大位移水平井段岩屑运移实验研究

以相似系统理论建立了大位移水平井携岩实验装置,并根据颗粒雷诺数相似推导了实验装置与原型的参数相似关系,实验研究了环空返速、钻井液密度及有效黏度、岩屑密度及粒径大小、钻杆转速及偏心度、井斜角、机械钻速和井眼尺寸等10个参数与无因次岩屑床厚度的变化关系,在此基础上采用非线性回归方法建立了大位移水平井稳态无因次岩屑床厚度方程,并根据文献对模型进行了验证。模型对于确定大位移水平井井眼净化最小携岩排量和优化机械钻速具有参考意义。     

泡沫钻水平井岩屑颗粒的运移规律研究

水平井岩屑大量堆积会引起摩阻和扭矩增加,还可能出现许多复杂问题,严重时会出现卡钻事故,甚至影响后续作业。为了研究大斜度及水平井中岩屑的输送规律,文章基于泡沫流体的特殊流变模型,建立了垂直/近垂直段、过渡段和大斜度/水平段岩屑输送的数学模型,并对岩屑床厚度随井斜角的分布特征以及不同泡沫流动参数对环空岩屑床厚度的影响规律进行分析。结果表明,井斜角、环空速度、泡沫质量、岩屑粒径和偏心度是影响环空岩屑传输的关键因素。环空中岩屑床的厚度随着井斜角的减小而减小;随泡沫流速、质量的增大而减小;随钻柱偏心度增大而增大。因此在现场作业中,在大斜度井段应降低钻柱偏心度,保证钻柱居中度,同时旋转钻柱、提高泡沫流速或增加泡沫质量来减小岩屑床的厚度,以便更好地改善井眼的清岩效果。     

大斜度井偏心环空钻柱旋转对岩屑运移的影响

在钻井过程中,当液流速度小于岩屑悬浮运移速度时,岩屑容易在大斜度井段沉降并形成岩屑床,导致钻柱卡钻、高摩阻和扭矩、低机械钻速等问题。建立大斜度偏心环空三维物理模型,采用结构网格划分环空流体域,用滑移网格模拟钻柱旋转。基于欧拉固液两相流模型和Realizable k-ε紊流模型,考虑钻井液对岩屑的举升力、岩屑加速产生的虚质量力以及固液间的动量交换,模拟了钻柱旋转条件下井斜角、岩屑注入浓度、钻井液速度和黏度对岩屑运移的影响。研究表明：钻柱旋转使得岩屑床床面沿旋转方向倾斜,沿井眼呈不对称分布状态,并能够显著减小环空岩屑浓度,其变化幅度受钻井液入口流速、井斜角、钻井液黏度和岩屑注入浓度的影响,但当转速达到某一临界值后,旋转作用效果将减弱。研究结果可为采取合理措施提高岩屑运移效率提供参考。     

水平井钻井第二洗井区环空止动返速的计算

根据水平井钻井液携岩要求和岩屑床理论模型，给出了大斜度井及水平井钻井第二洗井区环空止动返速的计算方法，分析了影响环空止动返速的诸种因素。统计得出，我国目前水平井钻井第二洗井区环空止动返速为０．８０～１．０３ｍ／ｓ，可供该洗井区的水力参数及流变参数设计时参考。实例分析表明，采用环空止动返速能准确地评价第二洗井区岩屑床的运移状态。     

水平段环空压耗与岩屑运移规律数值模拟

环空压耗是油气井控压与水力参数设计的基础,由于在水平段存在岩屑床、钻具偏心等特点,水平环空压耗的计算不能简单套用直井段压耗计算模式。采用流体力学软件CFD对环空固液两相流动进行数值模拟,建立水平段环空物理流动模型和数值模型,给出了水平段岩屑分布状态和压耗分布情况,分析了岩屑物性对环空压耗的影响规律,为现场准确计算环空压耗提供理论依据。     

泡沫质量和环空返速对泡沫携岩能力影响的数值模拟

尽管泡沫钻井具有较强的携岩能力，但在水平井钻井过程中，环空内依然存在岩屑传输困难的问题，有效降低或消除岩屑床是成功钻进的关键。根据质量守恒定律和动量守恒定理，运用计算流体力学软件FLUENT求解器，针对环空中泡沫和岩屑的混合流动过程进行了数值模拟，得到了偏心环空中不同泡沫质量和环空返速条件下岩屑床高度的变化规律，并与常规钻井液的携岩能力作了对比。研究结果表明:泡沫钻井液具有较强的携岩能力，在水平段所形成的岩屑床高度低于常规钻井液条件下的岩床高度，泡沫质量和环空返速对岩屑运移具有较大影响。     

