欠平衡钻井环空多相流井底压力计算模型

随着欠平衡钻井技术的发展,对井底负压值精确控制的要求越来越高,目前已经开发了随钻井底压力测量仪器。对井底压力的大小实测发现,原有的气液两相流井底负压控制计算模型的计算误差较大,达到13%。为此,在H.V.Nickens所建立的钻井过程气侵时的两相流模型基础上,建立了直井环空多相流井底压力流动型态新的计算模型。该模型充分考虑了岩屑固相和多相加速度压降的影响,精度较高,利用深层欠平衡钻井实测数据,计算表明误差小于3%,为欠平衡设计计算与精确控制井底负压值提供了理论依据。     

欠平衡钻井井底压力控制技术

在欠平衡钻井过程中,井底压力控制技术是其关键技术之一,为准确掌握井底压力的大小,提高井底负压控制精度,开展了3项关键技术研究。首先利用在钻井过程中随钻测量起钻后地面回放的方法,自行研制开发出能够抗180℃高温、具有抗震功能的测量仪器;其次,在原有模型基础上,利用实测数据进行分析,考虑固相和多相流加速度压降的影响,研制开发了流钻欠平衡钻井环空多相流井底压力的计算模型,并推导出机械钻速影响井底压力增量的计算公式;最后,为验证模型精度,开发了钻井监测与分析计算软件,软件计算结果与实测数据对比,误差小于3%。研究表明,3项技术可提高井底压力计算和控制精度,为欠平衡钻井设计计算与精确控制提供了理论依据和实用数据。     

井下压力温度测试技术在徐深5井的应用

针对深层欠平衡钻井存储式随钻井下压力温度测试工具和配套软件存在的问题，进行了改进与完善，解决了井下仪器的振动问题，延长了钻井过程中的有效工作时间，改进后的工具在徐深5井进行了应用，该井是大庆油田深层加快勘探的一口重要的欠平衡预探井。通过应用，实测出该井第三次开钻井段钻井过程中不同情况下的井底压力、温度。利用关井求压时的井底压力变化能够准确地计算出地层压力、井底负压值的大小，对比设计井底压力值，为科学指导下步钻井，精确控制井底负压值提供依据。利用井底压力的实测值与理论值之间的误差分析表明，由于岩屑的影响造成井底压力增加，导致井下出现过平衡，影响欠平衡钻井的效果。同时，还介绍了实测井底压力温度数据在环空岩屑携带的情况、实际钻头压降大小和井下流体温度变化等方面的应用。     

欠平衡钻井中钻井液密度的确定与控制方法

合理的钻井液密度是欠平衡钻井安全、快速施工的前提。在欠平衡钻井工艺方面,研究较多的是井壁稳定力学和油气储层保护,在确定和控制井底负压差及钻井液密度方面研究较少。讨论了欠平衡钻井井底负压差的确定因素和合理钻井液密度的计算方法;研制出欠平衡钻井地面数据监控系统,可依据实时监测的钻井作业参数和产出流体量,以及立管压力和套管压力与井底实际压力间的数学关系及软件计算,调节钻井液密度和井口回压来控制井底负压差。理论模式和控制方法经计算模拟及现场应用,符合钻井现场要求,软件计算误差小于5%。     

井底压力温度测试技术在充气欠平衡钻井中的应用

升2-17井是大庆油田在外围深层天然气勘探开发的一口重要的勘探开发评价井．该井在三开井段采用充氮气钻井液进行欠平衡钻进．应用改进后的并下压力温度测试工具实测出了三开充氮气并段不同工况下的并底压力、温度数据，并据此准确计算出了充气后钻井液的当量密度．准确掌握了充气量与钻井液当量密度之间的关系．比较准确地确定了地层压力的大小，精确计算出了井底负压值的大小。应用井底压力温度测试技术有利于发现和保护储层．提高勘探开发的效果。介绍了井底压力温度测试技术在升2-17井三开井段充氮气欠平衡钻进时的应用情况．并分析了井底压力温度测试数据。     

平衡钻井井底压力自动控制技术研究

在欠平衡钻井期间，钻井液密度确定后，如何适时适量控制井口回压是个难题。其核心问题是如何在钻井过程中保持井底循环压力低于地层孔隙压力或储层压力在一个合适的范围内（即设计负压值） 。目前，现场普遍采用的调节井底压力的方法是通过手动调节节流阀改变套压使井底压力保持在合适的范围内，但该方法存在不少问题。为此，提出了对井底压力实施自动控制来保证欠平衡钻井过程中井底压力的精确、有效控制的方法，采用理论计算和现场试验相结合的技术，总结出了一套节流阀压降随开度的变化规律，从而很好地解决了欠平衡钻井过程中井底压力自动控制的技术难题，适合现场推广应用。     

煤层气欠平衡钻井环空注气工艺优化

充气欠平衡钻井技术是目前煤层气钻井中减少煤储集层伤害、保护煤储集层最常用的措施之一.针对煤层气羽状水平井充气欠平衡钻井技术特征,优选了水平及竖直井筒内多相流动压降计算模型,确立了井底欠压值的求解方法,给出了求解的计算流程.根据沁水盆地煤层气田某羽状水平井实际资料,通过对不同注气压力、不同注气量以及不同钻井液排量条件下井底欠压值的计算和分析得出:当环空注气压力一定时,井底欠压值随钻井液排量的增大而单调递增,且环空注气量越大,井底欠压值越小;在最佳环空注气压力条件下,当钻井液排量一定时,井底欠压值随着环空注气量的增大而单调递减,当环空注气量一定时,井底欠压值随着钻井液排量的增大而增大.利用该计算模型和计算方法,结合现场欠平衡钻井工程要求.可以优化出最佳的环空注气工艺参数.     

