随钻堵漏工具旋流喷嘴优化设计

为了提高随钻堵漏工具的防漏堵漏性能,利用基于计算流体动力学理论建立的随钻堵漏工具旋流喷嘴的数值计算模型,研究了旋流喷嘴结构参数对随钻堵漏工具性能的影响。叶片导程和出口直径过大会导致旋转射流的速度较低;叶片数越多,叶轮的导流能力越强,旋转射流喷射的封堵面积也更大。研究结果表明,叶片导程、叶片数和喷嘴出口直径对旋流喷嘴性能有较大的影响。优选旋流喷嘴的相关参数对随钻堵漏工具防漏补漏性能的提升至关重要,为随钻堵漏工具优化设计提供一定的理论依据。     

物理法随钻防漏堵漏机理研究

物理法随钻防漏堵漏方法是利用专用井下工具将泵入的钻井液流量分流小部分，采用旋转射流直接作用于漏失井壁，配合合适的钻井液体系，使井壁滤饼形成的渗透率接近于零的随钻防漏堵漏技术。针对渗透性漏失及裂缝性漏失地层特点，以流体力学为基础，建立了基于物理法随钻防漏堵漏的物理模型，阐述了利用旋转射流的水力能量给漏失层井壁形成“人造井壁”随钻防漏堵漏的机理和方法。该方法不仅达到了随钻防漏堵漏的目的，还有效地扩大了钻井液密度安全窗口，有利于保护油气层。     

物理法随钻防漏堵漏技术与钻井液研究现状

物理法随钻防漏堵漏技术是一种防、堵结合的新方法,可解决西部油气深井孔洞渗透性地层和裂缝性地层钻井中的井漏问题.采用流体力学和射流理论基本原理,把钻井过程中泵入井底的钻井液进行分流,将15%左右的钻井液通过一种独特的井下工具分流,采用新型射流的水力能量作用方式直接射入可能漏失井壁,配合相适应的具有随钻防漏堵漏作用的钻井液体系,使漏失井壁快速形成"人造井壁",从而达到随钻防漏堵漏的目的,提高漏失井壁的承压能力和钻井液的密度窗口,对油气层也有保护作用.     

环空响应段流体流动特性数值模拟

基于物理法进行随钻防漏堵漏，其技术核心是利用侧向射流的水力能量在漏失层快速形成薄而高强度的“人造井壁”。钻遇漏层时，部分流体从专门设计的井下工具中喷出，直接射向井壁，给新形成的井壁一个合适有效的作用力，将混入钻井液中的堵漏材料推进漏失层岩石的孔、洞和裂缝，在漏失层井壁迅速形成一层致密的、可以承受一定压差的滤饼屏蔽环，从而增大井壁的承压能力或钻井液密度窗口，达到随钻防漏堵漏目的。由于环空响应段的侧向射流与上返流体具有一定的干扰，采用流体力学软件（CFD）对环空响应段的流体流动特性进行分析，弄清了上返流体对侧向射流的干扰。模拟结果表明，在现有应用的环空返速下，对侧向射流干扰很弱，基本没有影响。     

物理法随钻堵漏技术的试验研究

分析了一种新的防漏堵漏技术--物理法随钻防漏堵漏技术的室内试验堵漏效果,根据其作用机理和基于该技术的井下物理模型,结合实际应用时的钻井参数,设计并制造了防漏堵漏试验装置.通过对比分析不同条件下的堵漏试验结果,研究旋转射流在井壁上的影响,对几种堵漏材料的随钻防漏堵漏效果进行了试验评价;在钻井液配方不变的条件下,分析了钻柱转速对堵漏效果的影响以及应用该技术前后的堵漏效果.最终确定了合理的随钻防漏堵漏钻井液配方,并证实物理法随钴防漏堵漏技术具有显著的防漏堵漏效果.     

