随钻气侵检测新技术

简要介绍了目前国外最新采用的三种气侵检测技术的测量原理、测量装置和测量方法。这三种新技术均可在钻井的过程中实施随钻气侵检测，为处理井喷和其它井眼事故赢得宝贵时间。     

气侵早期检测新方法

在复杂地层钻进时,地层中的气体会以重力置换、欠平衡气侵等方式进入井筒,现有的气侵检测方法主要有泥浆池液面监测、地面出口流量检测和气侵声波时差监测,但这些方法存在气侵检测效率低、不能进行早期识别预警等多种问题。针对气侵早期识别困难的难题,在考虑侵入气体物性随井筒中温度、压力变化的基础上,结合地层渗流,建立了气侵井筒传热与多相流动瞬态模型,给出了数值求解方法。通过对该模型求解,计算结果表明:在气侵过程中井底压力不断降低,并且随着气侵时间的增加,井底压力减小速率加快,与此同时,井底温度不断升高,环空返出口温度不断降低。根据该变化规律提出了以井底压力与井口温度相结合或井底温度与井底压力相结合进行气侵早期检测的新方法。     

欠平衡气侵与重力置换气侵特征及判定方法

在裂缝性碳酸盐岩地层中,地层气体以欠平衡或重力置换方式进入井筒形成气侵。对重力置换气侵和欠平衡气侵类型及进气量进行分析;基于气液两相流理论建立井筒气侵模型,改变边界条件计算精细控压钻井气侵期间井底压力和泥浆池增量的变化;通过改变井口压力观察泥浆池总量或出口流量的变化,分析井底气侵方式。结果表明:井口增加回压后,井底压力由欠平衡状态转变为过平衡状态,泥浆池增量略微增加,而重力置换气侵泥浆池增量保持原趋势增加,由此可以判断出井底的气侵方式;该判定方法在现场试验中得到验证,对精细控压钻井安全快速控制气侵有指导意义。     

大斜度及水平井中水泥浆的失重和气侵研究

大斜度及水平井中,水泥浆的失重和气侵规律与直井不完全相同,主要表现在水泥浆的析水量、井斜角、井径及井身结构等因素的影响。零析水水泥浆的失重与气侵主要是胶凝悬挂引起的,而非零析水水泥浆的失重与气侵,除了胶凝悬挂外,井壁上侧形成的自由水槽却是另一个重要因素。研究还表明,在倾斜井筒中,按API常规方法测量的析水是不合理的,而必须将水泥浆装入测量筒,倾斜45°进行测量。     

热式多传感器信息融合的气固质量流量检测

提了邮热式多传感器信息融合的气固质量流量检测方法,采有复合传感器,可同时按换热法和热平衡法两种原理进行固相流量在线测量,研究了两种方法的测量原理和数学模型,结合两种方法的测量结果,经过信息融合处理,可以提高气固质量流量检测的精度和可靠性。     

深水钻井井筒环空气体上升速度研究

在深水钻井的过程中,及早准确地监测到气侵的发生对于钻井安全至关重要。在哈格多恩和布朗方法的基础上建立了深水钻井气侵发生后气体上升速度模型,针对井斜角对气体流型划分原则的影响及气体滑脱速度的改变进行了修正,结合气侵后井筒气液流动规律,实现了气侵发生后气体到达海底井口时间的实时计算,所得结果能够有效反映深水斜井钻遇气侵后井筒环空的流动规律,对于气侵及井控的监测具有重要意义。     

侵地武器及其气炮实验

简述了侵地武器的发展历史和现状，侵彻战斗部技术在精确制导武器中已被广泛应用，小爆炸威力侵地核武器的开发已经主要不是工程技术方面的问题；介绍了气炮实验技术及其在侵地武器研究中的应用，气炮模拟实验结果表明，岩土侵彻存在良好的力学相似关系，混凝土侵彻同花岗岩侵彻存在许多质的差异；介绍了一种通过侵深实验数据分析计算侵彻弹体加速度、速度和位移变化过程的方法。     

