无隔水管钻井U型管效应研究

无隔水管钻井在无钻柱阀或钻柱阀失效的情况下进行接单根或起下钻等作业会发生U型管效应。U型管效应期间泥浆池液面不断升高,影响溢流的准确判断。同时准确计算井底压力的变化规律对于判断U型管效应期间是否发生井下复杂也非常重要。文章首先推导了无隔水管钻井使得钻柱充满钻井液所需的最小平台泵排量(零立压排量)的计算公式。然后基于流体力学中的一元不稳定流动理论,结合无隔水管钻井工艺,并考虑实际井身结构,建立分析U型管效应的不稳定流动模型。根据该模型研究了U型管效应持续时间、钻杆内液面下降高度、返出流量以及井底压力随时间的变化规律,同时分析了影响U型管效应持续时间和井底压力变化的因素。结果表明,显著影响U型管效应持续时间的因素是钻井液稠度系数和流性指数,显著影响井底压力的因素是排量和流性指数。     

无隔水管钻井技术临界排量分析

鉴于国内有关无隔水管钻井技术水力学研究较少,且循环压耗计算仍然基于适用性较差的钻井液流变模式的现状,采用罗-斯模式建立了适用于无隔水管钻井系统的全流态水力学分析方法,分析了泵排量随水深、井深的变化规律。分析结果表明,无隔水管钻井系统正常钻进过程中,应保持泵排量大于或等于临界排量,否则立管压力将为负数,钻柱内将出现U形管效应;钻柱内循环压耗对立管压力随排量变化的规律影响较大,环空循环压耗和钻头压降对其影响较小;不同深水条件下临界排量均随着井深的增加而减小,当井深相同时,水深较小的工况下临界排量较小。所得结论对无隔水管钻井系统平台泵排量的确定有指导意义。     

无隔水管钻井U形管效应计算模型研究

无隔水管钻井(RMR)在无钻柱阀的情况下停泵、接单根或起下钻会发生U形管效应。U形管效应增加了钻井非作业时间,且发生U形管效应期间井底压力变化复杂,钻井液池液面不断升高,影响溢流的准确判断。鉴于此,基于流体力学中的一元不稳定流动理论,结合RMR钻井工艺,详细推导了U形管效应的不稳定流动模型。根据该模型研究了U形管效应持续时间、钻杆内液面下降高度、液面流速和加速度、返出流量以及井底压力随时间的变化规律,也分析了影响U形管效应持续时间和井底压力变化的因素,同时还提出了RMR钻井存在零立压排量概念,该排量是钻柱内充满钻井液所必需的最小海面泵排量。研究结果表明:不同停泵排量都会快速下降到零立压排量,随后逐渐减小;零立压排量对于实现RMR安全钻井和水力参数优选都具有重大意义。研究结果可为认识RMR钻井U形管效应和缩短U形管效应持续时间提供理论依据。     

双层连续管双梯度钻井井筒钻井液当量循环密度分布特征

双层连续管钻井是一种新型双梯度钻井技术,为了分析双层连续管钻井井筒ECD分布特征,研究基于双层连续管钻井工艺特点,考虑井筒温度、压力和岩屑浓度等参数影响,建立了双层连续管双梯度钻井井筒ECD计算模型,分析了钻井液排量和钻井液密度等因素对井筒ECD的影响规律。案例井计算结果表明,井筒ECD随着钻井液排量和密度的增加而增大,机械钻速的增加对井筒ECD的影响较小,双层管尺寸需结合井眼尺寸和循环压耗进行优选。双层连续管双梯度钻井可有效降低井底ECD,在钻井过程中可通过调整钻井液排量和密度实现井筒压力的动态控制,为应对深水钻井压力窗口窄和浅层易发生漏失等难题提供了一种有效的解决方法。     

无隔水管钻井浅部地层井筒循环压耗分析

无隔水管钻井液回收钻井技术能够较好地解决深水浅部地层的钻井难题。基于圆管流量方程及其在环空中的推广应用,分别建立钻柱内和环空中钻井液全流态的井筒循环压耗计算方法。算例分析结果表明,层流状态下钻柱内和环空中循环压耗随排量增大均缓慢增加,而过渡流和紊流下循环压耗随排量增加的速度较快;RMR无隔水管钻井系统在钻井过程中存在一个临界排量,只有泵排量不小于临界排量才能够保证井筒循环的连续性;钻遇浅部地层时井筒压力中还是钻井液液柱压力起主导作用,循环压力的影响相对较小。研究内容可为我国开展深水无隔水管钻井提供一定的技术支持。     