随钻防漏堵漏技术机理的探讨

钻井过程中很容易发生井漏,轻微的井漏会影响钻井工作的效率,严重的漏失则要耗费大量的生产时间及人力、物力甚至会引起诸如井塌、卡钻、井喷等一系列复杂情况与事故。所以,井漏一直是钻井工作中亟需解决的技术难题。文中介绍一种新的防漏堵漏技术——物理法随钻防漏堵漏技术,建立了基于该项技术的井下物理模型,并以流体力学为研究基础阐述了该项技术利用井下侧向水力工具的旋转射流作用在漏层裸眼井壁上形成低渗透、牢固滤饼的机理和方法,设计了水力工具的喷嘴。该技术不但达到了随钻防漏堵漏的目的,而且能有效提高漏失地层的钻井速度和降低钻井成本。     

随钻防漏堵漏技术的研究与应用进展

井漏是钻井作业中长期存在并且尚未得到有效解决的技术难题。文章介绍了目前国内外随钻防漏堵漏技术的研究与应用现状及常规处理井漏的方法,针对渗透性漏失及裂缝性漏失地层特点,首次提出了基于物理法随钻防漏堵漏技术。该技术通过特殊的井下侧向水力工具,利用旋转射流的水力能量作用在井壁上形成渗透率接近于零的滤饼,即所谓“人造井壁”。井壁不仅渗透率极低,而且具有很高的强度和稳定性,能够承受一定的压差作用。在井眼内可以有效的阻止钻井液漏入地层,从而达到随钻防漏堵漏目的。     

物理法随钻防漏堵漏机理的数值模拟研究

物理法随钻防漏堵漏技术能有效控制和处理井漏事故,尤其对渗透性漏失和裂缝性漏失有较好的防漏堵漏效果.以Realizableκ-ε紊流模型为基础,根据流体动力学理论建立了在旋转射流作用下环空流场的数学模型,分析了相应的边界条件,进行了网格划分,使用CFD软件Fluent模拟计算了物理法随钻防漏堵漏时的流场.模拟结果和试验结果基本相似,在实际环空返速下,侧向射流受到的干扰较小,并有很好的堵漏效果.模拟结果为物理法随钻防漏堵漏钻井水力参数设计、井底水力能量分配提供了理论依据.     

中原油田复杂区块随钻防漏堵漏技术

中原油田属非均质砂岩油田,断块多,以破碎性地层为主,渗透率差异大;层间、层内压力系统差异大,钻井过程中经常发生严重的井涌、井漏等复杂事故。对QS-2、LFT-70、DF-1、QPL-Y的随钻防漏堵漏效果进行了室内实验．并分析了它们的作用机理,介绍了它们的工艺要求。结果表明．几种随钻防漏堵漏剂复配在一起的防漏堵漏效果优于单一的随钻防漏堵漏剂,提高了地层的承压强度。形成了一套适合中原油田不同地层、不同漏失情况相对应的随钻防漏者漏工艺技术。     

油基钻井液随钻防漏技术实验研究

与水基钻井液相比,油基钻井液更容易发生井眼漏失,且井漏现场处理困难,一旦发生井漏,往往会造成重大经济损失。针对油基钻井液漏失问题,从油基钻井液井漏预防措施入手,通过优选不同类型的钻井液防漏堵漏剂,研制了新型油基钻井液随钻防漏堵漏材料,并探讨了其协同作用机理。渗透性封堵实验以及作用机理分析表明,刚性架桥颗粒、弹性填充颗粒、微细纤维材料等不同类型钻井液防漏堵漏剂具有协同作用效果,能够迅速形成具有"强力链网络"的致密封堵层,显著提高了油基钻井液的随钻防漏堵漏性能。进一步优化了强封堵性油基钻井液体系,该体系在120℃、16 h热滚前后的流变性、滤失性能良好,PPA砂盘滤失量仅为11.4 m L,具有良好的随钻防漏堵漏性能,能够起到强化封堵井壁作用,有助于提高地层承压能力。     

玛湖区块低压易漏地层防漏堵漏技术研究与应用

玛湖玛南、玛西井区纵向上地层承压能力低,存在多套地层压力系统、钻井过程中漏失频繁、漏失量大的问题,开展了钻井液室内实验研究,对堵漏材料进行优选、复配和评价,形成了优化防漏及随钻堵漏、停钻堵漏配方。通过现场应用随钻堵漏技术和采用常规堵漏材料进行停钻堵漏有效控制漏失。     

