Processing math: 12%

南海莺歌海盆地中深层高温高压水平井钻井关键技术

吴江, 李炎军, 张万栋, 杨玉豪

吴江, 李炎军, 张万栋, 杨玉豪. 南海莺歌海盆地中深层高温高压水平井钻井关键技术[J]. 石油钻探技术, 2020, 48(2): 63-69. DOI: 10.11911/syztjs.2019112
引用本文: 吴江, 李炎军, 张万栋, 杨玉豪. 南海莺歌海盆地中深层高温高压水平井钻井关键技术[J]. 石油钻探技术, 2020, 48(2): 63-69. DOI: 10.11911/syztjs.2019112
WU Jiang, LI Yanjun, ZHANG Wandong, YANG Yuhao. Key Drilling Techniques of HTHP Horizontal Wells in Mid-Deep Strata of the Yinggehai Basin, South China Sea[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2020, 48(2): 63-69. DOI: 10.11911/syztjs.2019112
Citation: WU Jiang, LI Yanjun, ZHANG Wandong, YANG Yuhao. Key Drilling Techniques of HTHP Horizontal Wells in Mid-Deep Strata of the Yinggehai Basin, South China Sea[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2020, 48(2): 63-69. DOI: 10.11911/syztjs.2019112

南海莺歌海盆地中深层高温高压水平井钻井关键技术

基金项目: 国家科技重大专项“莺-琼盆地高温高压天然气富集规律与勘探开发关键技术”(编号:2016ZX05024-005)、中国海洋石油集团公司科技重大专项“莺琼盆地高温高压钻完井液、固井工艺研究与应用”(编号:CNOOC-KJ 135 ZDXM 24 LTD ZJ02)联合资助
详细信息
    作者简介:

    吴江(1983—),男,河南郑州人,2007年毕业于长江大学应用化学专业,2010年获中国石油大学(北京)油气井工程专业硕士学位,高级工程师,主要从事海洋钻井工艺研究及现场技术工作。E-mail:wujiang2@cnooc.com.cn

  • 中图分类号: TE5243+.1

Key Drilling Techniques of HTHP Horizontal Wells in Mid-Deep Strata of the Yinggehai Basin, South China Sea

  • 摘要:

    针对南海莺歌海盆地中深层高温高压气藏水平井钻井中高密度钻井液流变性难以调控、大斜度井段套管磨损严重、摩阻扭矩大、钻具负荷大及大斜度井固井质量难以保证等问题,从保障钻井安全和提高钻井时效出发,进行了井身结构设计和抗高温高密度油基钻井液技术、钻井液微米级重晶石加重技术、高密度油基钻井液滤饼冲洗技术、高温高压含CO2气井套管材质优选、高温高压水平井段安全钻进等方面的技术研究,形成了南海莺歌海盆地中深层高温高压水平井钻井关键技术。现场应用表明,该技术可以有效保障安全高效钻井和提高固井质量,应用井投产后清喷产能比预期高30%。水平井钻井关键技术为南海莺歌海盆地中深层高温高压水平井钻井提供了技术保障,也可在同类条件同类型井钻井中推广应用。

    Abstract:

    During the drilling process of horizontal wells in high temperature and high pressure gas reservoir in Yinggehai Basin, South China Sea, the rheological property of high density drilling fluids is difficult to control, the wearing degree of the highly-deviated well section casing is severe, the toque drag and drilling string are large, and the cementing quality of highly-deviated well section is hard to assure, etc. Based on this situation, to ensure the drilling safety and improve drilling efficiency, research work have been done on casing program design, oil-based drilling fluids technology resisting high temperature and density, the weighting technique of micrometre-scale barite, filter cake flushing technique of high density oil-based drilling fluids, the optimization of casing materials for high temperature and high pressure gas well containing CO2, and the safe drilling technology of HTHP horizontal wells, etc., all of which have formed the key drilling techniques of HTHP horizontal wells in mid-deep strata of the Yinggehai Basin, South China Sea. The field application showed that the techniques could effectively ensure the safety and high-efficiency drilling, improve the cementing quality, and the blowout production capacity is 30% higher than expected. The key drilling techniques of horizontal well, which could provide technical support for the drilling of HTHP horizontal wells in mid-deep strata of the Yinggehai Basin, South China Sea, could also be applied in the wells of the same type under the same condition.

