气体钻井井筒与地层流动耦合分析

气体钻井具有提高机械钻速、降低储层伤害等特点,是开发低压低渗油气田的有效方法。为了分析气体钻井钻开储层时流体的流动规律,基于可压缩流体不稳定流动理论以及地层渗流力学理论,建立了该过程中井筒与地层的耦合流动模型,并结合边界条件与初始条件对模型进行了数值求解。最后,结合钻井实例分析了不同工况下井内流体的流速分布规律和压力分布规律,结果表明,不同的钻井工况在经历一定时间的不稳定流动后都有达到稳定的趋势。     

气体钻井过程中的瞬态流动分析

气体钻井过程中,调整钻井参数或者钻遇储层都会引起井内流体的瞬态流动。基于可压缩流体不稳定流动理论及地层流体渗流理论,建立了气体钻井过程中井简瞬态流动的数学模型。针对井内水动力体系的复杂特点,讨论了模型的定解条件,并对模型进行了数值求解。最后,文章对气体钻井中改变钻井参数以及钻遇储层两种情况井内气体的流动进行了计算,结果表明,增加注气量时井内压力波动不大,但钻遇储层会引起井内压力和流速的大幅度波动。     

气体钻井地层剪切应力井斜规律研究

气体钻井时因没有围压,地层的各向异性指数变化较大,使得地层造斜率与钻井液钻井时的地层造斜率有所不同.为了更好地理解气体钻井井斜规律,利用有限元理论,建立了不同钻井方式下的岩石力学模型,在考虑不同地层倾角和不同循环介质影响的基础上进行井底岩石剪切应力计算,分析出气体钻井井斜规律.计算结果表明:在相同的工程和地质条件下,气体钻井时地层造斜力远大于钻井液钻井的几率约为35%,气体钻井更易发生井斜,而小于或等于30.地层倾角钻井时井眼轨迹偏向垂直于地层倾斜面的方向;45.地层倾角钻井时井斜趋势不明显;大于或等于60.地层倾角钻井时井眼轨迹偏向平行于地层倾斜面的方向.     

气体钻井井斜机理分析

随着气体钻井技术的广泛应用,气体钻井过程中的井斜问题日益受到关注,但其机理研究还有所欠缺。本文结合气体钻井井斜的特殊性,从破岩机理、温度、地层因素、井径扩大、下部钻具组合运动状态等方面分析了气体钻井的井斜机理。分析结果表明：与钻井液钻井相比,井底岩石应力状态变化导致地层各向异性指数显著增加,是气体钻井容易井斜的根本原因;井径扩大以及整体钻柱所受摩阻变化影响下部钻具的运动特性,是气体钻井易井斜的重要原因。为此,提出了几点解决气体钻井井斜问题的技术思路,供气体钻井防斜进行参考。     

气体钻井井斜控制技术与应用

川渝地区的深探井,由于初次开钻井眼尺寸大,地层复杂,钻井机械钻速极低,不仅钻井周期长且极易发生断钻具、恶性井漏等井下复杂事故。如何提高钻井速度一直是该区钻井工作的一道难题。为此,总结了近几年来气体钻井的现场实践经验,结果发现：①采用气体钻井技术能够显著地提高钻井速度,钻井机械钻速可以提高3～15倍;②采用常规的牙轮钻头钻井容易发生井斜,虽然采用恰当的钻井参数能有效地控制井斜,但增加了气体钻井的难度,而且钻井速度会明显降低;③采用空气锤不仅能够保证良好的井身质量,而且能保持较高的机械钻速。通过几口井的试验研究已形成了有效地控制井斜的工艺技术和方法,大大提高了钻井效率,节约了钻井成本。     

气体钻井井壁稳定性分析

首先分析了用钻井液钻井时钻井液与地层的相互作用，并以多孔介质传导、吸附与扩散（水分子和水化离子）、双电层电场与电斥力为基础，建立起钻井液滤液在井周地层中的渗透运移规律和水化应力与地层强度随时间变化的规律，对地层应力应变状态受钻井液的影响进行定量化分析。并将用于校正后由测井资料得到的围岩强度性质及应力状态，从而得到气体钻井条件下井周地层的强度性质及应力状态。最后选择适当的强度准则，形成气体钻井井壁稳定性分析模型系统。以七里北1井的测井资料为基础，运用该模型系统分析了七北101井气体钻井井段的井壁稳定性，其结果与该井钻井实际情况一致，表明该模型系统是准确、可靠的。     

