控压钻井系统特性分析与关键工艺实现方法

在系统总结和对比分析国外控压钻井装备特点和技术特征后,重点介绍了国内首台PCDS-I精细控压钻井系统研制进展,阐述了装备结构组成和功能特点,同时开发了一套控压钻井钻进、接单根、重浆压井和起下钻等控压关键工艺实现方法。现场应用表明,该工艺方法动态压力控制精度高,钻进过程系统回压控制精度达到0.2 MPa,接单根、起下钻过程系统回压控制精度达到0.5 MPa,能满足现场控压作业要求。     

井下套管阀研究及室内试验

随着欠平衡钻井技术的深入研究和推广应用,全过程欠平衡钻井技术已成为研究热点。除了常规的欠平衡装备外,全过程欠平衡钻井还需配备井下套管阀,为此,研制了一种双液控井下套管阀。为检验该阀的使用可靠性,进行了全面的室内试验和测试,试验内容包括压力密封能力,高压、有流动情况下阀板关闭的动作准确性,模拟现场阀板下憋压时打开阀板的作业程序,检测在各种密封压力时阀的微泄漏量。试验结果表明,该阀达到设计要求,能够满足全过程欠平衡作业的工艺要求。     

单通道控压钻井装备压力控制方法与应用

为进一步提高钻井效率和降低钻井成本,研制了单通道控压钻井装备。该装备去除了冗余通道和辅助通道,优化设计了自动节流控制系统,降低了控压钻井作业成本;加强了模块化设计和自动控制软件功能设计,既可与自带回压泵配合,也可用钻井泵进行控压起下钻和接单根等作业,并开发了井口憋压接单根的专家模式以及进行欠平衡控压钻进作业的欠平衡模式;可与井下作业和固完井作业相结合,实现全过程控压作业。应用结果表明:单通道控压钻井装备在钻进过程中能够自动精确控制井口回压,自动监测钻井液进出口流量和立管压力,有效解决钻井过程中的漏失和溢流等问题。单通道控压钻井装备压力控制方法为安全快速钻井提供了保障。     

PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统研制与现场试验

精细控压钻井技术能有效解决窄密度窗口钻井涌漏同存的问题,提高钻井时效,但国内还没有成熟的精细控压钻井系统。为此,在对比分析国外Weatherford、Schlumberger和Halliburton三大公司精细控压钻井系统技术特点的基础上,根据控压钻井原理研发了具有自主知识产权的、基于井底恒压的PCDS-I精细控压钻井系统。介绍了PCDS-I精细控压钻井系统的组成及各组成部分的特点和功能,阐述了该系统实现精细控压钻井的工艺方法,并在四川蓬莱9井进行了精细控压钻井试验。结果表明:PCDS-I精细控压钻井系统整体运行稳定、无故障,经受住了现场工况的考验,实现了恒定井底压力控制和微流量控制,全工况回压控制精度达到0.5 MPa,技术性能指标达到了设计要求。     

国产精细控压钻井系统在蓬莱9井试验与效果分析

精细控压钻井是解决窄密度窗口安全钻井问题的新技术之一,其目的是精确控制环空压力剖面,实现井底压力的恒定控制。介绍了自主研发的PCDS-I精细控压钻井系统装备特点、现场试验与应用情况。该系统整体运行稳定、无故障,经受住了现场工况的考验,实现了恒定井底压力控制和微流量控制,钻进过程中,系统回压控制精度达到0.2 MPa,接单根、起下钻过程中,系统回压控制精度达到0.5 MPa。     

控压钻井环空水力模拟计算

环空水力模拟是控压钻井技术的一个重要组成部分。环空水力模拟不仅可用于控压钻井水力参数设计,还能指导现场实时判断、准确地处理井下出现的各种复杂情况。详细地分析了控压钻井作业环空水力学特征,根据实际钻井液特性,选择相适应的钻井液流变模型,综合考虑井下温度、压力对钻井液密度和剪切应力的影响,进行控压钻井环空水力模拟计算。与实施控压钻井的2口井现场实时PWD数据进行对比,表明水力模拟结果与现场数据较为吻合,可用于指导现场施工。     

密闭系统岩屑取样装置现场试验研究

在含硫地层进行钻井过程中,循环返出的钻井液可能含有硫化氢等有害物质,必须采用密闭系统对钻井液进行处理后才能进行欠平衡钻井作业。在使用密闭系统进行钻井作业过程中,现有的常规开放式岩屑录井取样方式和装置将不能满足密闭系统运行的安全性和可靠性要求。为了在密闭系统中能够安全、方便且及时的获取地层岩屑样品,以满足录井需要,研制了密闭系统取样装置。在完成装置样机的试制和室内试验后,进行了现场 试验,试验结果表明,该装置结构设计合理,系统运行安全平稳,采集的岩屑品质较好,能够满足现场岩屑录井要求。该装置的研制填补了国内空白,为密闭循环系统配套的进一步研制和推广提供了可靠的装备支撑。     

