基于漏失压力极限法的压力衰竭气藏大位移水平井井身结构设计

地层压力衰竭气藏在油气压力下降后,岩石特性参数以及地应力会发生改变,如果沿用压力未衰竭时的井身结构设计方案将会导致井身结构设计不合理,易发生井漏、井塌等井下复杂情况。为此,在分析压力衰竭地层大位移水平井钻井难点与对策的基础上,将井筒最大液柱压力与漏失压力平衡作为初步确定套管下深的约束条件,同时考虑循环当量密度的影响,建立了压力衰竭气藏水平井井身结构设计方法,并在莺歌海盆地东方1-1气田进行了现场应用。研究结果表明:(1)井内压力平衡的上限取漏失压力,其值等于水平最小主地应力;(2)水平最小主地应力将随着气藏开采地层流体压力的降低而减小;(3)套管下入极限深度受到钻井液循环当量密度(ECD)的制约,即随着水平段的延伸,环空压耗将增加至压漏临界点深度;(4)东方1-1气田主力储层地层压力衰竭严重,井身结构优化后采用四开井身结构,使得3个不同压力体系的储层不同存于一个裸眼井段,有效地降低了井下复杂情况的发生概率。结论认为,该方法可为压力衰竭气藏的大位移水平井井身结构设计提供理论依据。     

环空附加当量循环密度的计算方法

面对日益复杂的地质条件和钻井技术的革新要求,井底当量循环密度计算的重要性越来越引起钻井工作者的重视。一般而言,当量循环密度等于当量静态密度与环空压耗的当量密度之和。将循环过程附加的环空压耗折算成相当的密度值,则为环空附加当量循环密度,其计算与监测对于大位移井、深水井或超深井的控压钻井尤为重要。文中通过优选钻井液流变模式选取幂律模式作为实际钻井液的流变模式,对不同尺寸的管柱采取分段求和的处理方法计算钻井液循环压耗,并运用环空水力模型和U型管原理这2种方法计算环空附加当量循环密度,最后结合具体实例进行了计算。研究结果表明,环空附加当量循环密度的计算结果能够满足工程设计的计算要求。     

大位移井井身结构设计探讨

运用系统分析方法,针对大位移井提出了1种新的井身结构设计思路,即在传统井身结构设计方法的基础上,增加水力性能、扭矩极限、井眼稳定性、套管下入可行性等相关评价,利用实现井眼清洁对应的系统压耗、钻井液当量循环密度、钻进或下套管过程中可能产生的最大扭矩、预计的最大井径扩大率以及套管下入过程中最小大钩载荷等参数作为校核参数对传统井身结构设计思路进行了完善,并给出了相应的约束方程。实例验证新思路更加适合于大位移井井身结构设计。     

提高窄密度窗口钻井可操作性的井下工具探讨

在油气田钻井中钻井泥浆形成的压力介于坍塌压力和破裂压力之间,否则井眼岩石容易出现坍塌或破裂。在部分深井中,密度窗口很窄且钻井泥浆的当量循环密度曲线靠近破裂压力曲线,很容易造成喷、塌、卡等事故。提出了一种减小钻井泥浆环空循环压耗的井下工具,介绍了该工具的结构、工作原理、技术参数。该工具使用方便,可有效降低裸眼井段的环空循环压耗,提高窄密度窗口工况下钻井的可操作性。     

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大位移井由于其大斜度段和长水平段的环空间隙小，岩屑很容易在环空聚积形成岩屑床，进而在大位移井的钻进过程中极易发生井下复杂情况和安全事故，因此对大位移井进行井下不清洁的早期识别是一个极其重要的问题。为此，文章提出利用井下工具测量钻压、扭矩及环空压力，结合地面测量的数据，对井下不清洁情况进行比较精确的早期识别。其原理是：通过井下钻压、扭矩和地面大钩载荷、扭矩计算出轴向摩阻系数和旋转摩阻系数，结合当量循环密度差来综合判别井下不清洁情况。其中:当量循环密度差在应用中可以更明显地标示出井下不清洁情况。     