平台运动对井下钻井液压力波动的影响分析

无隔水管钻井技术通过控制海底钻井液举升泵的转速和流量来控制旋转防喷器内的钻井液液面,进而达到控制井筒压力的目的.针对深水无隔水管钻井系统作业过程中钻井平台的运动响应对井下钻井液压力扰动的问题,建立了钻井平台-升沉补偿-钻柱纵向振动耦合模型和井下钻井液压力计算模型,分析了海洋环境因素对平台运动响应、钻柱升沉运动响应及井底...     

深水隔水管钻井井筒温压场耦合计算与分析

井筒温度和压力场的计算是深水钻井设计的重要内容。综合考虑温压场与钻井液性能的相互影响,建立了深水钻井井筒钻井液性能、温度和压力场耦合计算模型,并进行了求解分析。实例分析结果表明:受海水低温影响,上部井段环空温度会小于入口温度,需注意低温时天然气水合物形成带来的安全隐患;受压力和温度影响,静止时钻井液最大密度出现在海底泥线处,井底处钻井液实际密度小于井口钻井液密度,循环时井内钻井液实际密度和当量循环密度(ECD)均大于入口钻井液密度;温压场与钻井液密度耦合对ECD影响较大,钻井液粘度与温压场耦合对泵压影响较大,考虑钻井液密度和粘度影响时泵压计算误差将明显降低。     

深水高温钻井井筒循环温度分布与控制方法研究

深水钻井过程中高温会对钻井液性能和井下及井口设备、工具的密封件等造成严重损坏,因此准确的钻井温度模拟及控制至关重要。结合深水钻井工艺和高温地层特点,充分考虑钻井系统输入能量和隔水管对井筒温度剖面的影响,建立了新的深水钻井井筒循环温度分析模型,重点分析了温度剖面的影响因素及海底防喷器处的温度变化规律,结果表明:本文建立的深水钻井井筒循环温度分析模型计算结果与现场实测数据吻合;钻井系统输入能量、隔水管增压泵排量对井筒温度剖面的影响不可忽略,在钻井设计和作业阶段可分别通过优化井眼轨迹、采用高比热钻井液和增加钻井液润滑性、减小钻井液入口温度等方法来降低井底温度。本文研究成果可为深水高温钻井井底温度预测和控制提供理论指导。     

深水钻井井筒全瞬态传热特征

深水钻井作业期间的井筒温度是深水钻井设计和安全钻井的重要基础数据。基于深水钻井液循环时井筒与地层和海水的传热机理,建立了全瞬态深水钻井液循环温度计算模型,模型与Holmes实验井实测温度吻合程度较高。利用一口深水模拟井数据,分析了水深、水温、隔水管保温层等因素对钻井液循环温度的影响。研究表明,深水井筒温度随井深变化幅度小,一般不超过30℃;水深相差500 m时,一般会使井底温度相差约5℃,但基本不影响钻井液出口温度;隔水管保温层对井筒温度影响大,而季节变化对深水钻井液的循环温度基本没有影响。     

深水钻井隔水管增压排量对井筒温度分布的影响

由于受深水低温特性的影响,深水钻井中,井筒流体温度分布的计算与陆地钻井中井筒流体温度分布有所不同。隔水管增压管线排量的存在使流体温度进一步降低,因此深入了解增压管线内排量对深水钻井井筒流体温度分布的影响规律十分重要。基于无隔水管增压排量下深水温度分布的计算方法,考虑突扩孔道流动的问题,结合热力学相关理论,对加隔水管增压管线排量时的深水钻井井筒流体温度分布进行了研究,建立了该情况下温度分布的预测方法,得到了井筒流体温度分布。研究结果表明:隔水管增压管线排量对深水井筒流体的温度分布影响明显,且影响区域较大;较管柱而言,增压排量对环空内井筒流体温度场分布的影响更为明显;因钻井液和流动方向的不同,较环空而言,管柱内钻井液温度受增压排量的影响更深。因此,研究深水钻井中的深水温度分布时,隔水管增压排量的影响必须加以考虑。