多相流井筒压力分布规律探讨

井底负压值控制是欠平衡钻井技术的基础,而井底负压值的大小与环空多相流的有关压力计算有关.根据多相流诸多变量参数都是井深函数的特点,提出了微分井眼空间,然后在这微分段内假设计算参数不变进行井底压力计算,建立了相应的数学计算模型,并用数学的方法对计算模型的正确性进行了验证.根据该模型编制的计算机软件的现场应用表明,该方法具有很强的适用性.     

深井欠平衡环空岩屑对井底压力影响的研究

大庆油田在长垣东部利用深井欠平衡钻井技术进行深层气勘探，取得了较好的勘探效果，及时发现和保护了气层，但许多欠平衡井都是在接单根后效才能点火成功，表明在钻进过程中井底未能达到欠平衡状态。通过对井底压力影响因素和深层欠平衡钻井情况的分析，提出了环空岩屑影响井底压力的计算方法并编制计算软件，计算表明实际钻井过程中环空岩屑对井底压力的影响很大，在5000 m左右的深井低密度欠平衡钻井中，环空岩屑影响井底压力高达3~4 MPa，甚至更高，比大庆油田深井欠平衡钻井动负压值控制范围0~2 MPa要高很多，造成井底过平衡，影响勘探效果，对储层产生伤害。因此，在深井欠平衡钻井设计以及现场施工中应充分考虑环空岩屑对井底压力的影响，以提高欠平衡钻井井下负压控制水平。     

可循环泡沫钻井环空压力计算与应用

环空压力对可循环泡沫控制压力钻井来说是一个重要的参数,但在钻进过程中要获得此参数比较麻烦。为此,建立了一套利用求得动密度及环空流动压耗并根据静液柱压力最后得出可循环泡沫钻井环空压力的计算模型,其理论计算结果与环空压力实测情况对比分析表明,井底压力的理论计算误差小于1.5%,理论计算值与实测值基本一致,表明此计算方法对可循环泡沫钻井有一定的适用性。进行了可循环泡沫钻井与常规钻井液钻井环空压力的对比分析,结果表明在3000m井深处,采用可循环泡沫钻井比常规钻井液钻井的环空压力低2～3MPa,说明可循环泡沫钻井能降低钻井时的井底压力,以达到降低储层伤害的目的。     

伊拉克库尔德A油田原油注氮欠平衡钻井技术

伊拉克库尔德A油田主力产层Bekhme碳酸盐岩储层裂缝发育,经过多年开发,地层压力逐年降低,钻井过程中极易发生钻井液漏失,不但导致机械钻速低,而且造成储层污染而出现单井产量低、含水率高等问题.为此,研究应用了以原油为钻井液、环空注氮气的欠平衡钻井技术,该技术改变了传统的充气方式,氮气由套管头侧出口注入井眼,从尾管悬挂器...     

欠平衡钻井技术在大庆油田卫深5井中的应用

卫深5井是大庆油田2002年重点探井,钻探目的是评价松辽盆地东南断陷区徐家围子断陷带营城组、沙河子组及火岭石组火山岩及砂砾岩含气情况。在该井采用了欠平衡钻井技术,钻探过程中采用水包油钻井液,选择合理的欠压值和井控技术进行了欠平衡钻迸。有效地解决了该区低渗透火山岩储层在钻探过程中易受污染的问题,保护了储层,及时发现了高产工业气流,提高了深井钻井速度。文中介绍了该井工程参数设计、设备选择和现场试验中久平衡钻井工艺技术研究与应用情况和井底欠压值的控制技术,建议在大庆油田继续开展以砂岩为主的油气藏欠平衡钻井试验研究。     

马1C井欠平衡钻井液技术

马1C井是在马1井上实施欠平衡钻井的一口套管开窗侧钻井。马1井是吐哈油田三塘湖盆地马朗凹陷牛圈湖构造带牛圈湖1号背斜上的一口预探井。通过对马1C井的地层岩性、储层特性、地层稳定性和可钻性、地层压力等多方面分析，室内对马1C井欠平衡钻井液进行了试验研究，确定出低密度油基钻井液的配方。经现场应用表明，低密度油基钻井液密度为0．87－0．88g/cm^3，在欠平衡钻进过程中处于负压状态，达到了保护油气层的目的；钻井过程中始终有溢流发生，3次自动点火成功，着火持续时间最长达35min，火焰最高约6m；岩屑返出均匀，无坍塌现象，机械钻速最高达30m/h，是马1井对应井段机械钻速（8．5m/h)的3．5倍；低密度油基钻井液性能稳定，较好地保护了油气层，确保了马1C井套管开窗和欠平衡钻井施工顺利。     

