深井和超深井钻井井身结构设计方法

根据深井钻井的特点以及钻井施工对井身结构设计的特殊要求 ,在传统井身结构设计方法的基础上 ,提出了井身结构设计的自下而上和自上而下二步设计法 ,并建立了相应的井身结构设计数学模型。自下而上设计法可用于计算每层套管的最浅下入深度 ,自上而下设计法可用于计算每层套管的最深下入深度。二者相结合使井身结构设计方法更趋合理     

深井和超深井钻井井身结构设计方法

根据深井钻井的特点以及钻井施工对井身结构设计的特殊要求,在传统井身结构设计方法的基础上,提出了井身结构设计的自下而上和自上而下二步设计法,并建立了相应的井身结构设计数学模型。自下而上设计法可用于计算每层套管的最浅下入深度,自上而下设计法可用于计算每层套管的最深下入深度。二者相结合使井身结构设计方法更趋合理。     

巴什托构造井身结构优化设计研究

巴什托构造是巴麦地区主要勘探区块之一。该构造工程地质条件复杂,多套压力系统并存,前期探井多采用的四层次井身结构设计方案,在实施过程中常有涌、卡等井下复杂情况的发生,明显减缓了钻井速度,增加了钻井成本。在已钻探井的基础上,通过对邻井地层岩性、测井和实钻资料进行统计分析,以BX井为例,对此构造的地层岩石力学参数进行了分析研究。优选地层压力预测方法并建立了其地层压力剖面和安全钻井液密度窗口,结合地层岩性条件综合提出了改进后的五层次井身结构设计方案,并进行了优选和对比分析。通过实钻资料对比,改进后的井身结构更为合理,能够避免下部井段易卡的复杂情况的发生。后续施工的三口井均采用了优化后的井身结构设计方案,取得了良好的效果,减少了井下复杂事故的发生,节约了钻井成本,提高了钻速。     

温度和压力对深水钻井油基钻井液液柱压力的影响

根据不同温度和压力下油基钻井液密度的测量结果，建立了温度、压力影响下的油基钻井液密度计算模型。在模型中引入了热膨胀系数和弹性压缩系数，利用该模型计算了不同温度和压力下的钻井液密度值。模型计算的密度与实测值之间的最大相对误差小于0．3％，平均相对误差为0．11％。利用该模型对深水钻井时不同条件下井眼内钻井液密度和液柱压力变化进行了计算和分析。结果表明，在深水钻井中，井眼内的钻井液密度通常大于井口钻井液密度；最大钻井液密度出现在海底泥线处；井眼内钻井液液柱压力的当量密度大于井口的钻井液密度。采用无隔水管钻井时的环空钻井液密度小于隔水管钻井时的钻井液密度。     

南海流花海域钻井安全钻井液密度窗口计算分析

为了准确确定安全钻井液密度窗口,并维持钻井过程的井壁稳定成为制约南海海上油气开发目前所面临的重要问题。针对该问题,基于流花海域LH20-2油田各已开发井的声波时差及其他测井数据,利用Eaton法对该构造的孔隙压力分布规律进行了预测。此外,对该地区地层的破裂压力和坍塌压力随井斜角和方位角的分布规律进行了定量分析,最终得到了各井段安全钻井液密度窗口。结果表明,油田孔隙压力分布范围在0. 98～1. 05 g/cm~3,处于正常压力系统内。并且得出,拟开发井直井段和水平段安全钻井液密度窗口依次是1. 07～1. 10 g/cm~3和1. 22～1. 25 g/cm~3。此研究可以为南海LH20-2油田拟开发井钻井液设计提供依据和参考。     

深水钻井井涌动态模拟

考虑油气和水合物相变、岩屑以及地层产出等参数的影响,针对井筒与隔水管,建立深水钻井井涌期间的多相流动控制方程组,采用数值方法对方程组进行求解并编制相应软件,对深水井涌的流动过程进行动态模拟,分析井筒气相体积分数及溢流参数随溢流时间的变化规律,讨论地层渗透率、地层与井底初始压差以及水合物生成与分解对溢流参数的影响.结果表明:溢流时间越长、地层渗透率越大、地层与井底初始压差越大,则泥浆池增量越大,井底压力降低越明显,井控难度越大;水合物生成与分解对井筒及节流管线的流动有影响,尤其对已存在的较多水合物采取措施促使其分解时,对节流管线内的气相体积分数影响很大,进而影响压力分布及节流压力的调节.     

