气体钻井井简与地层流动耦合分析

气体钻井具有提高机械钻速、降低储层伤害等特点，是开发低压低渗油气田的有效方法。为了分析气体钻井钻开储层时流体的流动规律，基于可压缩流体不稳定流动理论以及地层渗流力学理论，建立了该过程中井筒与地层的耦合流动模型，并结合边界条件与初始条件对模型进行了数值求解。最后，结合钻井实例分析了不同工况下井内流体的流速分布规律和压力分布规律，结果表明，不同的钻井工况在经历一定时间的不稳定流动后都有达到稳定的趋势。     

气体钻井过程中的瞬态流动分析

气体钻井过程中,调整钻井参数或者钻遇储层都会引起井内流体的瞬态流动。基于可压缩流体不稳定流动理论及地层流体渗流理论,建立了气体钻井过程中井简瞬态流动的数学模型。针对井内水动力体系的复杂特点,讨论了模型的定解条件,并对模型进行了数值求解。最后,文章对气体钻井中改变钻井参数以及钻遇储层两种情况井内气体的流动进行了计算,结果表明,增加注气量时井内压力波动不大,但钻遇储层会引起井内压力和流速的大幅度波动。     

气体循环钻井井筒气量控制技术

通过对井筒气量控制的研究,可以提高循环钻进效率,并能有效降低设备压力控制的难度,为循环钻井施工提供合理的气量补充和排放方案,并为节点压力控制提供指导。依据封闭气体循环钻井工艺特点,开展针对循环钻井在不同注入条件下井筒压力的研究,利用压力分布研究成果,依据气体PVT理论,建立了井筒内部?环总气量计算模型,研究了在动态条件下井筒内气体质量分布。在此基础上,结合封闭气体循环地面设备控制要求,确定了井筒气量控制的合理区域。研究结果表明,随着井深的增加,单位进尺气量补充量增加,同时合理气量窗口逐渐变宽,如果井筒气量不足,井口将出现负压。     

气体钻井后井筒预处理井壁稳定技术

气体钻井技术在提高川东北地区陆相地层钻速、有效防止地层漏失等方面作用显著，但实践过程中存在气体钻井后气液转化过程中的井壁失稳等问题。分析了川东北地区气体钻井后井壁垮塌的原因，探讨了疏水性处理剂对地层岩石表面润湿特性的改变机理，进行了润湿反转剂配方优选和室内试验研究。在川东北地区的多口井进行现场应用后，井壁稳定性明显好转，气液转换时间缩短，初步形成了适合川东北陆相地层地质特点的气液转换井壁稳定技术。试验表明，井筒预处理技术可以提高气液转换施工过程中的井壁稳定性，有效避免泥页岩地层快速吸水失稳垮塌后井下复杂情况发生。     

欠平衡钻井油气藏与井筒耦合模型

利用流体力学的质量守恒方程、动量守恒方程和地层的渗流力学方程,建立了欠平衡钻井油气藏与井筒耦合流动模型,并利用有限差分方法对模型进行了求解.所建立的欠平衡钻井油气藏与井筒耦合模型能模拟主要油气藏类型欠平衡钻井过程中油气藏流体与井筒内流体的耦合流动,模拟地层油、气的流入对井底压力的影响.欠平衡钻井过程中,不同类型油气藏和井筒流体耦合流动时地层油/气进入动态不同,地层油/气的进入对井底压力的影响规律也有很大区别.计算结果表明地层油/气的流入可以使井底压力下降0.03～2.50 Mpa,因此在欠平衡钻井设计中,应充分考虑产层段油/气流入对井底压力的影响.     

影响气体钻井地层出水因素

气体钻井具有钻速高,成本低,环保性好等优势,但地层出水极易导致井下情况复杂,严重制约了空气钻井技术的推广应用。本文总结了空气钻井地层出水的危害,介绍了地下水的分布情况,分析了影响地层出水的因素,对气体钻井现场施工有一定的指导意义。     

气体钻井地层出水监测新方法

气体钻井钻遇水层后,当钻屑和水的比例达到一定值时,钻屑就会粘附在钻具和井壁上形成泥饼环,容易引起井下复杂情况或事故.针对目前常用的几种判断地层出水的方法在刚打开水层、出水量较小时无法及时准确判断的问题,提出了在排砂管线上安装湿度传感器,通过监测环空返出气体相对湿度的变化判断地层出水的新方法.在川西多口井的成功应用表明,该方法具有反应快、操作方便等优点,能够及时准确地监测到地层出水(仅需3～4min),为气体钻井的顺利进行提供了安全保障.     