无固相钻井完井液在欠平衡钻井中的应用

塔里木北部地区塔河油田的主力油藏为奥陶系碳酸盐岩潜山型油藏。自从无固相聚合物钻井液体系在塔河油田的S66井首次尝试欠平衡钻井获得成功以来,先后对包括直井、水平井在内的16口井实施了欠平衡钻井。现场应用表明,无固相聚合物钻井液体系性能稳定,携岩性好,完全满足了塔北奥陶系欠平衡钻井要求。介绍了无固相聚合物钻井液体系的性能及现场应用情况。     

欠平衡钻井过程中井眼压降分布规律的研究

在分析欠平衡钻井过程中井眼流体基本流型的基础上,给出了一套计算环形空间及钻杆内部压降的计算公式。计算结果表明,该套公式较为精确地模拟了欠平衡钻井过程中井眼压力分布的规律。     

实用欠平衡钻井钻井液技术

欠平衡钻井钻井液技术是实现欠平衡钻井成败的关键技术之一。针对中国石化新星公司近几年在不同地区施工的30余口欠平衡井所用不同类型的钻井液体系，介绍了低固相聚磺钻井液、无固相盐水聚合物钻井液、低密度乳化柴油钻井液3种钻井液的室内性能评价结果以及现场应用情况，并在此基础上总结分析了各钻井液体系所适用的地层以及其优缺点。无固相盐水聚合物钻井液现场配制简单．成本低廉，特别适用常压碳酸盐岩储层的欠平衡钻井施工，但抗温能力较低．有待于进一步研究；低固相聚磺钻井液是成熟的钻井液体系，适用于水平井以及砂泥岩地层的欠平衡钻井施工；低密度乳化柴油钻井液适用于低压气体欠平衡钻井，但井场安全要求高．成本也相对较高，对油层实施欠平衡钻井，会影响原油的分离，需进一步研究。     

欠平衡钻井随钻预测储层压力的理论与实用方法研究

欠平衡钻井过程中，真实地了解所钻地层的多种信息对于安全钻进、钻井液密度控制、井口回压控制及复杂事故处理都非常重要，但凭借钻前邻井资料预测和随钻录井分析获得的储层压力往往与实际相差较大，造成了欠平衡压力控制的误差和滞后。为求得较准确的储层压力，在原为压力恢复试井理论基础上，推导出了欠平衡钻井随钻储层压力恢复试井数学模型．并提出了相应的简化的实用方法随钻储层压力恢复试井法，同时．结合2口井的欠平衡钻井实例数据．利用该方法进行了分析．结果与实际储层压力的误差较小，从而验证了该方法的可行性。     

井下增压装置提高钻速机理与适用性

利用井 下增压装置产生高压射流辅助钻头机械破岩是提高机械钻速的有效手段之一,现有井下增压装置可分为利用钻井液水力能量和钻柱振动能量2种增压方式。针对不同地层对井下增压装置输出压力要求和不同增压方式适用井深条件等问题,通过数值模拟和现场试验分析等手段,研究了地层岩石力学参数对增压射流破岩的压力要求,探讨了2种井下增压方式的适用条件。结果表明,在地层岩石的摩擦角为20°~50°、内聚力小于60 MPa、当井下增压装置输出射流压力达到100 MPa以上、喷距不超过10倍当量喷嘴直径时,增压射流具备直接破岩能力。钻柱减振增压集钻柱减振和井底钻井液增压为一体设计新思路,装 置活动部件少,受井深、钻井液性能参数等影响小,井下最长工作时间已达230 h以上,比利用钻井液水力能量的增压方式具有更宽的适用范围。     

牛102泡沫欠平衡水平井轨迹控制

针对新疆吐哈油田三塘湖区块油藏低压、低渗的地质特点,确定水平段采用泡沫钻井液钻进以有效地保护油气层,最大限度地控制和减少对油层的侵害。合理利用配套的水平井钻井技术和泡沫欠平衡钻井工艺,应用MWD无线随钻测斜仪、DST有线随钻测斜仪,结合旁通接头同步下钻的测斜方法,监测井眼轨迹,优化钻井方案,安全优质地完成了牛102井的各项施工任务,为今后进行同类钻井施工摸索出了一定的成功经验。     

钻井双壁钻具研制与应用

为解决在充气钻井液欠平衡压力钻井时，使用常规井下动力钻具和随钻测量仪器进行井眼轨迹控制中遇到的技术难题，研制了双壁钻具。详细介绍了合理解决双壁钻具高压钻井液流道直径、气道直径和钻具强度等问题的方法，根据具体情况制定了特定的扣型，确定了双壁钻具的具体参数。现场试验表明，使用充气钻井液进行欠平衡钻井时，应用双壁钻具可使井下动力钻具和随钻仪器的性能不受影响，能进行正常的井眼轨迹控制。