气体钻井工艺技术理论及应用研究
|
摘要
气体欠平衡钻井，可以采用空气、天然气、氮气、柴油机尾气作为循环介质，其循环系统的压力分布、钻井机械的选择、钻井参数的合理配置与传统钻井方式相比有着很大的区别。与传统钻井液钻井相比，气体钻井具有提高钻速、保护油气层、降低钻井综合成本等优势，在国内外有着越来越广泛的应用。国内关于气体钻井的理论研究及参数计算起步较晚，因此对气体钻井流体动力学进行系统的研究，形成一套简捷、准确、系统的气体钻井流体力学参数设计、计算及控制理论，是十分重要的课题。本文研究目的就在于通过对气体钻井理论进一步地研究，为气体钻井中流体动力学主要参数的计算提供理论保障和技术支持。
论文在进行大量调研和现场试验应用的基础上，对气体钻井做了系统的研究分析。主要从岩屑携带、循环系统的压力分布、井眼稳定等方面入手，对BoYun Guo气体钻井流体力学参数计算模型、方法进行分析、评价。文章重点对气体钻井循环系统的压力分布进行了计算，同时，还详细分析了影响气体钻井井壁稳定性的因素，并对其进行了系统的计算，最终建立起了一套气体钻井的工艺技术流程；另外，介绍了空气钻井、井场布置、空压机主要参数选择以及对空气钻井参数的影响，空气锤钻井工艺的原理和技术流程等。
对本文计算出的气体钻井流体动力学参数在油田进行了试验验证。玉门油田利用空气钻井进行钻速试验，钻井速度比常规钻井液钻井提高5倍以上，是加快逆掩推覆体地层和白垩系地层钻井速度的唯一技术手段；气体钻井在油田的试验应用见到了非常显著的效果，给油田的勘探开发带来了巨大的经济效益。
Air drilling, as a member of underbalance pressure drilling family, is the drilling technique whereby gases, typically compressed air, natural gas, nitrogen and diesel tail gas, are used to be the circulation liquid.The advantages of air drilling,such as much faster in footage,protect the reservoir from contamination and less cost, make its widely application in oil fields, whereas the pressure distribution in circulation,the drilling machinery choice and the configuration of drilling parameters is distinguished from conventional drilling method.The theoretical research of air drilling in China is behind that of abroad.It's necessary to work on fluid dynamics and make the caculation model and control theories.This paper is the derivation of air drilling theory and make further research,in addition,try to calculate the main parameters of fluid dynamics.
This paper mainly discussed the use of BoYun Guo caculation model from some aspects, in which cutting carring, pressure distribution in circulation and borehole stabilize are involved and all base on theory study and spot prooftest.The paper focus on pressure distribution in circulation and, in the meantime,analysed the parametes which affect hole stabilize carefully.Through the effort,comes to the whole process design of air drilling and discussed well layout, the selection of air compressor and pneumatic hammer drilling.
In Yumen Oil Field prooftest penetration rate is sixtuple or more than that of using conventional liquids and it is the only method to accelerate in adverse- cover nappe. We come in to conclusion that air drilling technique is destined to bring forth economic beneficial result in future oil industry.
论文在进行大量调研和现场试验应用的基础上，对气体钻井做了系统的研究分析。主要从岩屑携带、循环系统的压力分布、井眼稳定等方面入手，对BoYun Guo气体钻井流体力学参数计算模型、方法进行分析、评价。文章重点对气体钻井循环系统的压力分布进行了计算，同时，还详细分析了影响气体钻井井壁稳定性的因素，并对其进行了系统的计算，最终建立起了一套气体钻井的工艺技术流程；另外，介绍了空气钻井、井场布置、空压机主要参数选择以及对空气钻井参数的影响，空气锤钻井工艺的原理和技术流程等。
对本文计算出的气体钻井流体动力学参数在油田进行了试验验证。玉门油田利用空气钻井进行钻速试验，钻井速度比常规钻井液钻井提高5倍以上，是加快逆掩推覆体地层和白垩系地层钻井速度的唯一技术手段；气体钻井在油田的试验应用见到了非常显著的效果，给油田的勘探开发带来了巨大的经济效益。
Air drilling, as a member of underbalance pressure drilling family, is the drilling technique whereby gases, typically compressed air, natural gas, nitrogen and diesel tail gas, are used to be the circulation liquid.The advantages of air drilling,such as much faster in footage,protect the reservoir from contamination and less cost, make its widely application in oil fields, whereas the pressure distribution in circulation,the drilling machinery choice and the configuration of drilling parameters is distinguished from conventional drilling method.The theoretical research of air drilling in China is behind that of abroad.It's necessary to work on fluid dynamics and make the caculation model and control theories.This paper is the derivation of air drilling theory and make further research,in addition,try to calculate the main parameters of fluid dynamics.
