赫谢尔－巴尔克莱液体直井稳态波动压力计算模式

赫谢尔－巴尔克莱（Ｈｅｒｓｃｈｅｌ—Ｂｕｌｋｌｅｙ）流变模式是一个三参数模式，因其精度较高，近几年国内多用其描述钻井液的流变性。不过，与该模式相应的有关钻井水力学方面计算模式并不完善，影响了该模式的推广使用。本文以该模式为基础，从理论上推导并建立了直井起下钻或下套管过程中稳定层流条件下钻井液粘性产生的波动压力计算模式──—赫谢尔－巴尔克莱液体稳态波压模式。给出了有关计算公式和图表。本文为更准确地计算起下钻或下套管等钻井作业过程中井内产生的波动压力提供了理论依据。     

赫谢尔－巴尔克莱液体直井稳态波动压力计算模式

赫谢尔－巴尔克莱（Ｈｅｒｓｃｈｅｌ—Ｂｕｌｋｌｅｙ）流变模式是一个三参数模式，因其精度较高，近几年国内多用其描述钻井液的流变性。不过，与该模式相应的有关钻井水力学方面计算模式并不完善，影响了该模式的推广使用。本文以该模式为基础，从理论上推导并建立了直井起下钻或下套管过程中稳定层流条件下钻井液粘性产生的波动压力计算模式──—赫谢尔－巴尔克莱液体稳态波压模式。给出了有关计算公式和图表。本文为更准确地计算起下钻或下套管等钻井作业过程中井内产生的波动压力提供了理论依据。     

定向井同心环空RS流体稳态波动压力研究

波动压力是影响井眼稳定的主要因素，其大小对维护井眼内压力平衡、设计井身结构和泥浆性能的确定、以及确定合理的起下钻（或下套管）速度有重要意义。文中以Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ──Ｓｔｉｆｆ流变模式为基础，从理论上推导了定向井同心环空中起下钻或下套管过程中在稳定层流条件下，钻井液粘性产生的波动压力计算模式，并绘制了不同情况下波动压力系数的变化规律曲线及给出计算示例，提供给现场应用。     

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。     

随钻地震技术在异常高压地层预测中的应用

随钻地震（SWD）技术的原理是：钻进过程中牙轮钻头破碎地层产生冲击波，经过地层反射到达地面，通过地面接收系统来采集井下的地层信息。SWD技术能够实时提供钻头下部几百米内的地层信息，利用这些地层信息可以准确地计算地层孔隙压力，并能准确地预测异常高压地层的深度，为钻井过程中合理选择钻井液密度和确定套管合理下入深度提供科学依据。通过对南中国海域某试验井SWD采集信息的处理和分析，预测地层孔隙压力，及时调整钻井液密度，并根据异常高压面的预测深度确定技术套管的下入深度。现场实践表明，利用SWD技术预测的异常压力面深度与实钻情况比较吻合，其地层压力的预测精度较高。图4表1参11     

控压钻井起下钻钻井液帽优化设计

合理的钻井液帽高度和密度对于维持起下钻过程中井底压力恒定至关重要。鉴于此,根据控压钻井钻井液帽工艺流程及钻井液帽设计原则,结合起下钻井筒瞬态波动压力计算模型,建立了控压钻井起下钻钻井液帽优化设计模型。以塔中某口水平井为例进行数值模拟计算,计算结果表明:随钻井液帽高度的增加,井底波动压力最大值呈线性增加;结合约束条件给出钻井液帽高度和密度的优化区间分别为1 265~1 930 m、1.34~1.48 g/cm~3,推荐采用钻井液帽优化区间的中间值(高度1 598 m,密度1.39 g/cm~3,波动压力极大值为0.84 MPa)作为现场作业参数。研究结果可为控压钻井钻井液帽作业参数的选取提供理论指导。     

井底恒压控压钻井井口回压分析研究

针对目前钻井中遇到的窄密度安全窗口日趋频繁的问题,基于井底恒压控压钻井技术工艺技术原理,以通用圆管流量方程和稳态波动压力理论为基础,精确计算了赫-巴流变模式下的系统环空循环压耗及波动压力,将钻井过程划分为若干工况,综合流型+过程+工况的组合模式得到井口回压计算模型。结合实例对回压计算模型进行验证,验证结果表明,用该模型计算的井口回压与实际值相差很小,能够满足工程精度要求。用该模型进一步分析了不同工况下井口回压与排量、钻井液密度、起下钻速度以及起下钻时间的关系,分析结果对控压钻井的安全实施具有重要的参考意义。     