大位移井井眼清洁监测技术

大位移井因其大斜度段和水平段长,容易造成岩屑在环空中滞留或形成岩屑床。研究表明,利用环空压力变化可以有效监测井眼清洁程度。在钻头附近安装环空压力传感器,能够精确测量环空压力,但成本高,故障率高,大范围的应用受到限制。介绍了一种方法,可根据地面立压值来计算出环空压力,监测井眼不清洁的程度。其原理是:环空压力等于立管压力减去钻柱、井下动力钻具、MWD与钻头循环压降。井下动力钻具、MWD与钻头循环压降的计算是在假定井眼为清洁的情况下,通过立压、环空循环压降、钻柱与钻头压降等计算后获得。之后,将环空压力转换成循环钻井液当量密度,据此可以监测井眼清洁程度,为大位移井安全钻井提供了一定的依据。     

大位移井水力参数设计及计算方法

分析了大位移井钻井中岩屑运移以及钻井液环空流动的特点。通过总结归纳现有的大斜度井钻井中岩屑床厚度计算以及环空压耗计算模型,结合大位移井钻井的特点,建立了一套大位移井钻井中水力参数设计及计算方法,为大位移井钻井水力参数设计提供了一种实用手段。     

大位移井井眼清洁监测技术在大港油田的应用

随着大位移井及复杂结构井钻井技术的不断发展,井眼清洁及监测技术面临着新的困难和挑战。如何监测复杂地质条件、复杂井型条件下的岩屑运移状况,预测岩屑成床时间,帮助判断、处理井下复杂情况是现场迫切需要解决的问题。基于环空岩屑运移规律及岩屑床成床机理,采用岩屑运移多层模型,根据岩屑对环空压耗的影响以及环空压耗与循环钻井液当量密度的转换关系,建立了适合工程中监测井眼清洁状况的ECD曲线。并应用该技术对大港油区ES-H6井进行分析和指导。实例分析表明,ECD曲线是衡量井眼清洁与否的重要标准,应控制ECD曲线在合理的范围之内。另外,ECD主要与环空载荷、环空返速、钻井液性能等因素有关,对钻井液性能以及钻杆钻速的合理控制有利于大位移井的井眼清洁。     

M3井井漏原因分析及录井监测预防方法

在多年录井实践及综合研究的基础上,以M 3井下技术套管后循环钻井液时发生的井漏为典型实例,系统分析研究了钻井液静液压力、正常钻进时环空压耗、套管外循环钻井液时环空压耗等求解公式和方法,求证出在套管外循环钻井液时,由于环空较小,较大的钻井液排量产生了较大的环空压耗,是导致井漏的主要原因。就如何借助综合录井实时采集参数多、智能化等优势,实时监控、预测地层压力、地层破裂压力,实时计算出不同钻井液排量下的环空压耗,实时预测发生井漏的最小钻井液排量等,提出相应解决思路。由此得出的结论表明,充分利用好工程录井技术,可减少井漏事故的发生。     

水平井井身结构设计之压漏校核新方法

目前水平井已成为高效开发油气藏的一项重要技术,由于水平段地层压力剖面的特殊性,在钻井过程中随着井眼的延伸,水平段易发生井漏,直接影响了施工效率与钻井成本。基于水平井钻井过程中水平段的受力特点,结合水平段地层压力剖面特性,提出了一种压漏校核新方法,该方法将环空动态压力计算纳入水平井井身结构设计中进行考虑,逐段进行环空动态压力计算与校核,通过寻找压漏临界点确定套管下深,并根据钻井实践经验优化水平井井身结构,提高了水平井井身结构设计的科学性。该方法应用于水平井井身结构设计中,将有助于保障水平井钻井的安全性,提高施工效率,降低钻井成本。     