This paper mainly discussed the use of BoYun Guo caculation model from some aspects, in which cutting carring, pressure distribution in circulation and borehole stabilize are involved and all base on theory study and spot prooftest.The paper focus on pressure distribution in circulation and, in the meantime,analysed the parametes which affect hole stabilize carefully.Through the effort,comes to the whole process design of air drilling and discussed well layout, the selection of air compressor and pneumatic hammer drilling.
In Yumen Oil Field prooftest penetration rate is sixtuple or more than that of using conventional liquids and it is the only method to accelerate in adverse- cover nappe. We come in to conclusion that air drilling technique is destined to bring forth economic beneficial result in future oil industry.
引文
[1] L. Shale. Development of Air Drilling Motor Holds Promise for Specialized Directional Drilling Aplicaeion. SPE 22564, 1991
[2] 郎应虎，何卫滨．窿9井空气钻井施工方案与措施．天津：大港油田集团钻井工程公司欠平衡钻井技术服务公司，大港油田集团钻采院驻玉门项目组，2003
[3] 郑新权等著．窿9井-中国石油一口高难度井．北京：石油工业出版社．2005年11月
[4] 唐贵，孟英峰，王存新，舒梅．气体钻井过程中井内不稳定流动与现场试验研究．天然气工业，2005(02)，75—77
[5] 唐贵，雷桐，舒秋贵，孟英峰．气体钻井井筒与地层耦合分析．石油钻采工艺，2005年8月，V27(04)，15—17
[6] William C. Lyons. Air and gas drilling manual. Houston: Gulf publishing Company, 1984
[7] Angel R R. Volume Requirements For Air and Gas Air Drilling. JPT, 1957; 325—330
[8] Guo B, Miska, Lee R L. Volume Requirements For Air and Gas Air Drilling. SPE 27510
[9] Rudinger G．气体—颗粒流动基础．张远君译。北京：国防工业出版社，1986贵，孟英峰．气体钻井井筒与地层耦合分析．石油钻采工艺，2005年8月，V27(04)，15—17
[10] 崔之健．计算空气钻井参数的新方法．江汉石油学院院报．1996(04)
[11] 刘刚，朱忠喜，张迎进等．空气钻井中的压力及注气量问题研究．钻采工艺．2005(03)
[12] 郭文才，刘绘新．空气钻井计算方法及应用软件．钻井生产工艺，2001年2月．
[13] 罗世应．欠平衡钻井理论研究及数模．西南石油学院博士论文，1999年6月．
[14] 徐开放．欠平衡钻井环空多相流压力控制．西南石油学院硕士论文，1999年6月．
[15] 晁文学，林勇．国外空气钻井钻头的研究与应用．石油钻探技术，2002年2月
[16] 徐英，魏武．空气充气钻井技术在矿2井的应用．天然气工业，2004年4月．
[17] Y. Masuda. Critical Cuttings Transport Velocity in Inclined Annulus: Experimental Studies and Numerical Simulation, SPE/Petroleum Society of CIM 65502, 2000
[18] Liu HuiXing. Experimental Study on Carrying Capacity of Cuttings in Annulus for Air/Mist Drilling, SPE 68500, 2001
[19] 崔之健，毛蕴才，郑永刚等．空气钻井参数设计．石油钻探技术，1991年3月，Vol19(1)
[20] 窦以松，何希杰．管路摩擦系数的计算方法．水利学报，1995年7月
[21] Supon S B, Adewumi M A. An Experimental Study of The Annulus Pressure Drop in a Simulated Air and Gas Drilling Operation[C].9938, 1981
[22] 周开吉、王波、陈志学等．利用空气、泡沫钻井治理井漏技术研究．四川石油管理局钻采研究院科学研究与技术开发项目研究报告，2004年12月。
[23] 黄进军，崔茂荣，罗平亚．雾化空气钻井井壁稳定性的实验研究．西南石油学院院报，1995(05)
[24] 刘向君，罗平亚．泥岩地层井壁稳定性研究．天然气工业，1997(01)
[25] 同济大学数学教研室编．高等数学．北京：高等教育出版社，1996
[26] 数学手册编写组编．数学手册．北京：高等教育出版社，1984
[27] 刘希圣等编．钻井工艺原理．北京：石油工业出版社，1981
[28] 邓虎．裂缝性泥页岩的水化稳定性研究及其应用．西南石油学院博士论文，2005年1月
