井内波动压力

管柱(钻柱、套管和油管等)在充满流体的井内运动,会产生波动压力,这个附加压力会影响井内压力系统的平衡关系。本文介绍了稳态波动压力计算方法的要点,并指出其粘附系数K值计算曲线所存在的问题。这是因为常用的钻井液多为幂律流体和宾汉流体,而原作者用牛顿流体的K值曲线计算井内波动压力,显然不符合井内实际情况。在分析波动压力机理的基础上,本文推导出适合井内幂律流体和塑性流体K值的计算公式。稳态波动压力计算方法,由于未考虑流体的压缩性和流道的膨胀性等具体井内条件,故只适用于浅井。1977年以来,美国AMOCO公司的研究人员,以弹性-可压缩流体理论为基础提出了瞬态波动压力计算方法,由于所考虑的条件更符合井内实际情况,所以更具有普遍性和准确性。     

欠平衡钻井井底压力预测与控制技术

在欠平衡钻井过程中,为避免井底压力波动过大,引起过平衡状态,对产层造成伤害,保持全过程欠平衡钻井十分必要。分析了影响井底压力波动的因素,介绍了国内外在井底压力控制技术方面的最新研究成果,总结了欠平衡钻井井底压力预测技术研究现状。通过分析该研究领域内存在的不足及应用上的局限性,提出了解决井底压力波动的最新压力预测及控制技术的研究方向,即建立井筒和地层耦合的动态欠平衡钻井模型,实时监测和控制井底压力,在起下钻及接单根过程中,用地层流体的适当流入来代替中断的地面注入过程,避免井底压力波动过大而引起过平衡的钻井状态,保持全过程欠平衡钻井,最大限度地保护产层。另外,为了保证欠平衡钻井井底压力预测的有效性,提出了井底压力预测应采用稳态模型和动态模型结合的新方法。     

水力压力波动注入压裂增产工艺的力学原理

为了提高水力压裂的改造增产效果, 解决连续油管环空水力压裂作业中高泵压的难题, 提出了一种新的水力压力波动注入压裂增产工艺。基于水力压裂原理, 解释了水力压力波动注入条件下井筒压力系统变化规律; 根据流体力学、弹性力学及波动力学理论, 建立了水力压力波动注入压裂增产工艺的基础力学原理。分析结果表明, 水力压力波动注入条件下, 井筒内流动流体发生了能量转换, 在井底附近产生了不稳定的压力波动, 这种由于不稳定注入排量产生的不稳定的压力波动在储层裂缝内以压力波的形式传播; 水力压力振动波沿缝长方向传播时并不是以恒定压力振幅传播, 而是呈现压力振幅衰减的规律; 水力裂缝的长度和宽度随着压裂泵工作转速的增大而增加。研究结果表明, 水力压力波动注入压裂增产工艺可以提高水力压裂的改造效果和油气井的产量, 建议将该工艺方法应用到现场水力压裂作业中。     

用动态法研究井内波动压力

井内波动压力是管柱在充满流体的井眼内运动时所产生的附加压力。有时它会破坏井内压力系统的平衡而引起井喷、井漏、卡钻及污染泥浆和油气层等恶果。因此,准确可靠地预测井内波动压力是平衡钻井和合理设计井身结构的重要环节。但是,目前国内钻井工作者对波动压力的认识,一般仍停留在1954~1964年Clark、Burkhardt等学者以刚性管-不可压缩流体理论为基础,用固体类型分析法推导计算井内波动压力数学模型的水平上。而这一套稳态计算方法未考虑泥浆的可压缩性及管柱、井眼的弹性,因此其计算结果与实际情况出入较大。本文运用力学的基本原理,成功地预测了波动压力的变化规律,并且应用先进的测试工艺,实测了许多波动压力变化曲线,而后将理论研究和实验手段结合起来,运用动态分析方法,准确地预测了井底波动压力的变化规律,获得许多新认识。可为今后指导现场生产提供依据。     

