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控压钻井起下钻波动压力影响因素研究.pdf
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1、.117第8 期控压钻井起下钻波动压力影响因素研究唐贵1.2 许朝阳13左星12 杨赞1.3(1川庆钻探工程公司钻采工程技术研究院,四川广汉,6 18 30 0)(2 油气钻完井技术国家工程研究中心欠平衡/气体钻井实验室,四川广汉,6 18 30 0)(3低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,陕西西安,7 10 0 16)摘要】控压钻井通过精确控制井筒压力剖面有效降低井控风险,起下钻过程中具有明显的抽吸、激动效应,对井筒压力的影响显著。本文基于钻井液流变模式优选,建立了波动压力计算模型。并以川渝深井为例,讨论了不同起下钻速度、钻井液性能及井身结构的波动压力变化情况。结果表明,模型计算结果与实际误
2、差控制在0.5 MPa以内,起下钻速度、钻井液流变性能、井筒特性等对波动压力影响规律各不相同。为了保证井控安全,在储层段起下钻时需综合考虑。【关键词】控压钻井;起下钻;波动压力;控制策略;流变模式随着油气勘探开发逐渐向深层、超深层、海相地层转移,钻井深度不断增加,钻井难、钻井慢、井控风险高等问题日益突出。以川渝高-磨地区为例,该区块地层压力体系复杂,高低压互层,储层裂缝、孔洞发育,安全密度窗口窄。常规钻井中钻井液及各类堵漏浆漏失严重,平均单井复杂时间长;同时,对碳酸盐岩裂缝性地层的渗漏和溢流规律认识不清,钻井施工作业时间节点控制不合理,导致高套压事件发生,给井控安全带来了巨大挑战。控压钻井通过
3、精确控制井筒压力剖面,使压力始终处于安全密度窗口以内,从而有效避免井漏、井塌、卡钻以及井侵等井下复杂问题,是复杂深井、窄密度窗口地层井安全快速钻井的利器。渤海油田在曹妃甸区域探井2 号井总井深4530m,该井15 2.4mm井眼使用控压钻井技术有效钻过胶结性差、极易漏失地层,较邻井减少钻井液漏失30 0 m3,减少复杂处理时间5 0 h,机械钻速提高30%。在川渝地区高石0 0 1-H2井采用控压钻井技术有效解决了该构造灯影组储层缝-洞发育、密度窗口窄、常规钻井漏喷严重的问题,成功完成了该构造上的第一口水平井施工,为该构造水平井实施提供了经验 2 。控压钻井的核心是井筒压力剖面控制,对于压力控
4、制策略,研究者对正常循环过程中的压力变化规律进行了研究,并提出了控制方法 314。事实上,起下钻过程中,由于管柱的顶替作用,也会导致井眼内钻井液的流动,从而在井内产生附加的压力。因起下钻速度不均匀等原因,附加压力在管柱起出或下入过程中会发生变化,从而引起井底压力发生变化,若不进行精确控制将导致井底压力超过安全密度窗口,从而引起井漏或溢流的发生。因此,讨论控压钻井起下钻过程中的压力波动情况,对于维持井下压力平稳,保证控压钻井效果非常有必要。1控压起下钻井内波动压力计算模型波动压力计算方法主要有三种:以刚性液柱理论建立的稳态模型、基于弹性管可压缩流体建立的瞬态波动模型以及综合考虑波动压力计算影响因
5、素后提出的拟瞬态模型。拟瞬态模型兼顾了瞬态模型的高精度与稳态模型的简便性,能够满足钻井实际需要。因此,本文采用拟瞬态模型对井内波动压力进行求解 5 。1.1基本假设(1)井底为刚性,即地层岩石弹性模量Ef趋于无穷;(2)井内流体可压缩,即压缩系数0;(3)井内流道为弹性管,即弹性系数0;作者简介:唐贵(197 4-),汉,四川大英人,高级工程师,博士,现主要从事钻井井筒压力控制技术研究工作。PSW波动压力,MPa;118-2023年第2 6 卷维修改造石油和化工设备(4)V。+V g=V r,V 达到Tmax时间等于管柱运行时间tT,即Psw达到最大峰值;(5)惯性力和运动管柱纵向刚性假设响应
6、互补;(6)钻柱下端安装单流阀,钻柱运动期间按堵口管关泵方式进行。其中,V。一空井眼流体压缩体积增量,m;V 一空井眼流道膨胀体积增量,m;V r 一空井眼容积全增量,m。1.2井筒物理模型井内流道可分为运动管柱内流道、裸眼流道、环空流道,各流道的弹性系数可由弹性力学理论求得。流道轴线r4图1井内流道弹性变形示意图1.3井内波动压力预测模型由前面分析可得拟瞬态井内波动压力预测模型为:MPw+(G+If)Pw+(+Kf)Psw+qf=0(1)式中:f一摩阻系数,无因次;M,G,I,J,q,K 一钻井液拟瞬态参数;X,Y,Z,W一由运动管柱底端结构和井内工况确定的数。2钻井液流变模式选择钻井液流变
7、性直接影响井筒流场及压力场分布,钻井液流变模式选择是钻井流体力学首先需要解决的问题。目前广泛使用的钻井液流变模式主要有宾汉模式、幂律模式、赫-巴模式、罗伯逊-斯蒂夫模式、卡森模式、Sisko模式及四参数模式,不同的钻井液体系其所适应的流变模型各不相同。樊洪海等 6 7 认为,赫-巴模式集幂律、宾汉模式为一体,三个参数能够较好描述钻井液的流变性及低中高剪切下的流变行为。因此,本文选用赫-巴模式作为水基钻井液流变模型,即:nduT=To+K(2)其中,To一钻井液屈服值,Pa;n一流性指数;K一稠度系数,Pasn。3波动压力影响分析以高-磨地区某井为例,该井四开2 8 2.5 8 mm套管下深31
8、48 m(套管内径2 6 3.9 4mm),241.3mm钻头钻进,139.7 mm斜坡钻杆48 44m(内径12 1.4mm),139.7 m m 加重钻杆7 2 0 m(内径92.1mm),16 8.3m m 钻5 7.6 8 m(内径74.1mm),钻柱带单流阀。钻井液密度为2.2 3g/cm3,6 0 0=135,30 0=7 6,3=6。该井起下钻过程中采用RESERVOIRGROUP井下压力计实时记录井筒压力,采样频率1/10 s。3.1起下钻速度对波动压力的影响规律由波动压力预测模型可以看出,起下钻波动压力受起下钻速度、钻井液性能、井身结构等多种因素影响。图2 为下钻过程中试验井
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