仿真化钻井井控培训系统的探索与设计

随着数字化潮流的飞速发展,仿真化培训已被越来越多行业广泛应用。井控培训机构要想融入数字化创新大潮,大力推动现代信息科技与井控培训的深度融合势在必行。分析了仿真化培训的优势,并提出仿真化培训演练系统的开发设计思路,使井控演练实现仿真化、沉浸化、实战化,为提高石油行业现场人员的技能水平提供坚实保证。     

天然气钻井井控中的几个关键问题

主要针对目前天然气钻井施上过程中容易忽视的几个关键问题,结合国际钻井的标准做法,从硬件的配套和实际操作方面进行了解释和论述,以提高《标准》在执行过程中关键部分的实施水平,杜绝井喷事故的发生。     

胜利油田老区调整井钻井井控技术

胜利油田老区由于经过长时间注水开发,地层压力紊乱,调整井钻井过程中常遭遇同一裸眼井段存在多套压力层系的问题,井涌井漏事故时有发生,加大了井控的难度。分析研究了胜利油田老区地层压力特征、调整井钻井过程中的出水外溢、井漏等复杂问题,探讨了油田注水开发过程中地层压力异常的原因,分析了诱发地层出水的原因及危害,进而提出了所应采取的注水井关井停注泄压、边溢边钻、压井、套管封隔等井控技术措施,实践证实了所用井控措施科学可行,为中后期油田老区调整井钻井井控提供了技术经验。     

天然气钻井井控技术的发展

国内天然气藏钻井井控技术、装备和规范在20世纪90年代发展到较为完善的水平,主要体现在四川盆地天然气主产区近20年没有发生恶性井喷事故。随着高压高产气藏的勘探开发,水平井和负压钻井等技术的推广应用,现有的井控技术已不能完全适应新形势要求,面临着诸多方面的挑战。为此,从4个方面提出了井控技术今后创新和发展的方向:一是完善井控理论和计算模型,开发先进实用的井筒剖面压力计算软件;二是提高井控装备配套水平,增强设备可靠性;三是研制井筒液面自动测定等仪器,做到及时发现溢流;四是完善闭路压力循环系统装置的研制,提高钻井的压力控制水平。这样,井控技术发展的目标就可以从预防井喷发展到保护油气层、预防资源破坏、预防环境污染和快速低成本地钻井。     

现行钻井井控标准存在的问题分析及建议

本文对目前国内8项钻井井控标准进行简单的介绍,结合实际应用对井控标准中存在的问题提出解决建议。     

欠平衡钻井井控考虑事项

常规钻井井控方法的基础是维持井筒压力大于被钻地层的孔隙压力，而久平衡钻井法却是有意识地使井筒压力低于地层孔隙压力，故现在常规钻井井控方法已不适应。文中在阐述欠平衡钻井特殊设备、该技术应用后井控程序的不同之处及对旋转密封分析讨论基础上，提供典型密封元件的磨损评价数据，并提出欠平衡钻井井控培训建议大纲。     

录井技术与钻井计算机仿真

该文探讨了钻井计算机仿真技术与现代录井技术的关系,认为钻井仿真技术是现代录井技术拓展其功能的有力工具,其一是可以促使综合录井更准确地预报井下事故,通过模拟正常情况下的“理论曲线”与“实测曲线”的对比分析来做出事故预报;其二是为录井的中长期预报创造了条件;其三是可以提供多项服务,便于钻井设计方案的选优和对录井技术人员进行训练和培训。文章还简介了钻井计算机仿真技术的现状,这一研究的定义、内容及发展趋势,探讨了该项技术的应用前景。     

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。     

录井技术在钻井井控中的作用

在多年现场工作实践和大量调研的基础上,简要分析了录井在井控中未能充分发挥作用的制约因素,依据现代井控技术特点、理论研究成果,简介了录井在钻前、钻井过程中所能发挥的作用,认为准确地检测地层孔隙流体压力、地层破裂压力和地层坍塌压力,建立正确的井眼压力剖面是井控的基础。结合精细控压钻井新技术的特点,探讨了满足精细控压需要录井技术如何发展等问题。通过简介国内外井底压力测量(PWD)系统,提出录井行业应该及早研制和应用PWD系统、随钻地层压力检测系统、声波随钻气侵检测技术、钻井液进出口排量等在线精确检测技术,建议录井行业应该在精细控压钻井中主动发挥作用,充分体现录井自身优势,扮演主角。在理顺机制的前提下,录井技术完全可以在井控工作方面大显身手,具有无限的潜力可挖。     