控压钻井装备及技术研究进展

控压钻井技术可有效解决窄窗口钻井过程中出现的喷、漏、塌、卡等多种复杂问题,而控压钻井需要使用一些先进的技术装备。为此介绍了国内、外控压钻井装备及技术现状,并说明了目前国内在控压钻井和技术方面取得的进步,但仍需不断提高控压钻井工艺技术水平,特别是提高地面压力控制装置、井口连续循环钻井装置、环空压力随钻测量装置等核心装备的工作可靠性、稳定性和精度,尽早实现控压钻井装备的国产化。最后指出,国内在控压钻井理论、设计、工艺和软件等方面取得一定成果,但需要进一步配合装备在现场应用中不断成熟和完善。     

螺杆泵性能检测试验台

螺杆泵性能检测试验台用于检测螺杆泵的综合水力特性。该试验系统集机械、液压、电气、计算机数据采集和控制于一体,通过模拟螺杆泵的实际工况,对螺杆泵的容积效率及井下泵效进行检测,从而为现场科学、合理地使用螺杆泵提供依据,同时,也为螺杆泵进一步的科学研究提供了必要的手段。     

控压钻井自动分流管汇系统设计与数值模拟研究

为解决精细控压钻井回压补偿系统价格高、占用井场面积大的问题,设计了一种用于控压钻井的自动分流管汇系统,用以替代现有精细控压钻井设备中的回压补偿系统。设计的自动分流管汇系统结构简单,适应能力强,具有钻井泵单泵工作模式、双泵工作模式和常规钻井大排量模式,可满足现有精细控压钻井各种工况的转换要求。根据质量守恒方程、动量守恒方程及节流阀开度的控制方式,建立了自动分流管汇系统的数学流动模型,并采用数值方法求解了数学流动模型。数学流动模型的计算结果和计算流体动力学模拟结果都表明,该自动分流管汇系统能将井口压力稳定控制在设定压力,能够满足精细控压钻井需求。      

海洋天然气水合物试采关键技术

针对海洋天然气水合物开发技术与常规海洋油气开发技术的异同,分析了海洋天然气水合物储层特性和试采面临的挑战,介绍了天然气水合物试采关键技术,包括控压钻井技术、套管钻井技术、抑制性钻井液、钻井液冷却系统、低温低放热水泥浆体系、完井技术、开采方式优选和储层及环境监测技术等,指出了我国海洋天然气水合物试采应围绕水合物物理力学性质、安全成井、连续排采与防砂、开采方法适应性评价、试采过程储层参数和地层形变监测等技术难题开展研究,通过示范工程,形成海洋天然气水合物试采技术体系,为我国海洋天然气水合物的高效开发提供技术支撑。      

川庆钻探工程公司精细控压钻井系统研发及应用

控压钻井技术是近年来发展起来的一项新技术,主要应用于窄安全密度窗口、不确定性压力系统地层的安全钻进。在国内外控压钻井技术发展基础上,基于智能化、信息化、集成化的钻井技术发展方向,采用分散集中控制思路,研发出一套自主知识产权的精细控压钻井系统,实现井筒压力闭环精细控制。该系统通过随钻实时监测井底及地面工程及设备参数,并进行分析及决策,实现井底压力的自动精确控制。该系统在南堡油田进行工业应用,开创了国内控压钻井技术工业应用的先河,解决了该区块奥陶潜山窄安全密度窗口地层恶性漏失、漏喷共存、难以钻达设计地质目标的难题,取得了显著效果。     

压力控制钻井井底压力控制方法

针对常规过平衡钻井和欠平衡钻井（UBD ）在实际的钻井工程作业中有许多需要克服和完善的地方,近几年国外在 实际生产中为了完善钻井工艺和技术,在常规过平衡钻井和欠平衡钻井的基础上发展了压力管理钻井（MPD ）,国内称为压力 控制钻井,并在一些地区得到了实际的生产应用,效果很好,其实际生产应用前景很广阔。压力管理钻井中的核心部分就是对 于井底压力的控制,不同的钻井工艺对于压力的控制方式不同,介绍了几种井底压力的控制方式,分析了其优劣势,为其现场的 进一步应用提供了借鉴。     