气体钻井井壁稳定性分析

首先分析了用钻井液钻井时钻井液与地层的相互作用，并以多孔介质传导、吸附与扩散（水分子和水化离子）、双电层电场与电斥力为基础，建立起钻井液滤液在井周地层中的渗透运移规律和水化应力与地层强度随时间变化的规律，对地层应力应变状态受钻井液的影响进行定量化分析。并将用于校正后由测井资料得到的围岩强度性质及应力状态，从而得到气体钻井条件下井周地层的强度性质及应力状态。最后选择适当的强度准则，形成气体钻井井壁稳定性分析模型系统。以七里北1井的测井资料为基础，运用该模型系统分析了七北101井气体钻井井段的井壁稳定性，其结果与该井钻井实际情况一致，表明该模型系统是准确、可靠的。     

气体钻井遇地层出水时的充气钻井技术

气体钻井在我国油气田勘探开发中具有广阔的应用前景,但是川东地区多个构造实施气体钻井过程中,存在地层出水现象,严重影响了气体钻井的顺利进行,不得不改用充气钻井。充气钻井技术难点主要表现在：①井壁稳定性差,易引起垮塌卡钻; ②地层出水可能与井漏同存,气液比值难以确定;③环空液柱压力降低,带砂效果差,易导致沉砂卡钻;④浅层天然气易引起井下燃爆。通过分析上述难点,结合充气钻井现场实践经验,有针对性地提出了充气钻井过程的主要技术措施：① 钻井液维护处理技术;②井漏处理技术;③参数设计技术等。在川东地区3口井的现场应用效果表明：推行所提出的充气钻井技术措施,能有效避免井漏、提高机械钻速、缩短钻井周期,为川东地区遇地层出水情况下的气体钻井积累了经验。     

新疆火成岩地层气体钻井实践

介绍胜利油田西部新区火成岩地层提速的难点,对火成岩气体钻井的可行性进行了实验分析。通过 对气体钻井设备进行的完善改造、施工技术措施的制定、施工过程的描述及提速效果的总结评价,证明气体钻井在 西部新区钻井提速的可行性和巨大优势,其中施工的哈深2井泡沫钻井施工19 d,是西部新区首口成功实施泡沫 钻井技术的井。指出气体钻井下步需要研制和使用可用于泡沫钻井的空气锤等防斜打快工具和工艺。     

低渗透地层气体钻井液体侵入数值分析

气体钻井过程中会遇到低渗透地层，地层液体的侵入遵循低速非达西渗流规律，用基于达西渗流建立的传统预测模型来计算气体钻井过程中低渗透地层液体的侵入量将会产生较大误差。为此，在分析井底压力与地层液体侵入量关系的基础上，考虑了实际钻井中逐渐打开储层的过程，提出了气体钻井过程中低渗透地层液体侵入量的预测方法，并建立预测模型计算钻至任意井深时地层液体侵入量。计算表明，启动压力梯度对低渗透地层液体的侵入量影响较大，用基于达西渗流建立的预测模型计算的低渗透地层液体侵入量较实际值偏高，不考虑钻井过程也不能准确预测气体钻井过程中地层液体的侵入量，且预测误差随储层渗透率、厚度的增加而增大。进一步说明不能用传统的达西公式计算气体钻井中低渗透地层液体侵入量。建议用低速非达西渗流理论来预测气体钻井过程中低渗透地层液体的侵入量具有重要的意义。     

考虑相态变化的凝析气井井筒瞬变流动分析

对于含水的凝析气藏（特别是凝析油含量较高的）,由于井筒内压力和温度的变化,凝析气在井筒的相态和油气相的组成变化也较大;而且在实际的井筒流动中,往往会出现一些非稳定的因素。文中综合考虑了流动过程中相态的变化和非稳定流动因素的影响,建立了数学模型,该模型能正确地预测产水凝析气井的井筒动态。通过实例计算证明该模型的结果更符合实际情况,在流动达到稳定后,非稳定模型的计算结果和稳态模型的结果是一致的。     

输气管道中的不稳定流动分析

天然气输配系统通常是由不同压力范围的管道组成的高度密集的网络系统.在管道系统的规划和设计过程中,为了保证其安全、经济性,对管道系统进行模拟和分析是十分重要的.针对复杂输气管道系统的特征,采用系统分析的观点,将管道系统划分成一定的子系统,并通过建立子系统中不稳定流动的数学模型和综合相关的连接条件、边界条件和初始条件,提出了整个管道系统的联立模型,然后利用泛函分析理论和算子级数法求解联立模型,得到了问题的广义解.该模型和求解方法已编成计算机程序,已应用于四川输气管道的模拟.通过分析和应用表明,其模型和算法具有计算方便,精度高,省时和适用范围广等优点.     