气体钻井遇地层出水时的充气钻井技术

气体钻井在我国油气田勘探开发中具有广阔的应用前景,但是川东地区多个构造实施气体钻井过程中,存在地层出水现象,严重影响了气体钻井的顺利进行,不得不改用充气钻井。充气钻井技术难点主要表现在：①井壁稳定性差,易引起垮塌卡钻; ②地层出水可能与井漏同存,气液比值难以确定;③环空液柱压力降低,带砂效果差,易导致沉砂卡钻;④浅层天然气易引起井下燃爆。通过分析上述难点,结合充气钻井现场实践经验,有针对性地提出了充气钻井过程的主要技术措施：① 钻井液维护处理技术;②井漏处理技术;③参数设计技术等。在川东地区3口井的现场应用效果表明：推行所提出的充气钻井技术措施,能有效避免井漏、提高机械钻速、缩短钻井周期,为川东地区遇地层出水情况下的气体钻井积累了经验。     

煤层气井气体钻井技术发展现状与展望

煤层气储层的特殊性对煤层气钻井时的储层保护提出了更高的要求。用气体钻井方式开采煤层气是一种有效的保护储层的手段,被国外油田广泛采用。气体钻井方式的选择必须考虑地层的适用性、应用模式、后期完井方式以及经济性。通过对国外煤层气开发中气体钻井的应用情况、煤层特点、气体钻井应用于煤层气的技术模式进行分析,结合我国煤层气特点及气体钻井技术现状,探讨了在我国煤层气开发中开展气体钻井的可行性。     

气体钻井井斜机理研究

气体钻井存在井斜不易控制的难题,其机理尚不明确。应用纵横弯曲BHA(底部钻具组合)分析方法和钻头与地层相互作用模型,根据实钻资料对比分析了气体钻井和钻井液钻井的地层造斜特性,进而探讨了气体钻井的井斜机理。结果表明,与钻井液钻井相比,气体钻井条件下地层造斜力和钻具降斜力都有增加,但地层造斜力增加的幅度更大,这正是气体钻井更容易发生井斜的原因。因此,建议在用气体钻井技术打直井段时,通过调整钻具组合和钻进参数适当增加钻具的降斜力,以提高井身质量。     

气体钻井中泥页岩地层遇水时的井壁稳定性研究

常规钻井液钻井中,水在正压差、毛管力和化学势等作用下进入泥页岩发生井壁失稳,而气体钻井除了自身的力学失稳外,主要在毛管力作用下吸收下部地层水造成泥页岩地层井壁失稳。因此,随着气体钻井技术的发展,在钻遇下部地层出水后,泥页岩地层的井壁失稳机理值得研究。从分析气体钻井条件下泥页岩吸水扩散系数、吸水膨胀系数和吸水后的力学参数变化入手,结合建立的力学化学耦合模型,紧紧抓住气体钻井和水基钻井液钻井的不同点,使得该模型能较好地运用到气体钻井泥页岩井壁稳定性的分析中,并通过DY1井气体钻井实践验证了文中的模型。     

气体钻井携岩关键点多相流动规律研究

气体钻井环空井径的扩大与缩小、部分泥包、变径截面等对环空流场和岩屑运移的影响很大。建立了气体钻井携岩关键点多相流动物理模型、数学模型，采用室内大型流动实验、CFD数值模拟和现场实例验证的手段，对携岩关键点进行多相流动分析发现，变径截面─钻铤与钻杆过渡点、套管井段与裸眼井段的过渡点、井径的扩大与缩小井段，钻杆某处的泥包点，这些点由于边界层分离而形成的尾涡回流区，岩屑在这些回流区容易滞留、堆积，在这些回流区容易导致携岩不畅。气体流经钻杆与钻铤交接面处，气体的压力、速度都相应减小，在此处的气体携岩动能最小，环空岩屑浓度最大。最小气量的选择应该以携岩关键点处所需的最小能量为一个参考依据。     

气体钻井环空岩屑颗粒碰撞对井壁稳定性的影响

在气体钻井条件下,井壁失稳的可能性更大,其原因之一是由高速上返的气流携带的岩屑与井壁碰撞所引起的.在流体力学基础上,对气体钻井流体环空流动做了一定的简化,建立了气体钻井流体环空流动模型,推导出了固相颗粒在环空中的理论最大速度;建立了环空固相颗粒碰撞模型,得到了环空岩屑颗粒碰撞的最大剪切应力和最大静摩擦力;将由原地应力产生的应力与环空岩屑碰撞产生的最大剪切应力叠加而求得了井周应力,运用Mohr-Coulomb强度准则分析了气体钻井过程中井壁的稳定性.研究结果对选用气体钻井应用井段和预测井壁岩石的稳定性具有一定的指导意义.     

