用与发展对预防井喷具有重要理论及实践意义。为此,文章通过分析当前井控技术面临难点,从井口监测、井下监测两个层面入手,系统地回顾了国内外早期溢流监测技术研究现状,并阐述了各监测方法的优势及局限性,认为"井下流体实验室"与利用大数据及人工智能的风险诊断模型是当前石油勘探与开发重点应用技术,在早期溢流监测工作中具备很好的应用潜力。最后针对深层、海洋和可燃冰等非常规油气建井早期溢流监测所面临的困难,在现有溢流监测技术的基础上,提出了相应对策与发展趋势,以供同行业者参考。     

出口流量监测技术在溢流预警方面的应用研究

为及时发现和控制钻井过程中的溢流,减轻井喷和压井作业对地下油气层的伤害,降低对环境的有害影响,对当前国内外录井溢流监测技术进行了分析,结合现场实际建立起一套以出口流量监测为核心的录井溢流监测系统。通过对返出管线流速场进行的水力学模拟,分析返出管线的流体流动规律,优化出口流量监测系统结构设计;采用V型结构设计既满足了流量计满管测量以保证测量精度,又保证了钻井液正常通过和携带岩屑。现场试验验证了系统的可用性,实现了出口流量的自动化、早期化、精确化监测并及时对溢流状态进行报警,取得了良好的效果;在此基础上,对基于出口流量监测技术的溢流预警模型进行了展望,为下一步工作奠定基础。     

井下微流量控制方法

近几年,国外在常规钻井和欠平衡钻井技术的基础上发展出了一种被称为控压钻井（MPD）的新技术,该技术主要用于解决窄钻井液密度窗口地层的安全钻井问题,其核心是要求精确控制井眼环空压力剖面。但作为一种新的钻井技术,控压钻井现有的方法理论和硬件系统尚存在一定的不足,有待于完善。文中介绍的井下微流量控制方法属于控压钻井技术中的一种,是对现有地面微流量控制方法的改进,能够随钻监测井下环空流量的变化,及早发现溢流或井漏等井下复杂情况,与地面返出环空流量监测相配合,进而调节井口回压阀的开度,通过改变井底压力来控制溢流或井漏的大小,从而实现对环空流量的精确控制。该方法能够显著提高系统的控制精度和可靠性,从而提高钻井的安全性并降低钻井成本。     

基于随钻工程参数测量数据的钻井风险识别试验

近年来随着石油价格走低与钻完井技术的发展,一些复杂区块和复杂井在钻井施工过程中,由于缺少井底钻头处环空压力、钻压等实际参数,无法分析掌握井下真实工作动态,托压、井漏、溢流、气侵等故障风险发生概率频繁,严重制约着钻井提速和安全生产。文章通过地面和井下实时随钻工程参数的对比研究,分析近钻头位置的钻压、环空压力、振动参数的变化,探寻托压、钻具疲劳、气侵溢流等情况的参数变化风险值。不断积累获取丰富井下数据,最终建立完善的随钻风险识别模型,达到地面—井下工程参数一体化测量处理,实现预防复杂风险的目的,降低井下复杂风险发生概率,为科学钻井提供数据支撑。     

深井早期微量溢流监测技术

针对常规溢流监测技术不能准确监测深井早期微量溢流的问题,在充分考察国内外现有溢流监测技术现状的基础上,根据钻井过程中开井、关井、井漏失返3种循环工况,制定了深井早期微量溢流监测方案,形成了深井早期微量溢流监测技术。该技术由具有自主知识产权的井口导管液面监测方法、分离器液面监测方法和环空液面监测方法3部分组成,具有很好的针对性和适用性,可以及时、准确地预报溢流,为溢流控制赢得更多的时间,以确保井控安全。     

海洋深水钻井隔水管气液两相流的多普勒超声波传播特征

海洋深水钻井经常会钻遇异常压力地层,容易发生气侵溢流,如不能及时发现并加以控制,就有可能导致井喷失控,进而造成不可估量的经济损失和难以挽回的人员伤亡,并且还有可能对海洋生态环境造成巨大的破坏。如何在深水钻井期间对溢流进行早期监测,是目前国际上研究的热点、重点和难点。为了给海洋深水钻井隔水管溢流早期监测提供理论指导,基于多普勒超声波传播原理,设计了气侵早期监测实验装置,优化了多普勒探头安装方式及角度,开展了含气率介于0～46%、液相流速介于0～0.7 m/s的气液两相流中的多普勒超声波传播实验,揭示了多普勒超声波随含气率的变化规律。研究结果表明:(1)当含气率发生变化时,信号电压会在初始曲线的基础上以不同的幅度和不同的频率上下跳动,信号电压幅值随着含气率增大而先增大后减小;(2)当多重反射对信号电压均值的增幅大于超声波的衰减程度时,信号电压均值增大,反之信号电压减小;(3)停泵及开泵不同流速、不同含气率条件下的信号电压均值散点与含气率拟合出的曲线呈现二次函数的变化规律。结论认为,可以根据测量得到的信号电压均值来定量预测含气率的大小,进而指导海洋深水钻井隔水管溢流早期监测及压井作业。     