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天然气在管网中不稳定流动问题可以采用各种数值解法并借助计算机来进行有效的分析。目前最广泛采用数值法有特征线法、显示法和隐式有隐差分法等。与隐式法相比，特征线法和其它显示法的主要优点在于用它们能对各种边界条件进行显示处理，并只需较小的计算机存贮容量，但其时间步长和管段步长的比值要受到一定稳定条件的限制，这使得时间步长只能取得很小，如果分析过程较长，就需消耗很长的计算时间。而隐式法优点在于用它能采用较长的时间步长，并能保证计算结果的精度和稳定性，这就相应地减少了计算次数，但不足于当分析的管网较大时，由于每一步要求解大型的非线性方程组，因此需要较多的计算机容量和花费较长的计算时间。为了克服这些方法的缺点，文章通过揉合特征线法隐式法，提出了一种综合法，由此研制出的软件包克服了上述不足，并对四川几条管网系统进行了模拟，其计算结果与测量数据符合。     

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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。     

欠平衡钻井技术在南翼山E32凝析气藏中的应用

针对南翼山E32凝析气藏的地层特点,提出采用欠平衡钻井解决该地层的钻井问题,减少产层损害。论述了欠平衡钻井有关参数的确定和设计原则,并以南12井为例,对南翼山E32凝析气藏地层的欠平衡钻井设计及现场施工(包括所用设备、钻井参数、钻井液性能等)情况进行了描述,说明欠平衡钻井的技术特点和应用效果。该井的钻井实践表明,平衡钻井技术能有效保护油气层,减少了井下复杂情况的发生,有利于提高机械钻速并降低钻井成本,是凝析气藏复杂地层钻井的一项重要新技术,值得推广应用。     

多阶梯水平气井渗流与井筒管流耦合模型

考虑阶梯水平井穿越3个独立气层的情况,根据质量守恒原理和动量定理,结合实际气体的状态方程,利用采气指数的概念,建立了裸眼完井方式下多阶梯水平气井渗流与井筒变质量管流耦合的数学模型并编制了相应的计算程序进行求解.利用该模型,可以求解阶梯水平气井井筒沿程压力分布及产量分布,为阶梯水平气井的生产系统分析提供了理论依据.模拟计算表明,阶梯水平井在钻遇多个气层时,先钻遇物性最好的储层所得到的径向产量高于先钻遇物性最差的储层.     

气体钻大斜度水平井最小注气量计算方法研究

针对气体钻井如何确定合理的钻井流体力学参数的难点。以前沿用的气体钻井参数计算方法，因其依据的假设条件带有局限性，其设计气量都比实际情况偏小。为此，通过钻铤与钻杆交界面、套管与裸眼交界面进行分析和判断，以空气钻井流体力学参数设计为依据。从力学分析入手，根据空气动力学翼型的气动特性，引入薄翼理论，对岩屑颗粒进行受力分析，探讨了气体钻大斜度水平井有效携带岩屑的最小排量问题。在此基础上，提出了计算气体钻大斜度水平井流体力学参数的方法和公式，并且利用数值模拟软件对井内环空压力分布规律、环空携屑能量分布规律进行了分析，确定了水平井携岩的最小气量。计算结果与油气田实际应用情况符合性较好。     

气体钻井钻具失效预防技术研究与应用

气体钻井中钻具失效频率明显高于钻井液钻井。失效钻具检验与分析表明,钻具失效类型为疲劳或腐蚀疲劳,钻具腐蚀类型为氧腐蚀。钻具失效的主要原因是：氧腐蚀与冲蚀、钻具疲劳（由钻柱反转、钻柱纵向振动、井眼弯曲引起）、钻具带伤工作、钻铤螺纹连接弯曲强度比不足等。空气锤冲旋钻井技术、钻柱防共振技术、加强钻具探伤及使用新钻具等能够有效预防和减少钻具失效。特别是牙轮气体钻井中,利用钻柱振动分析软件优选钻具组合和转速来避免钻柱共振以及及时对钻具进行探伤非常重要。这些措施已经成功应用于普光及周边区块,与2006年相比,2007年度、2008年度钻具失效频率分别降低37．7％和57．5％。此外,建议加强钻杆管体探伤、空气螺杆复合钻井技术、防涡动稳定器、选用API螺纹钻铤、钻柱振动监测与钻井参数优选相结合等方面进行综合研究和实施来全面预防钻具失效。