Ԥ�⾮��ѭ��ѹ����ʧ�ľ�ȷˮ��ģ��

长期以来，钻井工作一直在致力于钻井过程中钻井液井下循环压力计算精度的提高，以保证钻井施工安全，快速的进行。章用Herschel-Bulkley模式描述钻井液的流变特性，考虑温度，钻柱偏心和旋转对钻井液在环空和钻柱内流动的影响，提出了一个新的钻井液循环压力计算的水力模式，计算结果与不同井深的实测数据比较表明，该模式具有较高的精度，可以满足现场钻井作业的要求。     

基于四参数流变模式的钻井液稳态波动压力计算

现存的波动压力计算模型主要是基于宾汉流体、幂律流体以及赫巴流体所建立的。这几种流变模式在适用范围上都存在一定的局限性,近几年有人提出来一种四参数钻井液流变模式,该模式在不同剪切速率情况下都能精确的描述钻井液的流变特性。 基于四参数流变模式提出了一种直井条件下起下钻稳态波动压力计算模型,通过与现存的模型相对比可以得知,该模型具有很好的适用性。将该模型与Crespo室内实验相对比,结果也吻合较好。此外还分析了起下钻速度、钻井液流动指数、钻柱井筒尺寸比等参数的敏感性。该模型的提出可以对现场精确计算起下钻波动压力、确定安全起下钻速度提供有效的指导。     

大牛地气田下套管作业中环空波动压力分析

大牛地气田刘家沟组为低破裂压力带，套管下入过程中产生波动压力，易引起漏失。针对此问题，以稳态波动压力理论为依据，考虑扶正器的局部阻力效应，建立下套管波动压力计算模型，根据建立模型分析钻井液性能、套管下入速度、环空间隙等因素对波动压力的影响，结果表明，随着钻井液密度、稠度系数、静切力、套管下入速度、扶正器的增加，环空间隙的减小，波动压力增加。针对波动压力影响因素，提出现场安全下套管技术对策，对下套管过程中避免因波动压力引起刘家沟组漏失具有重要的参考意义。     

窄安全密度窗口地层钻井起下钻井底压力瞬态波动规律

窄安全密度窗口地层压力敏感,钻井起下钻作业引起井底压力波动,易诱发溢流、井漏等井下复杂。
文章以一维瞬态流动模型,考虑井筒液－固两相介质,建立了起下钻井底压力瞬态波动理论模型,并通过数值模拟
研究了影响钻井起下钻井底压力瞬态波动的主要因素。研究表明,起下钻速度、井深、钻井液密度、起下钻深度是
影响井底压力波动的主要因素。起下钻速度、钻井液密度越大,井深越深,起下钻深度越深,起下钻作业引起的井
底压力波动越剧烈,压力波峰值滞后越严重。起下钻作业时,尤其在起钻的早期和下钻后期,应尽量降低起下钻速
度,以降低井底压力波动,保障井底压力处在安全密度窗口之内。     

基于赫巴流体的薄弱地层套管下放速度预测

井筒压力波动是钻井过程中不可避免的潜在安全隐患。特别是固井环节,在薄弱地层,套管下放速度过快,很容易压漏地层,因此薄弱地层固井环节套管下放速度的控制显得尤为重要。文中以赫-巴流变模型为基础,计算井筒激动压力,在薄弱层段,以钻井时最大循环压耗与静液柱压力之和来代替下套管时有效液柱压力最大值,建立了新的套管安全下放速度计算模型。实例验证,误差为8.6%,表明该模型在薄弱地层具有较高的计算精度,可以为现场薄弱层段下放套管提供一定的参考。     

基于卡森流体的水平井波动压力预测新方法

针对水平井钻井过程中产生的波动压力问题提出了一种新的预测方法.以钻井流体力学理论为基础,阐述了水平井环空波动压力的流动物理模型,考虑管柱偏心对钻井液流动规律的影响,从一维稳定流动的基本方程和卡森模式的本构方程出发,引入卡森流体在水平井偏心环空轴向层流的流量模型,进而结合管柱在不同现场工况下的环空流量方程,使用mathematica软件进行数值模型的计算,最终建立了预测水平井各个井段波动压力的新模型.实例计算表明:该方法计算简单快捷,预测准确,对水平井钻井过程中的安全控制具有重要的指导意义.     

