控压钻井复合型节流管汇压力控制机制研究

为了提高控压钻井中自动节流管汇对回压的控制精度、响应速度、拓宽对回压的控制范围,增强对钻井液排量的适应能力,提出利用三个节流阀通过串并联组合构成的复合型节流管汇。推导出复合型节流管汇压力调节特性模型,并对压力控制精度、响应速度以及回压控制范围能力进行深入分析。结果表明,复合型节流管汇不仅有效提高回压控制精度、响应速度、回压范围,而且减小节流阀两端压差和排量,一定程度上提高了节流阀的使用寿命。     

页岩气水平井固井质量对套管损坏的影响

四川盆地西南部长宁—威远国家级页岩气示范区采用水平井方式开发页岩气藏,部分井由于套管损坏导致压裂过程中不能顺利下入桥塞、连续油管不能顺利钻磨桥塞等问题,甚至部分井段被迫放弃压裂作业,直接影响了气井产量的提高。为此,以WH1井为例,在分析该井压裂过程中套管损坏问题的基础上,认识到固井质量差是该井套管损坏的主要原因。然后,应用ABAQUS有限元软件,结合现场实际参数建立模型,对水泥环窜槽缺失、套管偏心和井径变化等3种固井质量差的形式,进行了数值计算,得出了固井质量对套管应力的影响规律:①水泥环缺失时会在套管内壁上产生较严重的应力集中,且套管应力随缺失角度的增加而增加;②套管偏心和水泥环缺失同时作用会极大增加套管应力,甚至达到套管屈服值;③井径变化对套管应力影响较小。该研究成果可对今后页岩气开发提供有益的指导作用。     

控压钻井井口恒压控制方法初探

实时准确控制井筒压力对于深部地层钻井安全至关重要。结合控压钻井工艺特性,提出了井口恒压
控制方法,并建立了井筒－地层耦合流动模型。研究结果表明,与井底恒压模式相比,井口恒压模式可操作性更
强,控制过程中井底压力会呈规律性的波动变化,并在气体前沿运移到井口时出现一个拐点。在现场作业时,需要
结合安全钻井液密度窗口确定合理的井口回压调控区间。井口回压调控区间与溢流量监测值／地层渗透率呈负相
关性,而与初始井口回压呈正相关性。文中研究对于提高控压钻井作业安全性有着一定的借鉴意义。     

韧性材料对页岩气压裂井水泥环界面完整性影响

目的 提高页岩气井多级压裂过程中水泥环界面完整性。方法 针对4种在页岩气井中使用的水泥浆体系,基于水泥环完整性评价装置,开展在循环压力条件下水泥环界面完整性实验。采用高精度流量计、扫描电镜和核磁共振等监测手段,定量检测环空气窜速率,探索水泥环在加载前后的微观结构变化。根据实验装置基础参数,采用有限元方法模拟循环加载过程水泥环界面的损伤演化情况。结果 常规水泥浆、18%(均为质量分数)胶乳剂水泥浆、36%胶乳剂水泥浆、18%胶乳剂加1%增韧剂水泥浆,其环空气窜速率分别为722、300~677、20~45、10~25 mL/min。经循环载荷作用后,常规水泥浆在水泥环本体出现明显径向裂缝和界面微环隙,且水泥浆水化产物较疏松;36%胶乳剂水泥浆仅在水泥环界面产生较小的微环隙,水化产物在界面处较致密,水泥石孔径较小。在循环载荷作用下,水泥环界面孔隙显著增加,界面处产生塑性应变并不断增加。结论 胶乳剂和韧性剂材料可有效填充水泥颗粒之间的间隙,降低水泥石孔径尺寸。胶乳剂通过改善水泥环的微观形态结构,避免在本体产生裂缝,提高了界面密封性能。增韧剂对水泥颗粒产生较强的粘结作用,与胶乳剂的配合使用进一步增强了水泥环界面的密封效果,两者共同作用可显著提升水泥环空密封能力。在循环载荷作用下,水泥环界面易形成微环隙,为环空气体提供了窜流通道,造成环空带压。现场采用添加18%胶乳剂加1%增韧剂的韧性水泥浆体系开展固井施工,水泥石力学性能能够满足水泥石强度大于30 MPa和弹性模量小于7 GPa的性能要求。同时,使用韧性水泥浆的井段固井质量也较好,后续压裂施工过程也未见环空带压问题。通过合理优选韧性水泥浆添加剂含量,能够为环空提供良好的密封效果,提升水泥环的密封完整性。     

温-压作用下水泥环缺陷对套管应力的影响

在页岩气水平井多级分段压裂施工中,由于压裂段固井质量较差,当井筒温度和压力急剧变化时,套管失效风险会大大增加。在现场完井和压裂施工数据基础之上,综合考虑压裂压力和井底温度变化,建立了不同水泥环形态的套管-水泥-地层组合体模型,研究压裂过程中水泥环缺失、压裂压力和温度变化对套管应力的影响。计算结果表明:压裂施工中,当以大排量向井筒内泵入压裂液时,井底温度显著降低;如果施工压力较大、水泥环出现窜槽缺失,则套管会产生应力集中,这将急剧增加套管应力,大大增加套管失效风险。固井质量对井筒完整性至关重要,同时必须将压裂液温度、排量和施工压力控制在合理范围,从而保证压裂过程中套管的安全。     

页岩气压裂井瞬态温-压耦合对套管应力的影响

页岩气井压裂过程中,压裂液通过大排量方式注入井筒,井底温度会急剧降低,同时高泵压也增加套管受力,加剧套管失效风险。鉴于此,建立了压裂过程中套管-水泥环-地层组合体瞬态温-压耦合模型,着重分析施工排量、注入温度和施工压力对套管应力的影响。研究结果表明:流变参数会影响对流换热系数,继而影响井底温度的变化,应该选择合理的流变参数,改善压裂液与井筒之间的对流换热;排量增加会迅速降低井底温度,增大套管应力,且原始储层温度越高,温度降低幅度也越大,套管应力增加越多;套管应力随压裂液注入温度降低而增加;合理的施工压力有助于降低套管应力。因此合理的施工泵排量、压裂液注入温度以及施工压力,能有效减小压裂过程中井底温度差,从而改善套管受力,保证压裂过程中套管的安全。     

水泥环缺失套管安全系数计算及规格优选

长庆马岭油田水力压裂过程中套管变形问题频繁发生。针对该问题，考虑直井段地层力学特性变化、直井段套管内压变化，建立了水泥环环状缺失套管应力计算模型，分析了缺失位置套管应力以及安全系数随井深变化规律，研究了套管内压对于套管安全系数的影响规律，计算了不同钢级、壁厚套管的极限井深。研究结果表明：水泥环环状缺失导致套管应力显著增加，最大应力处出现在水泥环完整和缺失界面位置；随着井口压力的不断增加或井深的不断增加，缺失处套管应力不断增加，安全系数不断降低。提升套管钢级和降低径厚比都有利于套管安全系数的提升，保持合理的内压是防控水泥环缺失段套管变形的有效防范措施，最终形成了一种水泥环环状缺失时套管规格优选方法。研究结果可为马岭油田套管钢级和壁厚的优选提供依据。