现行钻井井控标准存在的问题分析及修订建议

为了进一步提高钻井井控标准的科学性和可操作性,充分发挥其在钻井作业中的指导作用,对现行8项有关钻井井控标准（国家标准和行业标准）进行了简要介绍,分析了其特点;立足于当前钻井井控技术现状,按照钻井作业对井控技术与装置的需求,充分考虑井控装置的功能、井控装置最低配备要求并基于保证必要安全备用余量的思路,指出当前6项有效标准中存在防喷器组合形式、井控管汇流程、关井程序不合理等17项主要问题。通过对问题的深入分析,提出了可行的解决方案（修订建议）并进行了解释。研究与解决方案都基于油田钻井井控实际,可为下一步完善与修订相关井控标准提供依据。      

深水钻井隔水管反冲控制系统建模与仿真

海洋深水钻井作业过程中,由于动力定位失效造成钻井船无法保持其有效位置时,须断开隔水管与井口的连接,此时,隔水管会发生反冲,若反冲得不到有效控制,易发生钻井事故。为此,针对液压缸直接作用式隔水管张力器反冲控制系统,提出一种基于模糊PID控制器调节反冲阀开度,达到控制隔水管垂直位移的控制方法,并对控制算法进行设计。基于Matlab构建反冲控制系统的精确仿真模型,进行一系列的仿真研究分析。分析结果表明,闭环控制可以达到较好的控制效果,系统的稳定性增强,PID控制和模糊PID控制都能发挥较好的控制作用,有效地控制了隔水管的反冲速度,经过综合比较可知,模糊PID控制降低了隔水管起升位移的峰值,减少了液压系统的压力冲击,提高了系统控制性能。研究结果可为深水钻井隔水管的安全应用提供参考。     

深海钻井平台井控系统可靠性分配

深海钻井平台的井控系统是保证钻井作业安全的关键设备,其可靠性是一个重要指标,可靠性分配是可靠性设计的一个重要环节。概述了利用模糊层次分析法进行可靠性分配的原理及一般步骤;针对深海平台防喷系统的复杂情况,采取先简化模型再二次分配的方法,多次运用层次分析法完成对系统的可靠性分配。     

控制压力钻井技术全尺寸模拟井试验及分析

指出了控制压力钻井技术室内试验存在的不足,给出了控制压力钻井技术全尺寸模拟井试验的原理、方法和设备,验证了控制压力钻井技术的工艺流程和控压设备的可操作性以及自动控制系统控制能力。试验结果表明,该试验流程配套简单,可以较好地模拟钻井的整个过程,通过对采集控制系统的不断调试,掌握了其调节特性,为现场试验起到了很好的指导作用;同时指出,处理气体溢流时,必须配置针对极端非线性、时变和多变量耦合等过程特性的智能控制器。如果控压钻井自动节流管汇配套的是常规液压驱动的节流阀,在钻井泵启、停过程中,流量的变化速度远远高于节流阀的反应速度,而且井筒内流体存在巨大的惯性,套压控制过程中,ECD变化达到0.3,因此应采用电动钻机,这样可以逐步缓慢降低钻井泵的排量,从而实现恒井底压力控制。     

井控作业HAZOP技术及其模拟分析

介绍了由井控作业HAZOP技术和井控模拟相结合的方法研究井控安全问题。通过将HAZOP用于井控作业,建立了新的井控风险分析与识别系统,能预测出产生的可能后果,提出相应的改善对策。同时,基于＂U＂形管模型和泵送模型,建立了工程师法压井理论模型,编制了井控设计及模拟分析软件。因此,采用HAZOP对危险源辨识、评价和建议,与井控模拟相结合,形成了一个完整的井控作业HAZOP技术及其模拟分析系统,在钻井风险分析中有重要的实用价值。     

全尺寸深井钻井模拟装置对钻井技术发展的影响

缩短钻井周期是降低深井钻井成本和钻井风险的关键,这需要钻井新技术、新工艺、新材料、新工具的研究与应用,这必然要很大程度上依赖于大量的室内试验。斯伦贝谢Terra Tek钻完井实验室有全球最先进的全尺寸钻井模拟试验装置,在30多年间做了大量的模拟试验,试验结果对钻井技术发展、钻头设计、钻井液体系优选及性能优化起到了积极的促进作用。在介绍Terra Tek全尺寸钻井模拟试验装置的组成及主要功能的基础上,分析了该实验室在美国岩石力学协会钻井论坛、冲击钻井及深井钻井模拟试验中取得的主要成果,并介绍了该实验室在页岩气地层特点、开发技术和井眼稳定等方面取得的研究进展。      