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管柱在充有钻井液的井内运动时会引起波动压力,将使井内压力系统失去平衡而引起井喷、井漏、井塌或卡钻等井下复杂情况和事故。故准确预测和控制波动压力是钻井工作者关心的问题。本文提出了井内波动压力的动态模拟法,并对有关的影响因素进行了分析。     

水力脉冲射流压力波动特性规律研究

脉冲射流在井底能够产生瞬时负压和脉冲冲击等作用,减小岩屑的压持效应,提高破岩和清岩效率。在建立水力脉冲射流特性模型的基础上,研究了水力脉冲射流压力波动随管路变化的趋势,分析了管路长度和粗糙度等因素对脉冲压力波动特性的影响,并通过室内试验对分析结果进行了验证。分析结果表明,水力脉冲射流发生器能将连续射流调制成脉冲射流,并在后接管路中形成周期性压力波动;随着流体在管路中前进,脉动压力幅值呈线性衰减,且脉动压力幅值的衰减随管路长度的增加而减小;在后接管路长度和粗糙度一定的条件下,管路中的脉动压力幅值随水力脉冲射流发生器入口排量的增大呈增大趋势。     

高温高压油井套管下放波动压力研究

波动压力是破坏井眼压力平衡系统导致井喷、井漏、井塌及其他复杂情况的重要原因,其预测及应用在钻井工程中占有重要地位。在固井作业下套管过程中,主要表现为激动压力,通过控制套管下放速度来控制激动压力,从而实现全过程平衡压力固井,不压漏低压层和保护薄弱地层。波动压力预测作为非常规套管柱设计的主要因素,在海洋高温高压钻井中显得尤为突出。尽管动态计算方法能较准确地计算井底波动压力,但是从安全角度来考虑,稳态法更适合实际工程计算。     

可控震源液压系统压力波动的故障排除方法

压力波动是可控震源液压系统比较常见的一种故障现象。造成液压系统压力波动的原因有很多,掌握液压系统的工作原理才能准确地排除故障。本文介绍了一个振动压力波动故障现象,通过分析振动泵的工作原理,找出了引起这一故障的原因。     

钻井泥浆泵失控/重载引发的波动压力

泥浆泵失控/重载引发的不稳定流动对泥浆泵设备损害较严重,容易给钻井作业带来安全隐患.考虑钻井液压缩性、管道弹性,结合井口泥浆泵及其管路的特殊结构,建立了钻井中泥浆泵失控/重载等事故引发的泵入口管线的波动压力模型.以一个具体的工程实例为背景,借助计算机编程对其求解.计算结果表明,当立管压力为18 MPa时,双泥浆泵失控引发的波动压力高达6.77 MPa,双泥浆泵重载引发的波动压力高达11.59 MPa;随泥浆泵数量增多/立压增大,增大了泥浆泵高速运转的惯性,从而泥浆泵入口管线所受波动压力增大;随泥浆泵入口管线长度增大,增大了波动压力的摩擦阻力做功,减小了波动压力动能及压力势能的转换,从而泥浆泵入口管线所受波动压力减小,波动压力叠加时间滞后.     

定向井同心环空中卡森流体稳态波动压力的研究

管柱在充满钻井液的井眼内运动时所产生的压力波动,是影响井眼稳定性的重要因素。其值的大小,是确定泥浆附加密度的主要依据。因此,要求对实际波动压力的预测有较高的精度。多年来,常用的波动压力计算模式多为近似模式,存在较大误差。为此,从理论上对定向井同心环空中起下钻时管柱在卡森流体中运动时钻井液由粘滞性产生的波动压力进行了分析,建立了理论模式。为便于现场应用,绘制了不同情况下波动压力系数的变化规律图,并给出了计算示例。     