气体钻井钻具失效原因与预防措施

气体钻井技术已被世界公认为是缩短钻井时间、降低钻井成本、解放油气层的一种实用技术,但是随之出现的钻具失效问题成为广大钻井工作者面临的一道技术难题。针对气体钻井钻具失效问题进行了国内外文献检索和现场情况调研,特别对川东北和伊朗南部地区TABNAK气田气体钻井钻具失效情况进行了深入调查。结合相关理论和现场经验对现场资料进行分析,找出了气体钻井钻具失效的主要特点及原因,并提出了避免井下钻具失效的合理技术措施。     

气体钻井井内压力计算模型与标准化

虽然国内外学者对循环系统内压耗计算进行了大量研究,并给出了相关的公式,但均基于一定假设条件,且为英制或工程单位,不便于深入研究和推广采用。对井内压力计算模型重新进行了推导,并使用国际单位制,得到的气体钻井井筒压力计算模型得到了实例计算验证,为气体钻井流场分布、工艺设计及操作参数确定等方面的深入研究提供了理论基础。     

气体钻井岩石应力应变场对井斜的影响分析

井斜问题是气体钻井技术应用过程中的主要技术瓶颈,因为井底负压差条件使地层岩石的视强度显著降低,一方面有利于地层岩石破碎与提高机械钻速,另一方面也容易在较短的时间内形成较大的井斜角.目前对气体钻井过程中的岩石力学特性研究甚少.以传统的井周应力模型为基础,考虑地层孔隙压力和原始地应力的作用,利用Ansys软件分析了气体钻井井周与井底岩石应力应变场分布.分析结果认为,气体钻井井底岩石应力分布的差异是造成井斜的主要原因,井眼轨迹有向最大水平主应力方向漂移的趋势.     

地层出气对气体钻井井壁稳定性影响规律研究

针对气体钻井在实际试验应用过程中暴露出的井眼失稳问题，特别是异常高压地层大量出气后，井壁的稳定性问题，从分析气体钻井井壁岩石力学特征着手，建立了气体钻井过程中地层大量出气条件下井壁稳定性的评价计算方法；并结合实际工程地质特征，从孔隙压力变化对井眼失稳的影响、垂向应力变化诱导井眼失稳、临界出气量和地层压力系数的影响以及钻后分析评价等方面，对川西特殊复杂地层出气情况下气体钻井井壁的稳定性进行了定量评价，评价结果与现场施工情况基本吻合。     

气体钻井中致密砂岩流固耦合实验研究

应力改变与岩石的各种物性参数及变形破坏密切相关。通过对四川盆地须家河组致密砂岩进行压敏和声波时差实验,研究气体钻井中致密砂岩储层渗透率及波速与围压的关系。实验结果表明：一方面,气体钻井过程中储层随地层压力降低而导致的渗透率损失程度比气藏衰竭开发过程中的更大;另一方面,在三轴应力条件下,随着围压的增加,致密砂岩声学特性将遵从多项式函数的变化规律,该压实规律进一步阐明了渗透率的变化趋势。     

建南地区巴东组以上地层气体钻井适应性分析

建南地区巴东组以上地层钻井过程中井漏频繁,采用了多种堵漏治漏方法和措施,效果并不理想,不仅严重制约了钻井工程进度,而且成本非常高。空气钻井具有克服井漏、提高机械钻速、延长钻头使用寿命等优点。本文通过对建南地区巴东组以上地层气、水分布调查,基本摸清了气、水层分布规律;结合建南地区3口井空气钻井实际应用情况,分析了气体钻井技术在建南地区巴东组以上地层钻井的适应性。研究结果表明:在建南地区巴东组以上地层适合使用空气钻井技术。     

气体钻井地层出水定量预测技术

钻前对水层的准确预测是气体钻井顺利实施的一个难题,需要解决以下几个问题:地层流体类型的判断、地层物性的解释、地层压力的解释和出水量的计算.提出利用深浅双侧向电阻率测井等来判断地层的流体类型,利用声波、密度、中子测井来解释出水地层的孔隙度,结合束缚水饱和度的解释进一步解释地层的渗透率,通过建立正常地层压实趋势线的方法来预测地层压力,最后结合渗流力学的产量公式实现对出水的定量预测.玉门青西地区和长庆苏里格地区的应用表明,采用该预测技术预测的结果和现场实际情况吻合,说明该预测技术具有较高的工程应用价值.