[29] William C. Lyons, Bayum Guo and Frank A. Seidel. Air and Gas Drilling Manual, 2001
[30] 郑冲涛，韩烈详．空气钻井的装备配套技术．钻采技术，2003，Vol26(04)
[31] 中国石油天然气集团公司科技发展部．论文汇编．2004年石油装备、钻井技术暨庆祝江汉机械研究所建所40周年学术研究会，2004
[32] 周开吉，王波，陈志学等．天然气钻井技术应用．中国石油西南油气田分公司科技研究与技术开发项目研究报告，2004年12月
[33] 陈志学等．论文汇编．窟窿山逆掩推覆带钻井技及难点．中国石油勘探与生产工程技术座谈会报告集，2003
[34] 陈志学等．青西地区优化钻井技术研究与应用．西部探矿工程．200年5月，NO(5)
[35] 陈志学等．玉门油田空气钻井技术试验总结报告(内部资料)．玉门油田分公司勘探事业部，2005年5月
[36] 陈志学等．空气钻井在窿9井的实验与效果．钻采工艺石油钻探技术．2005年6月，Vol．28．No3
[2] 郎应虎，何卫滨．窿9井空气钻井施工方案与措施．天津：大港油田集团钻井工程公司欠平衡钻井技术服务公司，大港油田集团钻采院驻玉门项目组，2003
[3] 郑新权等著．窿9井-中国石油一口高难度井．北京：石油工业出版社．2005年11月
[4] 唐贵，孟英峰，王存新，舒梅．气体钻井过程中井内不稳定流动与现场试验研究．天然气工业，2005(02)，75—77
[5] 唐贵，雷桐，舒秋贵，孟英峰．气体钻井井筒与地层耦合分析．石油钻采工艺，2005年8月，V27(04)，15—17
[6] William C. Lyons. Air and gas drilling manual. Houston: Gulf publishing Company, 1984
[7] Angel R R. Volume Requirements For Air and Gas Air Drilling. JPT, 1957; 325—330
[8] Guo B, Miska, Lee R L. Volume Requirements For Air and Gas Air Drilling. SPE 27510
[9] Rudinger G．气体—颗粒流动基础．张远君译。北京：国防工业出版社，1986贵，孟英峰．气体钻井井筒与地层耦合分析．石油钻采工艺，2005年8月，V27(04)，15—17
[10] 崔之健．计算空气钻井参数的新方法．江汉石油学院院报．1996(04)
[11] 刘刚，朱忠喜，张迎进等．空气钻井中的压力及注气量问题研究．钻采工艺．2005(03)
[12] 郭文才，刘绘新．空气钻井计算方法及应用软件．钻井生产工艺，2001年2月．
[13] 罗世应．欠平衡钻井理论研究及数模．西南石油学院博士论文，1999年6月．
[14] 徐开放．欠平衡钻井环空多相流压力控制．西南石油学院硕士论文，1999年6月．
[15] 晁文学，林勇．国外空气钻井钻头的研究与应用．石油钻探技术，2002年2月
[16] 徐英，魏武．空气充气钻井技术在矿2井的应用．天然气工业，2004年4月．
[17] Y. Masuda. Critical Cuttings Transport Velocity in Inclined Annulus: Experimental Studies and Numerical Simulation, SPE/Petroleum Society of CIM 65502, 2000
[18] Liu HuiXing. Experimental Study on Carrying Capacity of Cuttings in Annulus for Air/Mist Drilling, SPE 68500, 2001
[19] 崔之健，毛蕴才，郑永刚等．空气钻井参数设计．石油钻探技术，1991年3月，Vol19(1)
[20] 窦以松，何希杰．管路摩擦系数的计算方法．水利学报，1995年7月
[21] Supon S B, Adewumi M A. An Experimental Study of The Annulus Pressure Drop in a Simulated Air and Gas Drilling Operation[C].9938, 1981
[22] 周开吉、王波、陈志学等．利用空气、泡沫钻井治理井漏技术研究．四川石油管理局钻采研究院科学研究与技术开发项目研究报告，2004年12月。
[23] 黄进军，崔茂荣，罗平亚．雾化空气钻井井壁稳定性的实验研究．西南石油学院院报，1995(05)
[24] 刘向君，罗平亚．泥岩地层井壁稳定性研究．天然气工业，1997(01)
[25] 同济大学数学教研室编．高等数学．北京：高等教育出版社，1996
[26] 数学手册编写组编．数学手册．北京：高等教育出版社，1984
[27] 刘希圣等编．钻井工艺原理．北京：石油工业出版社，1981
[28] 邓虎．裂缝性泥页岩的水化稳定性研究及其应用．西南石油学院博士论文，2005年1月
[29] William C. Lyons, Bayum Guo and Frank A. Seidel. Air and Gas Drilling Manual, 2001
[30] 郑冲涛，韩烈详．空气钻井的装备配套技术．钻采技术，2003，Vol26(04)
[31] 中国石油天然气集团公司科技发展部．论文汇编．2004年石油装备、钻井技术暨庆祝江汉机械研究所建所40周年学术研究会，2004
[32] 周开吉，王波，陈志学等．天然气钻井技术应用．中国石油西南油气田分公司科技研究与技术开发项目研究报告，2004年12月
[33] 陈志学等．论文汇编．窟窿山逆掩推覆带钻井技及难点．中国石油勘探与生产工程技术座谈会报告集，2003
[34] 陈志学等．青西地区优化钻井技术研究与应用．西部探矿工程．200年5月，NO(5)
[35] 陈志学等．玉门油田空气钻井技术试验总结报告(内部资料)．玉门油田分公司勘探事业部，2005年5月
[36] 陈志学等．空气钻井在窿9井的实验与效果．钻采工艺石油钻探技术．2005年6月，Vol．28．No3