  • 深水钻井与陆地钻井最大的区别是,钻具和钻井液要通过几百甚至数千米长的隔水管系统到达海底实现钻进[1]。隔水管系统上端连接钻井平台,下端通过海底防喷器与井筒相连。钻井过程中,隔水管和井筒与钻柱不断发生碰撞、摩擦等相互作用。因此,对这一管中管系统进行准确的动力学分析和优化设计是确保深水钻井安全的关键,具有重要的工程实际意义。文献调研发现:相关研究大多侧重于对隔水管本身的力学分析[2],一般采用时域分析[3]或频域分析[46]来展开。在建立物理模型时,将隔水管系统视为一个上端自由、下端铰接的梁[7],然后用Morison方程[2]来描述其外部所受的海浪、海流等作用。部分模型考虑了隔水管内部钻井液流动的影响[8],有些模型也考虑了其内部钻柱振动的影响[9]。建立的模型大多采用有限差分和有限元法进行求解,并主要分析了顶张力、海水深度、平台漂移、浮力块配置和海况条件等因素对管柱系统横向弯曲变形的影响[1011]。总体而言,现有研究对深水钻井管柱系统内外管柱相互作用的接触非线性的影响考虑较少,对设计参数组合优化以及优化结果可靠性的分析也不够。为此,笔者建立了管中管结构模型,分析了深水钻井管柱系统的动力学特性,并在此基础上结合可靠度分析进行多目标优化,提出了深水钻井管柱系统的优化设计方法。

    深水钻井管柱系统动力学模型主要包括管中管模型和内外管柱相互作用模型(见图1,图中:μ为摩擦系数;K为碰撞刚度,N/m;NiNi+1为管柱分段编号),前者主要用于描述隔水管和钻柱的弯曲变形以及隔水管外部受到的海洋环境载荷,后者主要用于描述内外管柱之间的相互作用。这2部分统筹起来形成的整体模型包含2个独立坐标系(即O-xyzO′-xyz′),分别用于描述外管和内管系统。

    图  1  深水钻井管柱系统动力学模型
    Figure  1.  Dynamic model of deepwater drilling string system

    在对深水钻井管柱系统进行动力学建模时,首先建立隔水管和钻柱微元段的运动微分方程,然后将离散的微元段向整体坐标系转化,经拼装得到整个深水钻井管柱系统的有限元模型。就隔水管微元段而言,需对其外部的海洋环境载荷进行描述,采用Ekman漂流理论[1]计算海流流速,然后采用Airy波理论[1]计算海浪的速度和加速度,根据计算的海流和海浪参数,采用Morison方程[2]计算隔水管受到的由海洋环境载荷引起的拖曳力和惯性力。对于隔水管的弯曲变形,采用Euler-Bernoulli梁[2]进行描述。假设管柱系统在y方向发生弯曲,考虑弯曲截面剪切力、张紧力和重力三者在y方向的分量,同时根据达朗伯原理[2]引入惯性力。此外,为进一步考虑内外管柱相互作用的影响,当内外管柱发生接触时,它们之间的相互作用由沿管柱系统引入的N个弹簧–摩擦单元来模拟,并通过设置Heaviside方程来判断是否触发接触位置的弹性力和摩擦力。由此得到隔水管微元段的运动微分方程为:

    12CdDρ(uw+ucyt)|uw+ucyt|+14D2πρ[Cmaw(Cm1)2yt2]+2z2[EI(z)2yz2]+p(z)2yz2+(1Bf)m(z)gyz+m(z)2yt2+H(yyG)[K(z)(yyG)+μ(z)K(z)(yyG)]=0 (1)

    其中

    H(yyG)={0(yy<G)1(yy (2)

    式中:Cd为拖曳力系数;D为隔水管外径,m;ρ为海水密度,kg/m3uw为海浪速度,m/s;uc为海流流速,m/s;Cm为惯性系数;aw为海浪加速度,m/s2EI为隔水管抗弯刚度,N·m2p为张紧力,N;m为隔水管的线质量,kg/m;Bf为浮力块浮力系数;g为重力加速度,m/s2H为Heaviside方程;G为初始间距,m。

    同理可得钻柱微元段的运动微分方程为:

    \begin{array}{l} \dfrac{{{\partial ^2}}}{{\partial z{{\rm{'}}^2}}}\left[\! {EI{\rm{'}}\left(\! {z{\rm{'}}} \!\right)\dfrac{{{\partial ^2}y{\rm{'}}}}{{\partial z{{\rm{'}}^2}}}} \right] \!+\! p{\rm{'}}\left(\! {z{\rm{'}}}\! \right)\dfrac{{{\partial ^2}y{\rm{'}}}}{{\partial z{{\rm{'}}^2}}} \!+\! m{\rm{'}}\left(\! {z{\rm{'}}}\!\right)g\dfrac{{\partial y{\rm{'}}}}{{\partial z{\rm{'}}}} + \\ m{\rm{'}}\left( {z{\rm{'}}} \right)\dfrac{{{\partial ^2}y{\rm{'}}}}{{\partial {t^2}}} + H\left( {y - y' - G} \right) \left[ {K\left( z \right)}\right. \left( {y' - y - G} \right) +\\\quad\qquad\qquad\left. {\mu \left( z \right)K\left( z \right)\left( {y' - y - G} \right)} \right] = 0 \end{array} (3)

    式中:EI'为钻柱抗弯刚度,N·m2m {\rm{'}}为钻柱的线质量,kg/m;p' 为钻柱悬重,N。

    设置初始条件时,隔水管与钻柱的初始位移与速度均设为0,即:

    \left\{ {\begin{array}{l} \!\!\!{y\left( {z,0} \right) = 0}\\ \!\!\!{\dfrac{{\partial y\left( {z,0} \right)}}{{\partial t}} = 0}\\ {\begin{array}{l} \!\!\!\!\!\!\!{y'\left( {z',0} \right) = 0}\\ \!\!\!\!\!\!\!\!{\dfrac{{\partial y'\left( {z',0} \right)}}{{\partial t}} = 0} \end{array}} \end{array}} \right. (4)

    设置边界条件时,隔水管上端设置为自由、下端固定于井口,上下两端由于存在挠性接头均可旋转;钻柱设置为上端随隔水管偏移、下端受岩石反作用力影响进行轴向振动,上下两端均不能旋转,即:

    \left\{ {\begin{array}{l} {y\left( {0,t} \right) = 0}\\ {EI\left( 0 \right)\dfrac{{{\partial ^2}y\left( {0,t} \right)}}{{\partial {z^2}}} = {k_{\rm{b}}}\dfrac{{\partial y\left( {0,t} \right)}}{{\partial z}}}\\ {\begin{array}{l} \!\!\!\!{y\left( {L,t} \right) = S}\\ \!\!\!\!\!{EI\left( L \right)\dfrac{{{\partial ^2}y\left( {L,t} \right)}}{{\partial {z^2}}} = {k_{\rm{t}}}\dfrac{{\partial y\left( {L,t} \right)}}{{\partial z}}}\\ {\begin{array}{l} \!\!\!\!\!\!\!\!\!{y'\left( {0,t} \right) = A\sin \left( {\varOmega t} \right)}\\ \!\!\!\!\!\!\!\!\!\!{\dfrac{{\partial y'\left( {0,t} \right)}}{{\partial z'}} = 0}\\ {\begin{array}{l} \!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!{y'\left( {L,t} \right) = S}\\ \!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!{\dfrac{{\partial y'\left( {L,t} \right)}}{{\partial z'}} = 0} \end{array}} \end{array}} \end{array}} \end{array}} \right. (5)