带旋转管柱连续管钻井岩屑运移研究

针对连续管钻井过程中水平段岩屑运移困难、管柱摩阻大影响连续管钻井水平延伸能力的问题,提出了连续管水平段旋转管柱钻井系统,该系统由不旋转连续管和部分旋转管柱组成。建立了连续管水平段环空三维流体域模型,并进行数值计算,研究了管柱旋转速度、旋转管柱直径及管柱偏心度等参数对水平段环空流动及岩屑运移的影响。研究结果表明:水平段设置旋转管柱可使连续管钻井水平段环空流体产生旋转流动,岩屑分布均匀,环空压降减小;转速越大,岩屑切向速度也越大,旋转管柱直径增大能提高环空岩屑切向速度;在偏心状态下岩屑更容易在环空底部堆积,但管柱旋转不仅提高了旋转部分岩屑的切向速度,也提高了非旋转部分环空岩屑的切向运动能力;随着管柱旋转速度的增加,水平环空非旋转部分岩屑体积分数逐渐减小,提高了水平环空的清洁程度。研究结果可为合理设计连续管水平井段部分旋转管柱钻井系统提供理论依据。     

泡沫钻井环空岩屑浓度影响因素分析

为了准确地计算泡沫钻井环空岩屑浓度,利用多相流体力学方法计算了该值,并着重分析和讨论了岩屑直径、岩屑形状和注液流量对其的影响,建立了泡沫钻井过程中泡沫、岩屑在环空中流动的数学模型,还采用修正Simple方法对该模型进行了数值求解。计算结果表明：①岩屑颗粒直径越大,环空岩屑浓度越大;②岩屑形状越不规则,环空岩屑浓度越低;③在浅井段,环空岩屑浓度随注液流量的增大而增大,而在深井段,环空岩屑浓度随注液流量的增大而增大;④该数学模型考虑了加速度和泡沫与岩屑之间相对滑动的影响,预测的井底压力更接近于实验数据,计算的环空岩屑浓度更准确。     

气体钻水平井岩屑运移数值模拟研究

针对气体钻水平井过程中的井眼净化问题,开展了水平段岩屑运移特征研究。基于气固两相流动模型,采用FLUENT软件模拟了气体钻井条件下不同粒径、不同注气量、不同钻杆转速和不同钻杆偏心距下单颗粒岩屑和岩屑颗粒群在水平环空的运移特性。模拟结果表明,单颗粒岩屑在水平环空的运移以跃移形式为主,而岩屑颗粒群的运移主要包括蠕移和跃移两种形式;粒径5.0 mm岩屑在注气量50,70和90 m3/min下的首次跳跃距离分别为0.55,0.90和1.50 m;在注气量为50 m3/min时,粒径1.5 mm岩屑的首次跳跃距是粒径3.0 mm岩屑的1.5倍;粒径7.0 mm岩屑在钻杆静止和转速为60 r/min下的第3次跳跃距离分别为0.43和0.62 m;粒径6.0 mm岩屑在偏心距0,10和15 mm条件下的第2次跳跃距离分别为0.55,0.44和0.28 m。研究表明,注气量越大、粒径越小、偏心距越小、钻杆转动越快,则岩屑运移的距离越远。建议采取适当提高注气量、安装水平井井眼净化工具、提高钻杆居中度等措施,以提高井眼净化效果。      

旋流快分系统（VQS）环形空间内气相流场的研究

采用激光多普勒测速仪（LDV）对旋流快分系统（VQS）内环形空间的气相流场进行研究。结果表明，VQS系统内环形空间的气相流场具有双涡特性，内外涡的分界点处存在最大的切向速度。由于流体与双侧壁面之间的摩擦造成能量损失和湍流能量耗散，导致最大切向速度不断衰减且位置沿轴向向下逐渐向提升管外壁移动，同时涡量传递造成外部的准自由涡区逐渐增大，内部的准强制涡区逐渐缩小。轴向速度沿径向呈明显的线性分布，下行轴向速度沿提升管外壁向封闭罩内壁的径向方向逐渐增大。轴向速度的径向梯度沿轴向向下逐渐变小，轴向速度分布也逐渐趋于水平直线状。整个环形空间内，切向、轴向相对湍流强度分布稳定，湍流脉动与扩散比较平缓，有利于气流稳定下行，避免纵向环流、涡旋死区的发生。     

蜗壳式旋风分离器环形空间流场的研究

流场测量表明蜗壳式旋风分离器环形空间的速度场和静压场是非轴对称的 ,存在着切向速度的增高区 (0～ 1 80°,以入口处为 0°)和降低区 (1 80～ 360°)及相对应的静压分布降压区和增压区。在升气管管壁表面附近存在有低速的“滞流层”。蜗壳式旋风分离器环形空间的这种流场分布对颗粒在环形空间的运动过程和旋风分离器性能有重要影响。     