叶轮式旋转射流喷嘴的射流特性研究

为提高PDC钻头钻进水平段时的井底射流辅助破岩能力,开展了叶轮式旋转射流喷嘴的射流特性研究。利用k-ε双方程标准湍流模型,对叶轮式旋转射流流场进行了数值模拟,并采用旋流强度和流量系数评价了射流破岩能力。数值模拟结果表明,叶片扭曲角为115°~140°、直柱段无因次长度为0.6~0.8、收缩角为60°~70°时,流量系数和旋流强度可取得最佳值,射流破岩能力最强。根据不同喷距下的旋转射流破岩试验结果,分析了叶轮式旋转射流喷嘴的破岩特性,结果表明,同压降下叶轮式旋转射流破岩直径是普通直射流的近3倍,且喷距在7~11倍喷嘴出口直径时破岩直径最大。研究结果表明,叶轮式旋转射流喷嘴的破岩能力优于普通直射流喷嘴,且通过优化叶轮式旋转射流喷嘴几何参数可提高其破岩能力,加强井底清岩和辅助破岩效果,提高PDC钻头的破岩效率。      

侧向水力工具在钻井中的防漏作用

针对中原油田井漏的情况 ,设计了随钻防漏的侧向水力工具。介绍了该工具的防漏原理、参数的优化设计及技术要求。侧向水力工具在现场的应用情况表明 :(1 )利用侧向水力工具形成“人造井壁”屏蔽环的方法 ,在渗漏地层能起到较好的防漏作用 ;(2 )钻井液中的固相颗粒直径范围大一些 ,有利于快速形成屏蔽环 ,在易渗漏及局部漏失井段 ,防漏效果明显 ;(3)在水力能量设计分配合理的情况下 ,该工具不会冲蚀井壁 ,不扩大井径 ,使用井段起下钻无阻卡现象     

杭锦旗区块锦58井区钻井液技术实践与认识

杭锦旗区块锦58井区钻井过程中普遍存在严重漏失及井壁失稳问题,为此,开展了该井区钻井液技术研究。在深入分析井漏和井壁垮塌原因及主要技术难点的基础上,从"预防为主"出发,优选钻井液处理剂、优化钻井液配方和性能,确定了随钻承压防漏堵漏和井壁稳定技术,以达到兼顾防漏防塌、确保安全钻进的目的。该技术在锦58井区的JPH351井、JPH393井和JPH404井等3口水平井进行了现场应用,大大减少甚至避免了漏失和井壁失稳问题,取得了显著效果。其中,JPH351井钻井过程中顺利钻穿刘家沟组易漏地层,堵漏时间缩短40%以上,减少了漏失次数,缩短了处理时间;石千峰组和石盒子组地层井壁稳定,平均井径扩大率仅为4.73%;水平段累计钻遇长泥岩段11段513.00 m,泥岩占比达35.92%;3 200.00~3 292.00 m泥岩井段揭开52 d后仍未出现井壁垮塌失稳问题。应用结果表明,随钻承压防漏堵漏和井壁稳定技术能够解决该井区的井漏与井壁失稳问题,保障高效安全钻井,具有推广应用价值。      

随钻防漏堵漏技术研究

在钻遇安全密度窗口窄、裂缝发育的地层时，实施随钻防漏堵漏技术意义重大。该技术的关键在于当诱导裂缝开启到很小的时候，随钻防漏剂就进入裂缝，由单级颗粒架桥变缝为孔，然后逐级填充，在很短的时间内、漏失量很少的情况下堵死裂缝，同时使堵塞段具有一定承压能力。用改进型DL堵漏仪，采用带宽度为1～3mm裂缝的不锈钢模具，从架桥粒子的形状、浓度、性质以及与裂缝尺寸的匹配程度等方面评价了不同混合物的堵漏能力，得出了随钻堵漏剂的组成和级配关系。在DN2-24井的现场试验证实，该随钻防漏堵漏技术能很大程度地减少漏失量和停钻堵漏次数，提高地层承压能力，实现了对漏失点多、量大、位置不确定地层的随钻封堵；随钻堵漏剂的用量少，约为1％～1．5％，粒径也较小，约为0．125～0．180mm，对钻井液性能影响小。     