深水钻井井控技术

该文在对国内外深水井控技术充分调研的基础上,针对南中国海深水钻井井控特点和难点,结合近年南海深水钻井设计和作业经验,详细分析了深水钻井井控存在的地层压力窗口窄、溢流监测困难、压井难度大和压井作业时间长、井控设备复杂、存在水合物风险等问题,研究提出了有针对性的解决方案,可为南海深水钻井井控作业提供参考。     

温度和压力对深水钻井油基钻井液液柱压力的影响

根据不同温度和压力下油基钻井液密度的测量结果 ,建立了温度、压力影响下的油基钻井液密度计算模型。在模型中引入了热膨胀系数和弹性压缩系数 ,利用该模型计算了不同温度和压力下的钻井液密度值。模型计算的密度与实测值之间的最大相对误差小于 0 .3% ,平均相对误差为 0 .11%。利用该模型对深水钻井时不同条件下井眼内钻井液密度和液柱压力变化进行了计算和分析。结果表明 ,在深水钻井中 ,井眼内的钻井液密度通常大于井口钻井液密度 ;最大钻井液密度出现在海底泥线处 ;井眼内钻井液液柱压力的当量密度大于井口的钻井液密度。采用无隔水管钻井时的环空钻井液密度小于隔水管钻井时的钻井液密度。     

修正设计系数的套管层次与下入深度设计方法

传统井身结构设计过程中用以确定安全钻井液密度窗口所采用的各类设计系数均采用经验或统计估算的方法,且在全井段各设计系数取值相同。对原有安全钻井液密度窗口确定准则中的部分公式和系数进行改进和修正,并提出一种修正设计系数的井身结构设计方法,新方法中各类设计系数将根据实际井条件精细计算,避免过度浪费安全窗口空间,使井身结构设计结果更为合理高效。以西非深水区块B-1井为例进行实例计算。结果表明,不同井段、不同井眼尺寸对各类设计系数具有明显影响,尺寸差距越大,设计系数的差异性也越大,其对井身结构设计结果的影响也越大。     

普光气田钻井井身结构优化设计及管材优选技术

普光气田是我国迄今发现的最大的高酸性整装气田,但由于其地质环境异常复杂,目的层深且存在“斜、塌、喷、漏、硬、毒”等世界级工程技术难题,钻井难度大且风险高。分析了普光气田复杂的地质特点,提出了井身结构优化设计和管材优选思路。根据开发认识的加深及要求论述了4种相应井身结构优化方案,介绍了应用效果并作了相应分析。通过井身结构优化设计实现了用尽可能少的套管程序封隔地层的必封点,提供尽可能大的完井井眼,以保证固井质量和满足高产需求,从而最终实现安全、经济的开发目的。     

深水钻井隔水管单根基本参数确定方法

提出利用各种力学准则确定深水钻井隔水管单根基本参数的方法,包括单根主管与辅助管线参数、浮力块参数、隔水管接头参数等。结果表明:确定隔水管单根主管基本尺寸主要有环向应力准则、轴向应力准则和挤毁压力准则,根据环向应力准则得到的结果最保守;确定辅助管线参数主要依据等效应力准则;确定浮力块参数主要是合理确定浮力块的外径和密度;隔水管接头等级确定要依据规范考虑不同载荷工况进行选型设计。外径0.5334 m,内径0.48895 m的隔水管可应用于1.830 km深的水域,且隔水管系统中无须配置填充阀,辅助管线设计合理,浮力块选用3种密度可满足工作水深的需要,选配E级隔水管接头可满足使用要求。     

深水钻井导管下深区间确定及风险评价方法

深水钻井导管的下入深度直接关系到海底井口的力学稳定性及后续钻井作业的安全。通过分析,确定导管存在最小下深和极限下深,并给出极限下深计算模型。基于概率统计和地质统计学方法,将目标点邻井的承载力增长系数进行概率统计,并通过差值算法对目标点进行移植预测,得到该系数在目标点处含有概率信息的预测值,将导管最小下深由单值变为含概率信息的分布带,同时结合导管极限下深的概率化分布,对目标井的导管设计下深进行定量风险评价。实例分析表明:承载力增长系数这一区域经验变量对深水导管下深影响很大,尤其当取值较小时,导管下深随着该系数的减小呈指数增长;该方法在给定可信度条件下可计算导管绝对安全下深区间,有效避免了因承载力增长系数不确定等因素导致的导管下深风险。     

深水钻井液高效水合物抑制剂研究

通过分子结构优化,研制出海洋深水钻井新型水合物动力学抑制剂SDH。利用自行研制的天然气水合物抑制性能评价实验装置模拟超深水海底低温/高压环境,进行水合物抑制性评价实验。结合压力-温度曲线和温度、压力随时间的变化情况,分析SDH作用下水合物生成的动力学过程,探讨其作用机制。考察低剂量的SDH与热力学抑制剂NaCl的复配使用效果。研究表明:在SDH作用下,可将水合物生成过程划分为水合物成核、水合物缓慢生长和大量生成3个阶段; SDH可吸附在水合物表面,通过空间位阻作用有效抑制水合物的生长,其最优加量为1.0％;低剂量的SDH与热力学抑制剂NaCl的复配具有很好的协同作用,在模拟3km水深条件下(2℃,30MPa),1.0％SDH与10％NaCl复配使用可保证钻井液搅拌12h无水合物生成,满足超深水钻井需要,同时可降低成本。     