川西地区深井非常规井身结构设计与实践——以九龙山构造龙004-X1井为例

位于四川盆地西北部的九龙山构造属于多产层超高压气藏,地质条件复杂,深井钻进过程中,三叠系雷口坡组—嘉陵江组地层缩径卡钻、嘉二段盐水侵、飞仙关组—吴家坪组漏喷同存等故障频发,严重影响了深部井段的钻井安全、加长了钻井周期。为此,通过总结九龙山构造深井钻井施工的特点与难点,以及已钻井常规井身结构不足的原因,结合建立的地层三压力剖面上存在的必封点位置,进而提出了一套深井非常规井身结构优化设计方案,即在深部井段提供3层套管层次,以满足分隔深部窄密度窗口井段地层的要求且可灵活调整,同时下部井段的固井环空间隙能够保证注水泥的基本要求。该设计方案在龙004-X1井实践获得成功,平均机械钻速达到了1.89 m/h,钻井周期缩短至418 d,同比邻井事故复杂损失时间降低了2 589 h,满足了该区深井安全快速钻井的需要,为该区开发二叠系超高压气藏积累了宝贵的经验。     

南海流花超大位移井套管磨损预测方法

在超大位移井的钻进过程中,造斜段的技术套管会发生严重的磨损问题。建立了超大位移井技术套管磨损后剩余壁厚的定量预测方法。根据能量原理,即套管内表面的磨损体积与旋转钻柱在相同位置所作的功成正比,建立了技术套管磨损体积与井眼轨迹、钻具组合、机械钻速、转速、钻进井段长度及套管磨损系数之间的函数关系。在假设磨损截面为新月形的条件下,根据磨损截面的几何关系,建立了套管磨损深度与体积之间的关系。应用一口超大位移井的实测数据对建立的模型进行验证,结果表明该模型可以用于超大位移井技术套管磨损深度的预测。根据研究结果,简要说明了套管防磨技术的主要方法。     

南海流花超大位移井摩阻/扭矩及导向钻井分析

大位移井的井眼轨迹比较复杂,为准确地计算实钻井眼中管柱的摩阻/扭矩分布,采用了三维摩阻/扭矩计算模型和软件。文中给出了南海流花油田已钻5口大位移井的钻井与完井数据,并跟踪第5口超大位移井(C1ERW 5井),应用自主研发的摩阻/扭矩数值分析软件,对钻井及下套管作业过程中的摩阻/扭矩分布进行了预测分析,计算结果与实测数据吻合良好。同时,针对流花超大位移井所使用的带PowerDrive系统的底部钻具组合,定量探讨了旋转导向钻井系统的力学特性,并分析了其影响参数导向控制力、钻压、PD翼肋位置对钻头侧向力的影响,计算分析结果表明,通过调整PD翼肋导向控制力的大小和方位,便可有效地控制井眼轨迹。该研究可为后续施工的超大位移井工程提供重要参考。     

普光高含硫气井环空带压风险诊断与治理

含硫气井的环空带压过高会造成井下油管、套管、封隔器超压或挤毁失效,舍H2S的气体还会造成井口套管及套管头腐蚀,降低气井生产安全系数,增大事故隐患。文中针对油管、套管、封隔器的承压强度,借鉴APIRP90（（海上油气井环空套压管理》,对环空气压来源进行了分析,探索了气井的环空压力许可值理论计算方法,指出套管高压异常井应采取环空卸压和环空保护液灌注等措施,使环空压力和环空保护液的pH值均在受控范围之内,以此指导高含硫气井服役期间的安全管理。该方法已经在普光气田进行了推广应用,对于环空压力异常井的安全管理具有重要意义。     

深水井套管环空泄压装置的研制与应用

针对深水油气开发中因密闭环空压力升高而导致的套管挤毁、破裂等问题,研制了一种深水井套管环空泄压装置,并对其进行了性能测试和现场应用。该泄压装置以高精度破裂盘为核心部件,利用爆破片材料能瞬时泄压的特性,释放环空高压膨胀流体,消除套管环空压力升高带来的危害。破裂盘阀体选用SS316不锈钢,爆破片选用NS312镍铬合金,采用普通正拱形结构,最高设计破裂压力36.6 MPa;破裂盘套管短节采用双孔泄压设计,以防破裂失效。室内性能测试结果显示,破裂盘结构完整,耐温性能、时效稳定性好,能满足工程中0.80倍设计破裂压力条件下的稳压要求;实测破裂压力符合制造范围偏差±3.0%的设计要求;同时,随着流体介质温度升高,破裂压力降低,降低幅度不超过5.0%,小于破裂压力允值,满足现场应用需求。深水井套管环空泄压装置在南海东部某区块3口深水井进行了应用,均取得良好的应用效果,投产至今未出现由于环空压力升高导致的井下故障。研究表明,深水井套管环空泄压装置达到了预期的环空压力控制和管理的目的,可保障井筒安全。      