顺北5-8井志留系破裂性地层提高承压能力技术

新疆顺北区块古生界志留系地层由于地质构造运动强烈,断裂带附近缝网发育,且深层存在高压盐水层,钻井液安全密度窗口窄,井漏严重且高发。针对志留系防漏堵漏技术难点,深入分析了志留系破裂性地层漏失特性,通过地质、测井、岩屑等资料分析漏层岩性及孔渗特征,根据实钻数据、测井和水力学等方法分析漏层通道的大小和连通情况,对地层承压能力影响因素进行了细致分析,针对主要裂缝地层开发了抗高温致密承压堵漏配方,并根据不同的漏失类型制定了"随钻封堵、逐步强化、分段承压、稳步推进"的防漏堵漏技术思路,在顺北5-8井进行防漏堵漏作业13次,均获成功,有效提高了地层承压能力,井漏复杂处理时间同比大幅度减少60%。      

QPL-Y高强度井壁封固剂在随钻防漏堵漏工艺中的应用

中原油田钻调整井时常发生恶性漏失,特点是漏失层位多,漏层微裂缝尺寸随压力波动而变化。选用QPL-Y高强度井壁封固剂配成随钻防漏堵漏钻井液后,不同粒径的微细活化颗粒随钻井液进入漏层,形成水化铝酸钙、水化硫铝酸钙等水化产物,与微细活性纤维、膨润土颗粒、沥青颗粒和高聚物分子等形成网架结构,在高温高压下凝结固化,将破碎性裂缝漏层牢固地粘结封固起来,提高漏层的承压能力。经文51-191等6口井试验,成功率为100%。     

杭锦旗区块防塌防漏钻井液技术

杭锦旗区块具有丰富的天然气资源,但在钻井施工中井壁失稳及漏失问题严重,严重影响钻井进度。为此,在充分认识该区块地质特征的基础上,开展了钻井液防塌防漏技术研究。地层物性分析表明,该区块属于典型断层发育区域,地层存在泥岩混层、胶结强度低、微裂缝发育、极易受到损害等问题,导致井壁失稳及漏失问题严重。基于此,通过研发温敏变形型封堵剂SMSHIELD-2、高效润滑剂SMLUB-E、随钻防漏堵漏材料SMGF-1,形成了针对该地区的井壁稳定防塌技术和随钻堵漏技术。室内实验表明,SMSHIELD-2加量为1%时,钻井液高温高压滤失量降至15 mL,并且增强了滤饼韧性;润滑剂SMLUB-E可使极压润滑系数降至0.033 ;堵漏剂SMGF-1由不同粒径大小材料复合而成,显著提高地层承压能力,降低漏失量;通过配方优选,形成了防塌、防漏钻井液。该技术在杭锦旗区块2口试验井成功应用,一次性钻穿易漏地层,钻遇泥岩井段未发生坍塌问题,井径扩大率小于5%。      

雷特随钻承压堵漏技术及应用

库车山前克深区块库车组-苏维伊组长裸眼井段存在多套砂泥岩互层及复杂压力系统,地层承压能力低,钻进过程中易出现渗透性漏失,固井作业水泥浆漏失风险大,为保证长裸眼段正常钻进及中完作业顺利进行,需有效封堵裸眼段地层孔隙-微裂缝,提高承压能力。文章在系统评价了随钻堵漏剂封堵性能的基础上,优选出两套雷特随钻防漏堵漏配方,形成了雷特随钻承压堵漏工艺技术。现场应用结果表明,该技术适用于库车山前克深长裸眼段,能实现长裸眼井段正常钻进及中完作业顺利。     

延川南深部煤层气井防漏堵漏技术

延川南区块深部煤层气资源丰富,但钻井过程中漏失严重.为了降低漏失发生频次及其造成的经济损失,保证该区块煤层气井安全高效成井,在分析该区块地质特征和漏失机理的基础上,研究形成了由随钻堵漏钻井液和承压堵漏工艺组成的煤层气井防漏堵漏技术.延川南区块上部地层孔隙发育,以孔隙型渗漏为主,采用加入5％复合堵漏材料的随钻堵漏钻井液进...