钻机井架安全承载能力评定方法研究

钻井是石油天然气勘探与开发的一个重要环节，钻机井架作为钻井设备的关键部分，其承载性能直接关系到整套钻机系统的安全运行。为了准确评定出钻机井架的安全承载能力，提出了以测试应力为基准定量评定含损伤缺陷钻机井架安全承载能力的新方法。首先建立了以测试应力为基准的参考应力修正数学模型，其次推导出以截面锈蚀、杆件初弯曲、载荷偏心等主要损伤缺陷指标所确定的修正函数，得到真实反映含损伤缺陷钻机井架力学行为的数值修正模型，实现对安全承载能力的预测。对现场某型号钻机井架进行逐级加载试验，得到了载荷与应力的关系曲线；结合现场钻机井架实际的损伤缺陷状况修正数值模型，并进行了数值仿真模拟加载试验，实测值与仿真值误差在5%以内，验证了该数值模型的准确性。最后根据仿真预测结果对该井架安全承载性能进行了评定，为提高油气勘探开发过程中钻机系统的安全运行提供了参考。     

国产精细控压钻井装备在塔里木盆地的应用

塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩地层属于典型的窄密度窗口地层,常规钻井存在诸多技术难题,井下复杂情况频发,水平井常常因井漏溢流而被迫提前完钻。针对该区块地层特点、钻井难点及控压钻井的应用情况,对比分析了国产精细控压钻井与国外相关公司的装备特征,重点介绍了国产精细控压钻井装备在塔里木盆地碳酸盐岩复杂地层实施中的适应性、对策及应用效果,其中在TZ26-H7井创造了进尺1 476 m的新纪录（水平段进尺1 345 m,全井水平位移1 647 m）。该区3口井水平段钻井应用的结果证明：国产精细控压钻井装备及技术能够适应塔里木油田碳酸盐岩裂缝性储层的钻井需求,有利于储层油气的发现和保护,可有效控制溢流、漏失等井下复杂对钻井作业的影响,减少非生产时间损失;国产装备的各项性能和指标均达到或超过国际先进水平,为常压压裂缝性窄密度窗口油气层安全钻井提供了一种技术手段,具备投入规模化工业应用的条件。     

控压钻井多相流温度场预测

控压钻井钻遇储层产生气侵时,会使井筒内气液两相流在不同井深、温度条件下呈现出不同的流态,从而影响环空的压力分布。为此,基于井筒传热方程和能量方程,建立起了控压钻井井筒多相流温度场计算模型,并利用循环迭代法和数值分析法求解钻柱内和环空流体温度剖面。用实例分析其随循环时间、钻井液密度及钻井液排量增加而减小的规律;计算结果与PWD实测数据误差小于2.87%,能够满足控压钻井数据计算及现场施工需要。     

定向井随钻井壁稳定预测方法及其应用

常规井壁稳定预测方法不适用于定向井。根据岩石力学和地震反演原理提出随钻预测定向井稳定性的新方法,包括钻前预测与随钻修正2个操作步骤。通过分析地震数据与岩石力学参数之间的定量关系,建立了包含孔隙压力、地应力、岩石强度等井壁稳定参数和地震记录的非线性模型,基于其利用地震资料直接反演井壁稳定参数,实现钻前预测井壁稳定性,为钻井设计提供依据。实钻中结合定向井的实际施工情况,通过实时反演对钻前预测的井壁稳定数据模型进行随钻修正更新,及时优化调整钻井方案以避免工程复杂故障。该方法在涪陵页岩气田进行了应用,结合"井工厂"钻井作业模式,形成了井壁稳定预测现场操作方案。现场应用情况表明该方法预测精度较高,具有良好的实时操作性能,有利于定向井的安全快速钻井。     

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。     

声波随钻气侵检测实验研究与应用评价

在油气生产过程中，气侵造成的损失非常巨大，而且还一直威胁油气田的安全生产，如何快速、准确地检测到气侵，是长期困扰石油天然气钻井的难题。借助于中原油田全尺寸科学实验井，通过大量理论研究和试验分析，认为解决这个问题的最有效手段是声波气侵检测法。具体办法是在生产过程中，借助于专门的发生器发射声波，由气侵检测仪对接收到的信号进行调理，编制专门软件将采集到的声波信号数据用相位差法和概率密度技术进行分析处理，据此判断当前井下是否发生气侵，其快速和准确程度大大超过了以前的检测方法。多次试验〖ＪＰ２〗数据均完整地反映了气侵发生对声波传播规律的影响，说明利用声波气侵检测技术可以为安全钻井提供科学依据。