四川盆地高含硫气井完整性管理技术与应用——以龙岗气田为例

近年来,高酸性天然气井越来越多,但因技术和施工的瑕疵,往往导致气井功能不完整（如套管环空异常带压等）,已成为影响气井安全生产的重要问题。为此,在消化吸收国内外先进完整性管理理念的基础上,结合四川盆地龙岗气田高温（130~150 ℃）、超深（6 200 m）、高含硫（30~156 g/m³）、地层因素复杂等特点,从带压原因分析、井筒安全评估内容和流程、风险等级划分和防控措施等方面开展了气井完整性管理技术的研究与应用。制订了气井完整性管理相应的对策,即：对于已完成的老井加强压力、流体跟踪评价分析,加强井下及井口腐蚀状况监测、检测工作,定期对井筒安全状态进行评估,确保安全受控;对于待完成的新井,重点抓好井身结构、完井管柱设计与现场施工作业质量控制等环节,确保不形成新的环空异常带压气井。现场应用结果表明,形成的气井完整性管理方法及主体配套技术能够满足龙岗气田安全生产的需要。     

页岩气井井筒完整性若干研究进展

在页岩气开发工程中遭遇了井筒完整性问题，主要包括页岩气井水泥环密封失效引起的环空带压问题和页岩气井压裂过程中的套管变形问题。基于目前已有的相关研究成果，总结分析了页岩气井井筒完整性失效问题的相关研究进展情况。随着国内外学者对页岩气井压裂过程中套管变形研究的逐渐深入，认为页岩气井套管变形的主要影响因素包括压裂过程中的温度应力、储层非对称压裂、固井质量差及断层或裂缝滑动等。其中，压裂过程中断层或裂缝滑动造成的页岩气井套管剪切变形机理已经受到越来越多的研究人员关注，并提出可以通过提高套管强度和固井质量、避开断层或裂缝滑动区域来有效降低套管变形的技术对策。页岩气井水泥环密封失效主要由套管内压变化和套管偏心引起的水泥环屈服破坏、界面裂缝引起的窜流等问题造成的，通过采用膨胀水泥、柔性水泥及环空预应力等技术措施可有效减小水泥环密封失效的风险。通过优化设计页岩气井的特殊水泥浆体系，对于有效提高页岩气井水泥环密封完整性具有重要意义。考虑到水泥浆固井密封能力的局限性，还可以附加考虑在井眼环空局部采用机械密封方法达到密封完整性要求。关于页岩气井井筒完整性的研究结果，对于通过体积压裂完井的其它非常规油气井工程相关设计控制也具有重要的参考意义。     

深井和大位移井套管磨损程度预测

为提高套管柱强度设计准确性,防止磨损失控情况发生,深入分析了套管磨损预测技术。结合定向井钻柱力学研究成果,考虑钻柱刚度和屈曲的影响,推导了深井和大位移井的钻柱拉力-扭矩方程,建立了基于能量原理的套管磨损程度预测模型,并编制了预测软件。该预测软件可以预测包括钻进、起下钻具等作业过程的,不同套管柱层次、钻具组合、井眼轨迹、钻井液类型和钻井参数等情况的全井段不同井深所对应的套管磨损量。实例计算结果表明,编制的预测软件减小了人为的估计误差,预测值更为准确可靠。研究成果为深井和大位移井安全高效钻进提供了新的技术支持。      

35MPa环空放气阀设计及试验

环空放气阀是油气井中控制油管和套管环空通道的主要工具.研制了一种新型环空放气阀,密封面为球面金属密封.通过理论计算、有限元分析、室内试验,对环空放气阀进行设计分析和验证.结果表明,内部/外部压力产生的轴向力始终使金属密封面压紧,且内部/外部压力越大,密封面的压紧力越大;在额定工作压力35 MPa条件下,最大应力为193...