Abstract ：

超深井、特深井井筒温度和压力分布范围宽，钻井液流变性受超高温超高压影响显著，基于常规流变模式的井筒压力预测误差较大，文章通过开展温度为20～220℃、压力为0.1～200 MPa的水基钻井液和油基钻井液流变性测试实验，提出了不同温度和压力范围内的钻井液分段流变模式优选方法，建立了考虑多因素综合影响的钻井井筒压力精确预测模型。研究结果表明，随着温度和压力的变化，钻井液流变曲线的变化规律不一致，单一流变模式无法完全表征钻井液的流变特性；赫巴流变模式对100℃以下的水基钻井液和140℃以下的油基钻井液的流变性适用性更好，其他温度范围内罗斯流变模式的适用性更好；分段流变模式对井底压力的影响较为明显。将模型的计算结果与实测数据进行对比，发现井底压力预测误差在0.3 MPa以内，立管压力预测误差小于0.6 MPa;相对于油基钻井液，水基钻井液中的井筒压力预测误差更小。研究结果能够为超深井、特深井井筒压力精确预测奠定理论基础。

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井筒压力 钻井液 分段流变模式 深井

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深水钻井过程中,受海水和海底地质条件影响,井筒压力控制难度大,井下复杂情况频发.针对窄密度窗口的深水钻井井筒压力控制难度大的问题,近年来提出了多梯度控压钻井新方法,但多梯度钻井气侵条件下多梯度控制参数对井筒压力的影响规律的研究却较少.为此,首先考虑井筒与地层之间的能量交换、气液相间传质以及空心球对流体物性参数的综合影响,建立了深水多梯度钻井瞬态气液两相流模型;其次,通过隐式差分方法对模型进行迭代求解,分析了多梯度参数对井底压力和截面含气率的影响规律;最后利用变异系数加权法原理对多梯度控制参数进行了优化设计,提出了不同控制目标时的最优控制方法.研究结果表明:①与井底恒压控压钻井相比,通过调节多梯度控制参数可以获得更快的井底压力响应速率;②以最快井底压力的响应速率作为控制目标时,调节空心球体积分数所产生的控制效果最好;③以最小井口截面含气率作为控制目标时,调节分离器位置所产生的控制效果最好.结论认为,该方法不仅为气侵条件下的控压钻井工艺技术的优化设计提供了参考,而且还对窄压力窗口条件下,尤其是海洋深水的安全钻井提供了理论指导和技术支撑,方法的推广应用有助于深海油气的高效开发.

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参数优化 窄密度窗口 两相流 分离器 多梯度钻井 空心球 井筒压力控制 变异系数

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针对井漏发生时漏层位置判别难度大的问题,在分析漏失循环条件下井筒流体流动规律的基础上,通过考虑变质量流动对井筒压力波动的影响,建立了控压钻井漏失循环条件下井筒压力预测模型,分析并解释了漏失发生后井底压力和出口流量的变化规律.数值模拟结果表明:井底发生漏失后,井底压力呈现出"一降一升"的变化规律,且升、降幅度随时间变化而逐渐减小,多次变化后最终趋于稳定;出口流量变化滞后于井底压力,漏失发生初期出口流量不变,一定时间后呈现出"一降一升"的变化规律;出口流量和井底压力初次下降的时间差与漏层深度之间呈线性相关,基于此定量关系,提出了一种基于出口流量与井底压力下降时间差的漏层位置判别新方法.研究结果可为控压钻井过程中现场漏层位置判别提供理论依据.

Keyword ：

出口流量 漏层位置 井漏 井底压力 时间差 控压钻井

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准确了解回压改变过程中的响应时间对控压钻井的实施意义重大。以回压改变过程中的响应时间为研究对象,在刚性理论的基础上充分考虑井筒多相流动下气体流动参数沿井筒变化的实际情况,建立了回压响应时间的数学模型,分析了环空间隙、排量及套压对响应时间的影响。分析结果表明:考虑井筒气体流动参数变化后,回压响应时间明显延长;在大气侵量情况下,可适当增加井口回压,一者补偿了由于气侵造成的井底压力下降,二者井口回压的增加可以降低环空气体体积分数,缩短回压响应时间。所得结论有助于安全、高效地实现控压钻井技术。

Keyword ：

数学模型 响应时间 气侵量 井口回压 环空间隙 控压钻井

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井筒压力梯度的准确预测是井底压力精确控制的必要条件,其有利于减小井下复杂情况的发生。常规的压力梯度模型建立在井眼是圆形的基础上。然而,由于非均匀地应力的影响,实际井眼常常为椭圆形状,椭圆形井眼环空流动规律与圆形环空流动规律有着显著不同。基于流体力学的基本方程,笔者引入了有效水力直径,建立了椭圆形井眼环空流动的压降模型。研究表明,随着椭圆井眼尺寸比的增大,环空平均流速减小,压力梯度也随之减小;并且椭圆井眼尺寸比越大,环空环形方向高、低流速区域分级现象越加明显。另外,与CFD软件模拟结果相比,该模型的误差在±10%以内。影响因素分析表明,其他条件不变时,椭圆形井眼环空井筒压力梯度随流量、流体动切力...