井下微流量测量装置节流压差规律研究

深层和超深层地层钻井通常存在钻井安全密度窗口窄和井控难度大等问题,传统的解决措施是对井下溢流进行早期监测,对于深井和超深井早期监测存在误差大及信息滞后等问题。鉴于此,根据井下微流量测量装置特点,以单个节流元件为基础,结合流体力学基本原理,建立了流量压差计算理论模型,并利用流体动力学模拟对理论模型进行了验证。研究结果表明:理论压差计算模型对微流量测量装置压差计算具有较高的精度和准确性;钻井过程中,流体流量增大,节流压差将会增大且增幅逐渐增大;井下环空流体稳定时,当井下发生井径缩小或溢流等复杂情况时,节流压差大于正常工况下节流压差,节流压差随井径缩小率或溢流量增大而增大且节流压差增幅逐渐增大。建议进一步建立微流量测量装置压差多相流模型,并对多种工况同时发生时井下微流量测量装置压差变化规律进行研究。所得结论可为深井和超深井钻探中溢流监测技术的现场应用提供参考。     

欠平衡钻井随钻储层监测评价技术研究

通过对储层欠平衡钻井过程中流体、压力及各项钻井参数的随钻监测和实时解释评价,可以实时获得储层的多项特征参数并综合判断井筒工况条件.为此,首先研究了储层欠平衡钻井随钻监测原理及流体、压力、钻井参数和钻井液监测的系统组成,然后研究了井筒压力、地层压力、储层产能、井筒欠平衡状况评价的基本原理和方法,最后探讨了该项技术在欠平衡钻MRC井、欠平衡钻井安全监测与风险控制,及欠平衡钻井随钻完井决策等方面的应用.研究结果表明,欠平衡钻井随钻储层监测评价技术有助于准确快速识别评价产层、判断欠平衡钻井条件和井下复杂,提高欠平衡钻井工艺水平和综合效益,具有良好的应用前景.     

深水井控工艺技术探讨

海洋深水钻井中的井控,面临着海底低温、气体水合物、地层孔隙压力和破裂压力之间的安全窗口比较窄、井控余量比较小、压井/阻流管线较长导致循环压耗较大、深水地层比较脆弱等诸多挑战。针对深水井控中面临的难点,调研了深水钻井中井控设备的要求与配置,详细介绍了深水钻井中早期监测溢流的方法、深水井控的关井方式及压井方法、深水压井后防喷器"圈闭气"与隔水管气的处理,以及在深水钻井中预防水合物形成的措施,以保证深水钻井的施工安全。      

深水钻井最大允许气侵溢流量的计算方法

深水钻井对井控提出了更高的要求,气侵的早期监测便成为深水井控研究的热点。由于溢流量预警值为经验值,使得现有泥浆池增量法在水深较深、原始地层压力较高的井中应用的普适性和可靠性较差。为此,通过引入最大允许关井套压和环空气体上升位置,计算不同溢流量条件下的压井风险,建立了基于气侵的溢流量预警值反算方法,以此来保证在现有井控设备、施工参数和地层参数等确定的条件下进行更为精确可靠的气侵溢流监测。同时引入含可信度地层压力预测方法对溢流量预警值反算方法进行改进,最大限度地降低了因地层压力预测不准而导致的气侵监测误差。实例计算结果表明,该方法充分考虑了气侵后气体上升位置和压井风险,能够大大提高深水钻井气侵早期监测的准确率和可靠性,对于实现因井而异的溢流量预警值设计和降低气侵监测成本有实际意义。同时提出推荐采用精度更高更稳定的进出口流量计对泥浆池增量进行监测,以满足半潜式钻井平台的测量精度。     

南海深水钻井井控技术难点及应对措施

深水钻井井控存在着海床不稳定、地层破裂压力低、地层压力窗口窄、以及存在浅层气、浅层水流、气体水合物和海底低温等诸多问题。在对国内外深水井控技术充分调研的基础上,针对南海深水钻井井控特点和难点,结合近年南海深水钻井设计和作业实践经验,详细分析了深水钻井井控存在的地层压力窗口窄、溢流监测困难、压井难度大和压井作业时间长、井控设备复杂、存在水合物风险等问题,研究提出了有针对性的解决方案,并以南海深水井为例介绍了深水井控的具体措施。     

深水钻井早期井涌检测方法及其未来趋势

深水钻井技术是制约深海油气勘探开发的主要因素之一。深水钻井具有高风险,高投资,高回报等特点,深水井控是深水钻井的一个难点,如何有效地预测发现井涌是深水井控的关键。分析了各种常用的井涌检测方法并结合深水钻井的特殊工况,指出常用的井涌检测方法无法满足深水井控的要求,最后介绍了一种使用LWD、PWD监测井涌的井涌早期监测方法,使用PWD实时监测井底的压力变化情况,并对水力模型进行修正,同时建立井底压力正常趋势线;使用LWD实时测量地层参数,利用浅侧向电阻率随钻测量等工具监测钻井液性能变化,可以有效地实现流体侵入早期监测。     