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加重钻井液在倾斜井眼的特殊垂沉现象，将加剧水平井钻井过程中井眼净化的难度。通过自制垂沉实验仪器，研究加重钻井液中重晶石材料在常温常压下的静态垂沉现象、规律以及钻井液静切力对垂沉的影响。室内研究表明，加重钻井液在倾斜状态下的垂沉程度可以用倾角和钻井液流变性关系的函数来表示。垂沉是一种沉降不稳定现象，实质是钻井液体系处于短距离重力沉降环境和Ｂｏｙｃｏｔｔ效应下，其下部在单位时间内的颗粒沉积量及底层密度均比垂直状态时大，因而若提高钻井液体系的悬浮能力，即可防止加重钻井液出现垂沉。     

气体钻水平井的携岩研究及在白浅111H井的应用

目前国际上流行的斜井、水平井气体钻井流动计算与井下真实情况相比有很大区别,从而导致计算得到的携岩气体需求量过小,难以保证井下正常携岩、清岩。通过研究气体钻水平井的携岩问题,发现水平井气体携岩的规律与垂直井有本质不同。依据研究结果所得出的携岩气体需求量比目前国际流行计算的结果要大50%~100%,而且还需要配合其他措施,方可保证井眼净化。文章简要介绍了研究结果在白浅111H井的应用。     

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文章根据气井天然气的性质,推导出了利用气井环空气柱压力,计算井底压力的精确求解数学模型与近似求解数学模型,提出了以近似求解数学模型计算结果为精确求解数学模型赋初值的计算程序和在气举工艺设计与诊断诊断中的实际应用。实际应用结果表明,本文推导、提出的数学模型与计算程序科学、合理、可靠、实用、不仅对这一课题的深化研究有着显著的促进作用,而且在解决采气工程的实际问题中具有显著的推广应用价值。     

W/O型乳化液在环形流道中的静电聚结机理与特性研究

基于自行设计的立式环形流道连续流动静电聚结试验装置和高压/高频交流电源,较为系统地研究了电压、频率、脉宽比、电场停留时间等参数对W/O型乳化液中分散相水颗粒静电聚结特性的影响。结果表明,电场停留时间和电压是影响水颗粒聚结效果的主要因素;频率、脉宽比对水颗粒聚结效果影响较小,但对电能消耗产生重要影响。因此必须结合特定的乳化液,综合考虑聚结效果、处理效率和能量消耗,选择合理的操作条件。     

松南气田火山岩气藏水平井钻完井关键技术研究

松南气田是中石化正在进行产能建设的重要气田,目前正采用水平井技术进行整体开发。该气田地质情况非常复杂,上部易缩径、掉块、垮塌并含有浅层气,下部地层坚硬、研磨性强、地温梯度高并含有水层;主力储层为火山岩,孔洞是主要的储集空间和储集类型,裂缝是沟通孔隙的渗流通道,易漏失、易污染并含二氧化碳。复杂的地质条件,给该气田施工水平井带来了钻井效率低、储层易污染、轨迹控制难度大、钻井液性能难维护、完井工艺复杂等难题。通过技术攻关,目前已成功钻成两口高产水平井。文章详细介绍了松南气田施工水平井的主要技术难点及关键技术。
     

库车坳陷下白垩统天然气运聚系统与油气运移研究

以气势的分布及其在地质历史时期的演化为基础,考虑到流体动力与油气运聚的关系,再根据油气运聚系统的划分原则,对下白垩统巴什基奇克组在不同地史时期的天然气运聚系统进行了划分和研究,探讨了天然气的聚集和成藏规律。同时结合运聚系统、低势区的分布及其演化特点、生烃中心位置及断裂发育情况,对天然气的运移方向做了进一步的综合分析。     

鱼骨型分支水平井钻井技术开发煤层气技术难点分析及技术对策

我国煤层气勘探开发由于普遍采用直井钻井技术，煤层井眼裸露面积小，导致单井产量低，至今未形成工业规模。鱼骨型分支水平井能够充分增大煤层井眼裸露面积，大大提高单井产量，但在井眼稳定和井眼轨迹控制方面存在一系列技术难题，作者通过近年的研究，对煤层气鱼骨型分支水平井钻井井眼稳定和井眼轨迹控制技术难点进行了研究分析，并借鉴国内外石油工业钻井中成熟的技术，结合国内钻井技术水平，提出了井眼稳定和井眼轨迹控制技术方案，同时对煤层气鱼骨型分支水平井技术下步攻关方向进行了阐述。     

油房庄油田定31井区长1油层组流动单元的划分及其地质意义

通过对鄂尔多斯盆地油房庄油田定31井区长1油层组进行沉积分层,并依据岩石物理特征参数,采用直接聚类分析的方法,将该区长1油层组划分为A、B、C、D四类流动单元并对其地质意义进行了分析。研究结果表明,A类流动单元渗流能力和储集能力强,采出程度高,剩余油饱和度低;B类流动单元渗流能力和储集能力较强,采出程度较高,为研究区主要的生产层系;C类流动单元渗流能力和储集能力一般,采出程度较低,剩余油饱和度相对较高;D类流动单元渗流能力和储集能力差,为非产层。