Keyword ：

CFD软件 椭圆形井眼 压力梯度 压降模型 有效水力直径

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碳酸盐岩裂缝性地层在钻进过程中常出现由气液重力置换导致的溢漏同存现象,造成井下复杂、井控困难和储层伤害。笔者建立了气液重力置换室内实验装置,可模拟溢漏同存工况,具有裂缝尺寸、钻井液性能等关键参数可调、数据自动采集与分析、置换过程可视化等特点。基于该装置模拟了气液重力置换现象,可观察到裂缝中存在明显的气液分界面。通过改变裂缝宽度、裂缝钻开程度、钻井液黏度、井底压力等参数,研究了裂缝性地产气液重力置换特点。研究结果表明:漏失速率随裂缝缝宽和裂缝钻开程度的增加而增加,且对裂缝宽度更为敏感,而钻井液黏度增大对气液重力置换的抑制效果明显。基于室内实验结果,提出了气液重力置换的预防措施,可为碳酸盐岩裂缝性...

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可视化实验 裂缝 影响因素 预防措施 气液重力置换

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为了准确了解钻井过程中开停泵对井底压力的影响,指导安全钻井作业,根据不稳定流动理论,建立了开停泵井底压力波动模型,采用特征线的求解方法,并借助计算机编程对其求解,利用现场实测数据对模拟结果进行验证,分析了压力波在井内的传递与转化过程,研究了开停泵持续时间、钻头距井底距离及钻井液性能对井底压力波动的影响。模拟结果显示:开停泵持续时间越长,异常压力窗口比越小;钻井液密度越大,异常压力窗口比越大;钻井液稠度系数与流性指数越大,异常压力窗口比越小。研究表明,钻井开停泵时,开停泵持续时间、钻井液稠度系数及钻井液流性指数对井底压力的影响极为明显。建立的开停泵井底压力波动模型可以为现场开停泵作业提供参考。

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停泵 井底压力 开泵 钻井泵 影响因素 变化特征

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　　结合钻柱注气式欠平衡钻井工艺,建立了基于无迹卡尔曼滤波和油气水三相变质量流动模型的地层特性随钻解释新模型,并将测量参数简化为井底压力和液相出口流量两个,对地层特性参数(地层渗透率、地层压力)进行实时解释与分析。计算结果表明,地层渗透率/地层压力的单参数估计可以实现地层参数实时准确的解释,而双参数估计却无法实现,其解释精度较低。从工程上来说,将随钻解释新模型与随钻地层压力测量装置相结合,可以在现场对地层渗透率进行快速准确的估计。最后对比分析了无迹卡尔曼滤波(UKF)与已有的扩展卡尔曼滤波(EKF),UKF无论是在估计精度还是收敛速度方面都要优于EKF,进而论证了基于UKF随钻解释新模型的优越性和准确性。本文研究完善了地层特性随钻解释理论体系,可为其现场作业提供理论指导。

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变质量流动 无迹卡尔曼滤波 解释精度 欠平衡钻井 实时解释

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合理的钻井液帽高度和密度对于维持起下钻过程中井底压力恒定至关重要。鉴于此,根据控压钻井钻井液帽工艺流程及钻井液帽设计原则,结合起下钻井筒瞬态波动压力计算模型,建立了控压钻井起下钻钻井液帽优化设计模型。以塔中某口水平井为例进行数值模拟计算,计算结果表明:随钻井液帽高度的增加,井底波动压力最大值呈线性增加;结合约束条件给出钻井液帽高度和密度的优化区间分别为1 265~1 930 m、1.34~1.48 g/cm~3,推荐采用钻井液帽优化区间的中间值(高度1 598 m,密度1.39 g/cm~3,波动压力极大值为0.84 MPa)作为现场作业参数。研究结果可为控压钻井钻井液帽作业参数的选取提供理论...

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高度 波动压力 控压钻井 优化区间 密度 钻井液帽

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对于深水海底举升钻井系统,由于钻杆内和环空内的液柱压力不平衡会产生U型管效应,因此精确地预测U型管效应发生时的井筒流动特性和U型管效应持续时间对于钻井操作和井控安全具有重要意义。基于流体力学理论,建立了U型管效应数学模型,并将计算值与实验测量值进行对比,验证了所建模型的准确性。分析了发生U型管效应时钻杆内液面深度、环空排量、泥浆池增量和井底压力随时间的变化规律,在此基础上提出了U型管效应过程中的溢流监测方法,同时分析了钻井液黏度和喷嘴直径对U型管效应的影响规律。本文研究结果可为深水海底举升钻井系统发生U型管效应时的安全作业提供指导。

Keyword ：

深水 海底举升钻井 数学模型 U型管效应

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