机械消泡法试验研究

研究了机械消泡法中喷射压力、喷嘴直径、气液比和喷嘴与挡板间距离4个参数与消泡率关系.结果表明:喷嘴内外压差越大,泡沫更易膨胀破裂.消泡率随喷射压力上升而增加,推荐喷射压力为0.3～0.5 MPa;相同条件下消泡率随喷嘴直径增加而降低,但是当喷嘴直径＞5 mm时,消泡率随喷嘴直径增大而降低的速度明显趋缓,喷嘴直径宜取5～6 mm;消泡率随气液比的增加而增加,在满足钻井工艺要求的前提下,可以选择含气量较高的泡沫;喷嘴至挡板间距离与消泡率基本无关,但挡板的作用仍然不容忽视.研究结果为实现机械与化学联合消泡提供技术支持.     

气体钻井返出气体检测方法研究

气体钻井技术具有提速增效、保护储层的良好效果,应用前景广阔。但在钻进过程中,若不能及时发现储层已被揭开并调整钻井工艺,就很可能因大量地层气体溢出及地层高压突然释放而导致井壁失稳、气体燃爆等井下复杂情况,也不利于储层的发现和评价;同时地层可燃有毒气体泄漏会引起地面人员及装备等安全事故,增加气体钻井风险。这就要求气体钻井必须建立一套新的气测体系。这一体系须响应快、灵敏度高,能适应气体钻井高钻速、高注入量、低迟到时间等应用条件,为气体钻井安全提供保障。为此,分析了实施气体钻井排砂管线返出气体在线检测的意义、目前气体钻井气测存在的问题．以及目前工业应用中多种常用气体检测方法的适用范围及响应特征,结合气体钻井现场应用条件,提出了改进方向,对完善气体钻井返出气体检测技术具有一定的指导作用。     

天然气水合物脱气装置研制及性能试验

天然气水合物录井过程中，与振动筛相连接的脱气装置其脱气效率非常低，为解决该问题，研制了专用于天然气水合物录井的脱气装置并对其性能进行了室内试验。采用长0.7 m、宽0.7 m、高1.7 m的试验装置，开展了气液比10%~30%、转速0.33~1.33 r/s条件下的脱气效率数值模拟研究和室内试验。研究发现，在相同转速条件下，气液比为30%时模拟和室内试验得出的脱气装置的脱气效率最高；在相同气液比条件下，转速1.00 r/s时脱气装置的脱气效率最高。研究结果表明，研制的天然气水合物脱气装置能显著提高脱气效率，最优工况为气液比30%、转速1.00 r/s。      

灌注泵轴封失效机理分析及改进设计

分析了现用离心式灌注泵难以解决泥浆泄漏的原因，指出了泵轴旋转中心线与轴封内孔中心线不重合和泥浆内含有磨砺性固相硬颗粒是引起径向接触式软填料密封失效的主要原因。解决上述问题的方法可以采用浮动密封。进一步提出了轴封不接触泥浆灌注泵的设计思想。     

稠油井有杆抽油系统动态数值预测

通过分析油管内液体的流动规律,建立了稠油抽油机井各粘滞摩擦力精确计算模型,进而导出稠油井阻尼系数的计算方法.通过实例计算验证了该预测模型的准确性.     

水平井段内不同丰度天然气水合物固相颗粒的运移规律

在采用水平井对不同丰度天然气水合物(以下简称水合物)层进行钻进的过程中,含水合物的固相岩屑容易导致水平段固相颗粒沉积或黏附聚并,从而造成携岩不畅。为此,依据水平井多相流条件下的岩屑受力与运移规律及颗粒运移理论,建立了考虑水合物凝聚力条件下水平段岩屑滚动(正常钻进)和跃移(停泵沉砂)时钻井液临界返速模型并进行了数值模拟,分析了正常钻进和停泵条件下钻屑起动的影响因素和运移规律。结果表明:(1)起动临界流速随水合物丰度的增大而降低,该值在考虑水合物凝聚力条件下比不考虑该条件下要高,且水合物丰度越高水合物凝聚力的影响越明显;(2)水合物丰度小于85%时,起动临界流速随钻屑颗粒粒径的增大而增大,水合物丰度超过85%后,起动临界流速随钻屑颗粒粒径的增大而减小;(3)起动临界流速随钻井液密度、黏度的增大而减小;(4)相同条件下跃移所需临界返速约为滚动条件的1.28倍。结论认为,正常钻进条件下应考虑滚动模型,而停泵沉砂后再循环应考虑跃移模型的工艺思路,该成果对于优化水合物钻井施工参数以及降低钻井安全风险均具有重要意义。     