深水井控成功实践与技术分析

深水井控是深水钻井的核心问题。海洋深水井控面临着井涌监测困难、地层承压能力弱、井涌余量小、阻流管线摩阻大、地层呼吸效应、气体水合物、圈闭气等诸多困难和挑战。文中以中海油在西非实施的某深水井压井成功实践为例,通过井控作业过程的分析,对深水井控技术进行研究和探索,为深水钻井井控作业提供参考。     

西非深水钻井完井关键技术

中国石化围绕国家 "走出去"的发展战略,积极参与海外海上油气风险勘探开发,以作业者身份在西非尼日利亚JDZ区块完成水深超过1 600 m的深水油气井5口,初步形成了以浅层危害物识别与控制、井身结构优化、深水钻井装备优选、导管喷射下入、深水井控、深水钻井液和深水固井等钻井完井关键技术,有力地推进了中国石化海外油气勘探开发项目的进展,并产生了良好的经济效益与社会效益。以我国石油公司作为作业者完成的第一口深水油气井——Bomu-1 井为例,介绍了西非深水钻井完井关键技术的研究与应用情况。      

井筒四相流动理论在深水钻完井工程与测试领域的应用与展望

海洋深水油气钻完井过程中,井筒内流体流动是一个多组分、存在相变及流型转化的复杂四相流动过程。为了进一步揭示深水钻完井井筒多相流动规律,基于井筒四相流动理论,阐述了其在深水油气钻完井工程领域的应用进展;然后,针对该理论在深水钻完井某些特殊工况下存在的局限性,展望了井筒多相流动理论未来的发展趋势。研究结果表明：①深水钻完井井筒四相流动理论能够充分考虑深水井筒中的各种物理化学现象,可以实现对井筒瞬态温度、压力的精确刻画,进而为深水钻完井水力参数优化设计提供坚实的理论基础;②深水钻井井涌发生后,在泥线低温高压环境作用下,井筒内气相易生成天然气水合物（以下简称水合物）相变,从而改变井筒气体体积分数的分布特征;③在井底高温高压作用下,井筒酸性气气体存在着超临界相变,导致高含酸性气体的气侵具有“隐蔽性”;④深水气井测试过程中,井筒四相流动理论能够准确刻画井筒内水合物沉积、堵塞全过程,为深水气井测试过程中水合物的防治提供理论依据;⑤深水钻井井筒多相流动理论今后的发展趋势,将涉及井筒与深水特殊地层耦合作用机制、深海水合物钻井井筒多相流动理论及支撑深水钻井新技术的井筒多相流动理论的研究。     

南海深水钻井作业面临的挑战和对策

深海油气开采是高风险、高投资、高技术、高回报的行业。我国南海海域石油储量巨大,属于世界四大海洋油气富集区之一,其中70%储藏于深水区。南海深水钻井面临的主要挑战是:浅层气和浅层流、深水低温、深水井控技术、缺乏深水作业经验和南海的灾害环境,在分析这些挑战可能造成的危害的基础上,从浅层流控制措施、钻井液优选、水泥浆优选、深水钻井井控措施、建立台风应急预案等方面,给出了技术对策。以2006年在南海钻成的作业水深1 481 m的LW3-1-1井为例,详细介绍了深水钻井施工情况。      

2022 年 2 期目录

油气井工程数字化和智能化对于增加油气井产能、降低操作成本、降低钻井成本和提高HSE管理水平等具有重要作用。“十三五”期间,中国海油通过理论创新和科研攻关,完成了油气井工程数字化和智能化总体布局,并取得阶段性成果,基本实现了作业智能化、设计协同化和管理精细化。详细介绍了中国海油油气井工程数字化和智能化成果,包括eDrilling钻井系统、钻井参数大数据分析系统、井下钻井参数测量及信号短传系统、深水钻井早期溢流监测系统、井下光纤监测系统、钻完井一体化设计平台、钻完井数据报送系统、信息展示系统和数据分析系统等,并针对存在的信息孤岛、复合型信息化人才紧缺等问题,指出要坚持数字化技术“不为我所有、但为我所用”的理念,积极探索与国内外先进互联网、智能化专业公司在油气井工程领域的深化战略合作,提升自主创新能力,推进“产学研用”结合,扎实推动中国海油油气井工程数字化和智能化研究与应用,助力中国海洋石油工业的高质量发展。      

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井眼轨迹井下闭环控制技术是当前国内外钻井界乃至石油界的前沿技术，它的成功是钻井技术的一次革命。90年代以来，基于经济方面的原因，大位移钻井成为人们优先考虑开采滩海和海洋油气田的方式，井下闭环可变径稳定器是解决目前大位移井存在的如怎样有效地给钻头施加钻压、克服摩阻、提高钻速等问题的关键。文章介绍了可变径稳定器的结构、工作原理及控制井眼轨迹的方法，这为解决我国大位移井，特别是滩海油气勘探、提高钻机械钻速、降低钻井成本提供了一条有效的途径。