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在常规井眼中,钻柱在充有钻井液的井筒内运动时会引起波动压力,破坏井眼系统压力平衡,导致井喷,井漏和井塌或卡钻等吉下复杂情况和事故,在小井眼中,由于水力学系统各流道组合发生了改变,预测和控制小井眼波压力就显得尤为重要,文章结合小井眼钻井实例,定量分析了有关因素对小井眼波动压力的影响,提出了在小井眼起钻中,严格控制起下钻速度的重要性。     

高温高压钻井液密度预测新模型的建立

建立了温度和压力对钻井液密度影响的数学模型。该预测模型更加全面,预测精度更高。利用该模型,建立了井眼中的常密度温度分布规律,以及钻井液静态液柱压力分布及当量静态钻井液密度随井深的变化规律,从而能准确地分析预测出钻井液密度在高温高压下的变化规律。     

徐闻区块复合有机盐钻井液技术

徐闻区块位于北部湾盆地,由涠西南凹陷、乌石凹陷、迈陈凹陷、福山凹陷和雷东凹陷组成。该地区下部地层岩性以微裂隙发育的硬脆性泥页岩为主,坍塌压力系数较大,易发生井壁坍塌,导致钻井过程中井下复杂、事故频繁发生。针对以上地层特点,在该区块积极推广应用了复合有机盐钻井液体系。现场应用表明,该体系具有很强的抑制性和防塌能力。推广应用的3口井与同区块的邻井相比,机械钻速提高了44%,平均钻井周期缩短了近26 d,复杂事故时效大幅度降低,平均井径扩大率减小了50%。说明徐闻区块流沙港组地层的井壁失稳问题得到了明显改善,电测成功率也大幅提高,很好地满足了该区块钻井施工的需要。     

Numerical Wellbore Stability Analysis Using Discrete Element Models

Wellbore instability, which is considered as failure of borehole wall, is a complex and time-consuming analysis. Numerous factors such as well path, rock mechanical properties, in situ stress regimes, pore pressure, mud weight, bedding planes, and fractures play a role in borehole instability. Many wellbore stability analyses methods consider only a few of mentioned parameters and majority of them are based on continuum mechanics. However, most of the methods presented for wellbore stability analyses do not consider the impact of fractures. In the present work discrete element models (DEM) are used for numerical wellbore stability analysis of horizontal wells, while the presence of fractures is considered. In this study the effect of mud cyclic loading, hole length, stress regimes, and fluid pressures in fracture plane are examined. The results of analyses showed that direction of minimum horizontal stress is the optimum drilling direction. To evaluate the effects of mud cyclic loadings and open hole lengths, two other models are also considered. These models reveal that mud cyclic loading reduces the stability of borehole. Moreover, it was concluded that mud weight must be increased as open hole length increases and it should not exceed the upper mud weight limit.     

缅甸D区块高陡高压地层封堵防塌钻井液技术

缅甸D区块地层属高陡高压地层、断层多,地层水敏性强且裂缝发育,钻井过程中多井发生井壁坍塌,其中,P-1-1井最具代表性,该井由于井塌造成的卡钻高达32次,井径扩大率达100%。使用常规的KCl聚合物钻井液体系及套管封隔技术等均不能解决井塌难题。为此,通过室内实验研究,优选出以微米级乳化沥青为防塌剂、以KCl和聚合醇为主抑制剂、以聚阴离子纤维素为降滤失剂、以磺化聚合物为高温稳定剂的微米乳液防塌钻井液体系。该体系与优化前的钻井液相比,页岩膨胀率降低15%,页岩回收率提高50%。结合提高钻井液密度,优化钻井液流变性能,降低钻井液API滤失量等配套技术措施,在D区块现场应用取得了较好的防塌效果,易塌井段井径扩大率由100%降低到20%,钻井时效提高了35%,钻井成本降低20%。该套钻井液技术解决了缅甸D区块高陡构造、高压地层井壁坍塌问题。      