全球首次海洋天然气水合物固态流化试采工程参数优化设计

我国南海的天然气水合物(以下简称水合物)90%以上都属于非成岩矿体,常规方法难以开采。周守为院士创新性提出了高效开发该类水合物矿体的革命性技术之一——固态流化法,并在中国南海神狐海域依托国内自主知识产权的技术、装备和工艺等,成功试采了该类水合物。在流化试采过程中,井底射流破碎水合物矿体至细小颗粒并随钻井液向上返出,含水合物固相颗粒在温度升高、压力降低至受施工参数影响的、区别于常规静态相平衡曲线的动态相平衡状态时发生分解,使得环空液固流动变为复杂气液固多相流动,井控安全要求极高,需要对施工参数优化设计。为此,基于目标区块工程地质特征并结合复杂井筒多相流动分析,对该工程参数进行优化设计,建立了复杂介质井筒多相流动、温度、压力以及水合物相平衡、分解理论模型和数值计算方法,通过数值仿真、软件仿真以及实验验证,对不同施工参数下的流化试采井筒多相流动进行了分析,形成了海洋天然气水合物流化试采现场工程参数优化设计方法及方案:井底射流流化井段直径不宜过大,应适当提高钻井液排量、密度、施加井口回压,以保证安全携岩和降低井控风险。该基础理论研究成果为现场施工以及试采产能的提升提供了重要技术保障。     

气体钻井空井压井井筒气液两相瞬态流动数学模型

气体钻井钻遇高压、高产气层后往往要进行压井作业,空井压井期间,随着压井液的注入,井筒环空气液两相流动与地层渗流产气发生耦合作用,目前国内外对此研究都很少。为此,基于地层瞬态渗流理论和井筒气液两相流动理论,建立了气体钻井空井压井过程中地层瞬态产气与井筒气液两相瞬态耦合流动数学模型及其数值求解方法。实例模拟计算结果表明:(1)气体钻井空井压井是由气相空井筒—瞬态气液两相流动—纯压井液井筒的物理过程,同时也是一个地层瞬态渗流与井筒气液两相瞬态流动耦合的过程;(2)成功的压井作业需要井口回压、泵排量、压井液密度等关键参数的共同配合,其中控制好井口回压是保证压井作业获得成功的关键。结论认为,研究成果首次量化了气体钻井压井过程,对气体钻井空井压井施工参数的优化设计具有指导意义。     

海洋天然气水合物藏钻探环空相态特性

海洋天然气水合物藏钻探过程中,水合物钻屑随钻井液向上返出,随着温度升高、压力降低,水合物钻屑上升至一定位置开始分解,使井筒流动变为环空复杂气液固多相流,这对井下流动安全产生严重威胁。考虑井筒温度、压力与水合物分解的耦合作用与影响,建立了海洋天然气水合物钻井过程中井筒温度模型、井筒压力模型、水合物动态传质分解模型和复杂环空多相流模型。通过模型求解,数值分析了井筒温度、环空压力和水合物分解在不同钻井工况下的变化规律。结果表明:增大钻井液排量,井筒中井底处循环钻井液温度升高,环空中井口处返出钻井液温度降低,分解起始位置下移;增大钻井液密度,环空压力升高,分解起始位置上移;增大钻井液入口温度,井筒温度升高,分解起始位置下移;增大机械钻速,分解起始位置不变。     

气体钻进过程地层液体侵入量计算及携液规律研究

气体钻井具有大幅提高钻速和单井产量、有效防止恶性井漏的技术优势,是深井提速、大规模低品位油气资源高效勘探开发的关键技术方法,然而一旦地层出液后,井筒内的岩屑与地层侵入液相互作用,可能造成井内泥包和井眼堵塞的井下复杂事故,常常导致钻井失败。文章基于随钻试井和井筒多相流理论,建立了气体钻井 过程中非均质圆形封闭地层瞬态产液理论模型,并提出了考虑液滴大小和液滴变形特征的气体携液能力计算方 法。通过室内实验台架模拟了气体钻井地层出水后的动态携液过程,表明理论携液量与实际携液量相符。结合现场气体钻井实例计算得出地层的产液量与地层物性、钻井参数等相关;增加注气量和降低气液两相界面张力能够有效地减小液滴尺寸,提高气体钻井的携液能力。