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。     

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。     

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     

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。     

利用岩屑波速随钻检测地层可钻性及优选钻头类型

研制了随钻测量钻井岩屑声波速度的便携式钻屑波速测试系统，并对岩屑波速进行了测试，建立了岩屑波速与可钻性级值的关系模型。利用该模型，可随钻标定地层的可钻性级值。对数百只钻头的使用资料进行了统计分析，建立了钻头类型与地层可钻性级值的对应关系。根据地层可钻性的随钻标定结果及变化趋势，利用钻头类型与地层可钻性级值的对应关系，即可优选出适合于待钻井段的钻头类型。在DW-1井上进行了钻头优选现场试验，证明该方法是有效的。     

泥浆信道无线随钻系统信号检测的数字信号处理方法

对随钻系统地面遥测信号及测量环境进行了分析，讨论了一种用数字信号处理技术从频率不固定的多频强噪声背景下提取有用信号的方法，主要噪声源－泵的干扰在一般情况下是多频干扰，频率随泵的转速而变化，其幅度为信号的１０倍以上，在信号编码为分相码的传输中，需要进行信号幅度检测，以识别码元序列传递的数据，讨论了用多权的数字自适应滤波器消除泵噪声及用匹配滤波器提取有用信号的波形实现解码的原理，并给出仿真结果。     

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。     

地层压力随钻监测和预测技术研究

地层压力随钻监测和预测技术是在钻进过程中利用随钻地层压力监测结果,对本井钻前的地震预测模型和结果进行修正。根据新修正的模型,对钻头下部未钻开发层的孔隙压力进行再预测,     

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.     

随钻地层压力测试增压效应响应机理研究*

随钻地层压力测试可在钻井的过程中实时提供地层压力信息,达到提高钻井效率,优化钻井工艺的目的。但由于钻井过程中泥浆滤液侵入地层,造成近井地带地层出现增压效应,增压效应导致随钻地层压力测试结果失真。因此,针对随钻地层压力测试过程中存在的增压效应,分析增压效应产生的主要原因和形成机理,建立了泥饼形成条件下增压压力的理论模型,采用该模型模拟了不同地层、地层流体、泥饼和井筒环境下的增压响应规律,揭示了随钻地层压力测试增压效应的响应机理。研究表明,地层渗透率、泥饼渗透率和过平衡压力的大小是影响增压效应的主要因素,在地层渗透率较低、泥饼渗透率较高情况下增压效应明显增大。     

基于多相压力波响应图版识别超深井气侵位置

考虑相界面雷诺应力、拖拽力、虚拟质量力、气液物性差异等参数,创建井筒多相压力波速及压力响应数学模型,基于超深井环空多相压力波响应图版唯一性,提出压力波响应图版识别超深井气侵位置的新方法;考虑井口气体溢流量、回压、钻井液密度等边界参数,结合差分数学方法对其求解,该方法在超深井YS1井(8 680 m)验证,压力响应误差小于等于1.703 s,计算与实测误差小于等于6.15%。结果表明：随回压增大,井筒流体可压缩性减小,井筒压力波速增大,压力响应时间减小;随井口气体溢流量增大,环空空隙率增大,压力波速减小,井筒压力响应时间延长,井口气体溢流量从0.83 L/min变化至38.33 L/min,井底8 680 m处压力响应时间从10.127 s增至36.643 s,增大了261.83%;气侵位置识别结果不仅取决于井口压力及流量传感器准确度,也与压力波响应图版计算准确性有关;实践证明借助压力波响应图版识别超深井气侵溢流位置的方法可行。     

随钻地层压力测量模拟试验装置研制

为自主研制随钻地层压力测量工具,研制了一套随钻地层压力模拟试验装置。装置由井眼环境模拟系统、模拟测量短节、操作控制系统和辅助系统四部分组成。该装置能够模拟地层压力环空压力之外,还可以提供高温高压试验环境。该装置可实现地层压力和环空压力0.1~70 MPa可调,控制精度0.1 MPa,环空压力上升梯度约为1.25 MPa/min,地层压力上升梯度约为1.56 MPa/min,温度范围为室温~125℃,温度控制精度1℃,温度上升梯度平均为1.6℃/min。并选用了两种不同渗透率岩心对随钻地层压力测量模拟试验装置进行试验,结果表明模拟装置各模块工作可靠,所测压力曲线能够反映地层压力参数。该装置为检验原理样机性能、揭示改进方向提供了技术支撑。     