YD油田Y26ST井控制压力钻井技术

YD油田Y26井在钻进Kazhdumi组地层时有大量沥青和硫化氢侵入,造成井涌与井漏并存的井下复杂情况,采取多种方法处理未见效果,被迫临时弃井.Y26ST井为Y26井的侧钻井眼,基于原井眼沥青侵处理过程中获得的经验与教训,针对侧钻要求,开展了控制压力钻井技术适应性评价和控制压力钻井风险分析,并形成了Y26ST井控制压力钻井技术方案.侧钻过程中,根据实际情况,依次采用了井底恒压和加压泥浆帽2种控制压力钻井方法,有效控制了井筒内的压力分布,降低了沥青侵、油气侵和井漏等井下复杂情况对钻井工程的危害.Y26ST井顺利钻穿Kazhdumi组湿沥青层段,成功下入尾管并固井.控制压力钻井技术在Y26ST井的成功应用,为活跃沥青层长裸眼安全钻进提供了新的技术手段.      

深水作业中钻井液在低温高压条件下的流变性

在深水钻井作业中,安全密度窗口非常窄,井下压力控制是面临的主要难题之一。随着水深的不断增加,环境温度随之降低,钻井液的黏度和切力随之升高;同时,由上千米隔水管内的钻井液所附加的静液柱压力使井底压力远大于浅水作业时相同井深的井底压力。这些因素的共同作用使得当量循环密度随之增加,进一步加大井底压力控制的难度。选择用于深水钻井的一种水基和一种合成基钻井液为研究对象,分别改变温度和压力等实验条件,利用FANN公司的ix77流变仪测量了钻井液在低温、高压下的流变参数,以此找出深水条件下钻井液流变性随温度和压力的变化规律。     

滴西区块侧钻小井眼水平井钻井液技术

小井眼井投资成本低,并可采用开窗侧钻使老井复活,是油田经济有效开发的一条途径。小井眼钻井需克服环空压耗高、岩屑携带等技术难题。通过对地层进行分析,滴西区块采用新型高效钻井液体系,分段进行钻井液性能和水力学设计,在二叠系以上地层采用紊流,钻井液的低剪切流变性可保持泵压在24 MPa内,钻井液抑制性和密度支撑对二叠系地层稳定效果良好;石炭系地层采用紊流-层流过渡流型,提高切力和地层胶结作用,保持泵压在26 MPa内,钻井液流型对井壁扰动小,水平段携岩能力强,机械钻速同比提高66.4%。现场应用证明,高效钻井液体系在滴西区块可发挥井壁稳定和提高钻速的优势。      

提高套管井电场数值计算精度的方法研究

准确求取井轴上的电位值对获得地层电阻率非常重要.研究了套管井电阻率测井过程中套管井中电场数值计算的精度和稳定性.介绍了套管井地层电阻率测井原理.给出了计算套管井中井轴上电场电位的2种方法:积分法和留数法.采用积分法计算的电位值在场源距较小时是可取的,但由于被积函数具有振荡性,致使其结果不稳定.采用留数法计算的电位值随着场源距的变大而呈指数规律地迅速减小,很好地反映了电场中的物理规律又提高了电位值的精度.数值计算结果表明,采用留数法的电位值计算结果更稳定,且精度高.     

椭圆形井眼及其稳定性的研究

在圆形井眼周围岩石应力分布及井壁岩石变形的计算中,得到了椭圆形井眼的曲线方程。从理论上解释了椭圆形井眼的成因。提出了用椭圆形井眼长短轴半径和地层的力学参数来计算地层应力的新方法;进而通过对椭圆形井眼周围岩石应力分布的分析,对不同岩性的地层确定了不同的井眼稳定性条件。(?)此基础上,提出了在保持井壁稳定的条件下实行近平衡钻井的原则以及为此所需的泥浆密度使用范围。这对于保护油气层、降低钻井成本及提高钻井质量都具有指导意义。