气侵条件下裂缝性地层漏失模拟实验

顺北区块裂缝性储层发育,气侵和漏失复杂同存,严重制约了该地区的油气田开采.总结了顺北区块裂缝性储层气侵和漏失现状,并指出"先漏失后气侵"与"先气侵后漏失"两种漏溢同层模式.基于自制的钻井液动滤失与长裂缝封堵模拟实验装置,利用不同宽度楔形长裂缝模型,通过改变裂缝倾角、钻井液正压差和裂缝缝宽等不同裂缝性地层模拟情况,分析了气侵条件下裂缝性地层钻井液漏失规律.结果表明,垂直裂缝形成的封堵层最致密,气侵条件下承压能力较高,钻井液漏失深度为37.8 cm,但反向承压可达0.35 MPa,超出水平缝25％;钻井液正压差越大,漏失深度越大,3 MPa正压差漏失深度高达100 cm,比1 MPa条件下超出1倍;缝宽越大,漏失深度越大,形成的封堵层越多且致密,承压能力有一定提升,3 mm缝宽反向承压能力达1.12 MPa,超出1 mm缝宽65％,但气侵速度高达1.69 L/min.     

直井气侵后气液两相参数分布数值模拟

钻井过程中发生气侵后,由于压力、温度、偏差因子等参数变化影响,气体沿井眼滑脱上升的同时会伴有一定膨胀,而加剧井底压差,导致气侵量不断加大直至井喷.气侵直至井喷过程中井筒内为瞬态气液两相流动,研究气侵后井底气液两相参数发展变化规律及井底压力变化特征对认识井喷发生发展规律有重要的指导意义.以甲烷-钻井液为循环介质,在接近井底实际工况情况下对气侵发生直至井喷过程进行了数值模拟,模拟计算了不同气侵量下气侵不同阶段的流型变化规律、井底压力变化规律、速度分布,并取得了初步认识.     

基于随钻电阻率响应特征的深水钻井气侵早期监测方法

为了将随钻电阻率测井值的响应特征应用于深水钻井气侵早期监测方法中,对随钻电阻率测井值气侵响应规律进行研究。在分析测井值的环境影响因素基础上,设计一套气侵模拟试验装置,研究随钻电阻率测井值在不同注气量下气体侵入井筒的响应特征。考虑如何排除地层岩性影响随钻电阻率测井值变化并结合钻井液录井资料的基础上,建立基于随钻电阻率测井的深水钻井气侵早期监测方法。试验结果表明:通过瞬时随钻电阻率测井值的脉动特征可进行井底环空流型识别,并拟合出了气体体积分数与无因次随钻电阻率测井值的关系式,拟合公式与试验数据的相对平均误差为5%,吻合程度较高;与常规泥浆池增量法相比,建立的方法可提前10 min监测到气侵发生,比隔水管气侵早期监测方法提前6 min监测到气侵发生。     

控压钻井气侵流动分析模型研究与应用

控压钻井(managed pressure drilling,MPD)发生气侵时,可通过实时动态压力控制在保持井底压力恒定的情况下实现气侵有效控制与安全排溢,气侵安全控制的关键是实时准确地井筒流动分析。通过理论分析建立了考虑侵入流体在不同类型钻井液中溶解析出影响的井筒气液两相流模型,考虑动态回压影响,给出了不同控压钻井模式下模型求解的初始及边界条件。基于有限差分法充分考虑不同控压模式下的压力动态调节对气体滑脱、相态变化的综合影响,给出了该模型的求解流程。运用全尺寸模拟井筒气侵测试数据对模型进行了验证分析,运用该模型对页岩气水平井控压钻井气侵控制进行了计算分析。结果表明,该模型具有较高的精度,能够很好地为控压钻井气侵控制与分析提供技术支持。     

气液两相流特征参数的微机测量系统

本文描述了测量气液两相流特征参数(液滴、气泡尺寸及其分布和液膜厚度)的微机系统,并着重分析了三种传感器的测量机理。     

声波早期检测气侵数据处理与程序设计

声波可被用于早期检测气侵 ,然而由于钻井现场存在强干扰 ,泵的波动信号 (声源 )难以提取。通过采用特殊的软、硬件技术 ,可提高声波传播中的抗干扰能力。对强干扰下的声波信号采用两级差动放大 ,采用相位超前型三运放二阶电路 ,实现一级增益线性调节。利用概率密度技术捕捉声信号的微小变化 ,能够有效地识别气侵并报警。采用智能滤波线技术 ,有利于计算机识别较强干扰下声波波形周期 ,并计算时间延迟     