泌深1井抗高温钻井液体系室内研究

泌深1井是中石化重点探井,设计井深6000m。根据邻井资料,预计井底温度可达245℃。该井进入四开4500m后,深部井段泥质含量高,高温造浆、垮塌风险大,且地温梯度高,钻井液必须抗高温且抑制防塌性能好。因此,进行了大量室内实验,优选出抗高温处理剂和抗高温水基钻井液配方,经245℃/16h老化后,该配方流变性好,API滤失量4ml,摩阻系数0.074,抗15%劣土、5%NaCl和0.2%CaCl2等污染能力强,页岩回收率达到88.66%,可以满足该井深部井段地质和钻井需要。实际完钻井深6005m,完钻后钻井液停止循环24h实测井底温度236℃,创国内最高井底温度记录。     

Study of a Mechanism for Well Deviation in Air Drilling and Its Control

Abstract

Air drilling applied in an oilfield of western China shows its advantages in enhancing the rate of penetration (ROP) and oil reservoir protection. However, wells deviate more severely in air drilling than in mud drilling, which constrains the its application. The main factors resulting in well deviation are bottom hole assembly (BHA) and formation. This article analyzes these two factors in air drilling. The analysis shows that there is no significant difference in the behavior of BHA during air drilling and during mud drilling. BHA is not the critical factor that results in more serious well deviation in air drilling. The fundamental reason is that the bottom hole formation character changes in air drilling. Air replacing mud in a bore hole would lead to redistribution of bottom hole stress. Greater anisotropy index of formation in air drilling leads to more serious well deviation, and the increasing invasion depth of bit teeth in air drilling aggravates the well deviation. This article will analyze the above changes quantitatively by describing rock failure of anisotropy formation in air drilling. Based on the mechanism of well deviation, two types of BHA are recommended: air hammer and pendulum assembly with air motor, which have been proven as effective measures of controlling deviation in air drilling in Tarim oilfield.     

大位移井钻井液体系的研发与现场应用

大位移钻井液体系(BH-ERD体系)是以高密度、强抑制、复合有机盐水为配浆基液,配合其他处理剂而形成的高性能水基钻井液体系。室内进行了核心主剂产品及配方研发,形成了复合有机盐加量为15%～20%的钻井液配方,各项性能均优于国内外传统的钾盐聚合物钻井液体系,先后在大港埕海一区、二区人工岛进行了12口井的现场试验,其中最大位移为3567.55m,最大井斜为95.23°,最大水垂比为2.57,没有发生任何事故与复杂。该钻井液体系解决了大位移井钻井施工过程中井壁稳定、井眼净化、润滑防卡等技术难题,打破了国外公司技术垄断的局面,经济效益和社会效益显著,现已形成了大位移钻井液设计、现场施工技术规范,实现了低成本国产化目标,为推广应用奠定了技术基础。     

固定同心式随钻扩孔器防斜打快技术初探

针对传统防斜打快技术限制机械钻速和防斜效果差的缺点，以及先进的自动垂直钻井系统成本高又无法大面积推广的现状，提出了采用固定同心式扩孔器进行边钻边扩来达到防斜打快的效果。其打快原理是：在钻进时，固定同心式扩孔器和领眼钻头形成的阶梯形井底改变了井底岩石的应力状态，使其容易破碎，从而提高机械钻速；领眼钻头可获得足够的机械和水力能量，能提高机械破岩能力及改善清洗井底的效果，从而有利于提高机械钻速。其防斜原理是：扩孔器受到的平衡地层的力克服了钻头偏斜力，使钻头中心线与井底保持垂直；扩孔器与领眼钻头之间的距离很短，使扩孔器下部钻柱弯曲变形十分有限，从而有效限制了钻头偏斜。现场应用表明，采用固定同心式扩孔器随钻扩孔能实现防斜打快的目的，并为防斜打快技术的研究提供了一套全新的思路。     

适用于钻水平井的可逆转油包水钻井液研究

针对目前油基钻井液钻水平井过程中出现的不足之处,研究了可逆转油包水乳化钻井液。该体系性能稳定,易于调控,具有较强的抗污染能力。通过引入新型流型调节剂,解决了油基钻井液钻水平井的携岩问题。研制出的可逆转乳化剂,通过添加水溶性酸可变成水包油乳状液。它具有很好的滤饼清洗作用,可改善裸眼完井生产,有效清除钻屑,有利于环境保护和储层保护。