深水钻井隔水管段大尺寸环空压耗数值模拟

深水钻井过程中海水段隔水管环空中的水力学特性与常规井有较大差别。运用理论分析的方法对海洋深水钻井隔水管段大尺寸环空中的压力损失进行了研究,分析了环空泥浆返速、钻杆旋转速度、钻井液性能和环空尺寸等对压耗的影响,并与常规井眼环空压耗进行了对比。研究结果表明:在大尺寸环空中,对于幂律流体,在层流状态下环空压耗随钻杆转速的增加而减小;随着环空尺寸的增大,环空压耗急剧降低;随钻井液流变指数和稠度系数的增加,环空压耗呈指数增大和线性增大。本文可为研究隔水管环空螺旋流携岩规律提供帮助。     

油气井套管侧向屈曲分析与井下加强工具探讨

针对油气井套管挤毁的研究多局限于强度分析,忽视了套管侧向稳定性问题。除小直径或特厚壁的套管外,常用套管的失效形式应属于失稳损坏。基于外压作用下套管侧向屈曲机制,分别采用API标准和圆筒屈曲分析的方法,计算套管侧向屈曲的临界压力。另外,对减小套管计算长度的井下加强工具进行探讨和设计。结果表明:套管纵向长度对侧向屈曲的临界压力具有重要影响;若把套管的计算长度减小到某一范围,可有效地提高套管的抗失稳能力。结果为提高套管抗失稳能力提供了一种新途径,可作为完井后高挤毁风险套管的加强补救措施。     

深水钻井隔水管与井口技术研究进展

钻井隔水管与井口系统是深水钻井装备中重要而薄弱的环节,其正确设计与使用直接关系到钻完井作业的顺利完成。系统开展了面向南海的深水钻井隔水管与井口技术研究,建立其力学分析方法,形成一套深水钻井隔水管与井口系统钻前设计与作业技术体系;提出隔水管与井口系统的波激疲劳、涡激疲劳、磨损以及隔水管接头完整性评估方法,并进一步完善深水钻井隔水管与井口完整性管理方案;建立深水钻井隔水管关键装备与作业风险评价框架,探索台风环境下的隔水管系统安全保障的关键技术;在此基础上开发深水钻井隔水管作业管理软件,承担中国南海6口自营深水井的隔水管与井口系统钻前设计与作业技术研究工作,成功将科研成果应用到深水钻井实践中,并取得良好的应用效果。笔者对这些进展进行总结和回顾,并对今后的研究方向进行展望。     

An analytical study on early kick detection and well control considerations for casing while drilling technology

Casing while drilling (CwD) technology is designed to reduce drilling time and expenses by improving the wellbore stability, fracture gradient, and formation damage while reducing the exposure time. However, for the purpose well control, the wellbore geometry and volumes differ from those obtained via a conventional drilling technique, thereby requiring a different approach. This study discusses well control principles for CwD operations. It presents a simplified method for evaluating the maximum kick tolerance and allowable well shut-in time for both conventional and CwD techniques using a mathematical model. Preliminary results revealed that the use of CwD leads to an annulus pressure loss three times higher than that observed in the conventional drilling. In addition, the kick tolerance is reduced by 50% and the maximum allowable well shut-in time is reduced by 65%, making an early kick detection system necessary.     

基于含可信度地层压力剖面的精细井身结构设计方法

对现有深井井身结构设计中安全密度窗口约束条件进行分析,发现井涌允量、破裂压力安全系数、抽吸压力系数等经验性安全系数的取值较为保守,且没有考虑循环钻进时防漏的约束条件,这对深井尤其是下部安全密度窗口窄的井钻井不利。通过引入含可信度的地层压力剖面以及附加钻井液密度和抽吸压力的计算分析,使安全密度窗口的上下限得以精确确定,在此基础上加入考虑环空压耗当量密度的约束条件,并给出迭代计算方法,解决了环空压耗计算中需要井身结构参数的难题,避免了深井循环钻进过程中的井漏问题,进而形成了一套基于含可信度地层压力剖面的、适用于深井的精细井身结构设计方法,可以有效避免深井中由于钻井液密度设计不合理导致的井下复杂事故的发生,且其设计结果具备一定的风险控制功能,有利于结合现场实际对设计进行风险控制。