液基全过程欠平衡钻井停止循环连续气侵井筒瞬态流动

液基全过程欠平衡钻井井筒流动过程主要包括正常钻进时稳态气液固多相流动以及停止循环条件下的瞬态气液两相流动。建立停止循环开井条件下遇到连续气侵时井下瞬态气液两相流动特征参数变化数值模拟计算方法及数学求解模型,计算对比遇到不同气侵量的井下气液两相流特征参数变化。结果表明:较大气量条件下气体运动速度更快、顶出钻井液更多、井底流压波动更大;井口回压的施加能有效控制井下气体膨胀与井底压力波动。     

利用岩屑波速随钻检测地层可钻性及优选钻头类型

研制了随钻测量钻井岩屑声波速度的便携式钻屑波速测试系统,并对岩屑波速进行了测试,建立了岩屑波速与可钻性级值的关系模型。利用该模型,可随钻标定地层的可钻性级值。对数百只钻头的使用资料进行了统计分析,建立了钻头类型与地层可钻性级值的对应关系。根据地层可钻性的随钻标定结果及变化趋势,利用钻头类型与地层可钻性级值的对应关系,即可优选出适合于待钻井段的钻头类型。在DW 1井上进行了钻头优选现场试验,证明该方法是有效的。     

高含硫化氢天然气气侵时的溢流特性

以四川某高含H2S气体的气井井身结构及钻井工况为基础,针对高含H2S气井溢流时的特点,考虑H2S在水中的溶解度,建立溢流期间环空各相流体的质量和动量守恒方程,并用有限差分法对方程进行求解。结果表明:H2S在井底的溶解度远大于CH4的,在距井口约360 m开始大量析出;H2S的含量越高,气体在上升过程中密度变化越大,气体开始剧烈膨胀的位置越接近井口;井底侵入气体量相同的情况下,H2S的含量越高,气体的膨胀倍数越大,泥浆池增量也越大,同时,刚开始气侵时H2S含量越高气相的体积分数越小,而到达井口后H2S的含量越高气相的体积分数越大,导致溢流检测的难度和井控的危险程度增加;高含H2S气井溢流时井底压力的下降值、泥浆池增量、关井套压小于纯烃类的,不能反映真实的气侵程度,而且随着时间的增加情况会更严重;高含H2S气侵时压井过程中套压值与纯烃类的相差不大,因此可以在井口施加一定的压力,抑制H2S气体的膨胀,减缓井喷事故的发生。     

泥浆信道无线随钻系统信号检测的数字信号处理方法

对随钻系统地面遥测信号及测量环境进行了分析，讨论了一种用数字信号处理技术从频率不固定的多频强噪声背景下提取有用信号的方法。主要噪声源——泵的干扰在一般情况下是多频干扰，频率随泵的转速而变化，其幅度为信号的１０倍以上。在信号编码为分相码的传输中，需要进行信号幅度检测，以识别码元序列传递的数据。讨论了用多权的数字自适应滤波器消除泵噪声及用匹配滤波器提取有用信号的波形实现解码的原理，并给出仿真结果。     

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...     

计算混气泥浆柱井底压力的新方法

本文在考虑气体在泥浆中滑脱以及气体重量的情况下,推导出了计算混气泥浆柱动态井底压力(BHP)的公式(备有软件),并与过去通用的不考虑气体滑脱和气体重量的计算方法进行了对比。由此得出结论:在2000～4000m井深条件下,气体滑脱对井底压力有明显影响,其绝对误差可达1.92MPa,相对误差可达5.8％。气体重量对井底压力也有影响,其绝对误差为0.77MPa,相对误差为2.3％。     

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。