小井眼波动压力影响因素分析

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井下复杂情况和事故。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动压力就显得尤为重要。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，提出了在小井眼起下钻中，严格控制起下钻速度的重要性。     

基于赫巴流体的偏心环空波动压力数值模拟

基于牛顿流体、幂律流体以及卡森流体建立的偏心环空稳态波动压力预测模型计算过程对计算机的硬件要求较高,在现场条件下并不适用。为此,基于钻井液赫巴流变模式,利用Fluent软件对起下钻波动压力进行了计算,并将计算结果与现场广泛应用的压力模型及室内试验数据进行了对比验证。建模时采用一阶迎风格式对动量方程的对流项进行离散,壁面设为非滑移壁面。分析结果表明,数值模拟结果与现存的同心环空计算模型及同心、偏心室内试验结果具有很高的一致性,最大误差不超过8%;流动指数、钻柱井筒直径比以及钻柱偏心度对波动压力影响较大,在窄间隙工况或具有高流动指数流体的情况下应严格控制起下钻速度。     

起下管柱钻井液灌注和循环装置的研制

常规转盘钻井在起下管柱、钻井液灌注和循环时有一定局限性。为此,研制了起下管柱钻井液灌注和循环装置。该装置基于普通吊环实现安装,其连接接头采用自封式的密封结构,可以在小扭矩条件下实现与管柱的密封,马达和减速器可以实现快速上、卸扣,所有动作通过控制台进行操作,通用性好,自动化程度高;在整个起下钻过程中保持钻井液的连续循环,实现稳定的当量循环密度和不间断的钻井液排出,减少或避免起下钻过程中遇阻或遇卡事故的发生,提高了钻井的安全性和起下管柱效率。试验结果表明,起下管柱钻井液灌注和循环装置上扣操作时间13 s,卸扣操作时间15 s,建立钻井液循环仅需3 min;在钻井液循环压力35 MPa下,未发现渗漏现象,试验最高压力达53 MPa,满足现场使用要求。     

起下钻动态波动压力应用软件开发

介绍了动态波动压力计算模型及应用软件的开发，计算模型将起下钻过程中井眼内钻井液流动作为不稳定流动处理，采用特征式差分及方格网加线性插值的方法求解基本方程组。应用软件考虑了不同井身结构、不同钻具组合、钻头水眼、钻头及泥包钻头、钻井液密度、钻井液流变性及流变参数随升温的变化、不同起下速度和加速度、不同下钻井深、钻杆接头及扶正器的影响。另外采用空间单元划分取合补偿的方法，以提高计算速度和计算精度。     

钻井液密度窗口随钻预测理论及其工程应用

将岩石力学方法与地震勘探理论相结合,通过考察地震记录、岩石物理参数与孔隙压力之间的定量关系,建立了利用地震数据直接反演孔隙压力的模型。根据岩石力学参数地质统计特性,实钻过程中充分利用录井、钻井等实时信息,通过随机反演方法随钻预测钻头前方待钻地层的孔隙压力。依据孔隙压力反演结果进一步求取地应力、岩石强度、坍塌压力与破裂压力,通过对预测参数的综合分析,最终实现对待钻井段的安全钻井液密度窗口进行随钻预测。该方法在川东北HB探区的2口深探井进行了工程应用,现场应用情况表明该方法预测精度较高、实时操作简捷、计算过程稳定,具备良好的随钻适用性。     

起下钻过程中井筒稳态波动压力计算方法

为了避免起下钻过程中井涌、井漏等复杂情况的发生,需要提高井筒波动压力计算精度。以槽流模型为基础,结合起下钻过程中的流体真实速度分布情况,根据井筒流体的连续性及相应的边界条件,分别讨论层流、紊流状态下的波动压力,建立了基于钻柱运动的稳态井筒波动压力计算模型,并采用数值解法对模型进行求解。结合现场生产数据分析发现:当起下钻速度由0.2 m/s增大至0.6 m/s时,波动压力由0.21 MPa增大至0.27 MPa;钻柱运动速度、流体流变性等条件不变,环空内外径之比由0.55增大至0.95时,井筒波动压力增加幅度由0.30 MPa增大至0.50 MPa。采用文献数据进行计算对比,结果表明:Burkhardt模型的计算误差多数大于8%,波动压力模型预测值与实测值的计算误差基本小于5%,符合精细控压钻井计算误差要求。研究结果表明,采用井筒稳态波动压力计算方法可以精确分析非钻井过程井筒压力,指导现场安全生产。      

钻井液液面监测与自动灌浆装置的研制

针对钻井作业过程中的井涌和井漏,研制了钻井液液面监测与自动灌浆装置。该装置通过超声波液面监测器监测钻井液罐液面的变化,判断钻井过程中是否发生井涌和井漏。通过自动数钻杆机构,结合溢流检测器、计量罐液面监测器和灌注砂泵,实现在起下钻过程中自动灌注或停注钻井液。现场应用表明,监测器能达到0·1m~3的精度,能正确判断起钻和下钻状态。