声波早期检测气侵数据处理与程序设计

声波可被用于早期检测气侵，然而由于钻井现场存在强干扰。泵的波动信号（声源）难以提取，通过采用特殊的软，硬件技术，可提高声波传播中的抗干扰能力。对强干扰下的声波信号采用两级差动放大，采用相位超前型三运放二阶电路，实现一级增益线性调节，利用概率密度技术捕捉声信号的微小变化。能够有效地识别气浸并报警，采用智能滤波线技术，有利于计算机识别较强干扰下声波波形周期。并计算时间延迟。     

一种气固质量流量检测方法的实验研究

介绍了热式多传感器信息融合的气固质量流量检测方法的实验研究情况；给出了实验系统方案和实验测量装置的硬软件设计，实验结果分析说明，该检测方法通过复合传感器可以同时测量气体流速，粉体浓度和各处温度，经过数据处理就可以测得气固质量流量。     

基于光电池阵列的小通道气液两相流气泡参数检测方法

提出一种基于光电池阵列的小通道气液两相流气泡尺寸(气泡截面直径及其截面中心点位置)检测新方法。该方法先利用光电池阵列传感器获得反映小通道内气液两相流气泡截面信息的光强分布信号,然后利用主成分分析对信号降维,最后利用支持向量机(SVM)方法分别建立气泡截面直径和气泡截面中心点位置的测量模型,并进而实现气泡截面直径及其截面中心点位置2个参数的测量。在内径为4.04 mm的水平玻璃管内进行的初步实验研究结果表明本文所提出的基于光电池阵列的小通道气液两相流气泡尺寸检测方法是可行的、有效的。气泡截面中心点位置测量的最大相对误差小于8%,气泡中部截面直径测量的最大相对误差小于10%。     

精细控压钻井溢流检测及模拟研究

针对现有钻井过程中溢流检测方法无法检测微溢流量,对深井和复杂井井控提出挑战,展开了精细控压钻井 溢流检测及模拟研究。研究中通过对比出入口微流量变化,提出了精细控压钻井溢流检测和分析方法;根据气液两相 流理论,建立了井筒气侵期间流动计算模型。将该检测方法应用于塔中某井进行试验,结果表明：精细控压钻井系统 溢流检测方法可以准确检测溢流的发生和累积溢流量;根据气液两相流模型,可以模拟精细控压钻井不同回压时井筒 流动参数的变化;该检测方法在现场试验中检测结果和模拟结果一致。精细控压钻井系统溢流检测方法能够准确检 测溢流发生,该检测方法具有可行性和可靠性,可对控压钻井发现和控制溢流提供了理论支持。     

控压钻井井控过程中排量优化设计

控压钻井井控是处理气侵溢流问题的有效新方法,包括前期控制和循环排气两个阶段。基于快速施加井口回压控制方法,根据气液固多相流理论,建立控压钻井井控数学模型,并采用有限差分法迭代求解。在此基础上,分析排量对最大井口回压、最大套管鞋处压力和最大立管压力的影响,并提出基于井控安全目标函数的排量优化设计方法。模拟结果表明:在循环排气阶段,立管压力维持不变且为最大值,井口回压达到最大值与气体前沿运移到井口之间存在明显的时间滞后性,气体运移到套管鞋处时套管鞋处压力最大;验证了以出入口流量一致表征井底气侵停止的合理性。模型计算得到的压力值与实验测量值吻合较好。     

基于恒流桥的醇系物气体检测模型设计与实现

设计了一种基于恒流桥的SnO2气敏传感器检测模型,该模型利用恒流源实现气敏元件阻值与输出电压呈线性关系,以提高气敏传感器检测准确度.实验结果表明传感器阻值随甲醇、乙醇、丙醇气体浓度增加呈乘幂函数衰减规律变化,检测浓度范围为0～1569.00mg.m-3,并对一定浓度范围实验数据进行归一化处理,能进一步提高测量准确度.     

基于软测量技术的液相乙醇浓度在线检测系统

针对当前液相乙醇检测存在的缺点,建立基于气液相平衡原理的液相乙醇浓度的软测量计算模型.介绍一种IP模式液相乙醇浓度在线检测系统的研制,主要包括嵌入武系统的硬件结构和整个系统的软件构成.理论和实践表明该系统具有测量准确度高、通用性好、响应速度快,性能稳定等特点.