    式中:A为钻头振幅,m;Ω为钻头振动角速度,rad/s;S为隔水管顶部偏移,m;kt为上挠性接头旋转刚度,(N·m)/rad;kb为下挠性接头旋转刚度,(N·m)/rad。

    由于建立的动力学模型考虑了内外管柱之间的相互作用,模型的求解难度和计算时间显著增加。为了更加高效,利用有限元软件Abaqus进行动态模拟分析。在Abaqus中,采用B31型梁单元描述内外管柱的弯曲变形。将井筒简化为一个与隔水管外径相等且厚度为0.10 m的梁,认为当其与钻柱接触时发生弹塑性变形。内外管柱之间的相互作用使用general-contact模块中的edge-to-edge模型来设定。隔水管顶部和底部分别与钻井平台和井口铰接,采用Abaqus中的CONN3D2型铰链模拟顶部和底部的铰链,铰链的连接方式选用Joint-Rotation组合。隔水管外部受到的海洋环境载荷利用Aqua模块施加,Aqua模块算法的基础是Morison方程[2]。Aqua模块中的海流为分层运动,南海海洋监测数据分析表明,从海面到海底的海流流速从1.35 m/s到0 m/s呈指数式递减,符合Ekman漂流理论[2]。建立有限元模型后,首先进行静态分析,然后进行时长100个海浪周期的动态分析,以确保管柱系统达到动态稳定状态。

    有限元模拟用到的主要参数:隔水管和钻柱的管材密度均为7 850 kg/m3,弹性模量均为210 GPa;钻柱的外径、壁厚分别为149.20和9.17 mm,钻柱的悬重比为0.9;钻头的振幅为0.02 m,隔水管的外径、壁厚分别为533.4和19.1 mm,隔水管的张力比为1.2;内外管柱间的碰撞刚度为18 000 kN/m,摩擦系数为0.05;上、下挠性接头的旋转刚度分别为5 000和7 300 kN·m/rad,浮力块的浮力系数为0.9;海水密度为1 050 kg/m3,钻井液密度为1 200 kg/m3;拖曳力系数为0.7,惯性力系数为2.0;海浪振幅为3.0 m,海浪周期为9.0 s,海面风速为5.0 m/s,风速因子为0.03。基于以上参数,使用Abaqus软件进行数值模拟,结果见图2。其中,图2(a)所示为深水钻井管柱系统达到动态稳定时的空间姿态,为便于观察,管柱横向变形放大了10倍,图中红色部分是管柱横向偏移较大的位置,其主要位于管柱中上部的1/3处。图2(b)图2(a)的局部截图,展示了内外管柱之间发生碰撞、摩擦时的情况。由于在建立模型时考虑了内外管柱间的相互作用,因此首先比较了这种相互作用对泥线以上管柱整体偏移的影响,以2 000 m水深、1 000 m钻进深度为例进行数值模拟,分别模拟管中管系统和不考虑钻柱的隔水管系统的动态响应,结果见图2(c)

    图  2  Abaqus数值模拟结果
    Figure  2.  Results of Abaqus numerical simulation

    图2(c)可知,相比于单独考虑隔水管的情况,将内外管柱的碰撞和摩擦等相互作用纳入模型考虑时,泥线以上管柱系统的整体偏移量受到了明显抑制。这说明对于存在管中管结构的钻井管柱系统,在给定的安全偏移范围内能够承受更大的海洋环境载荷。

    由上文所建有限元模型可知,主要设计参数包括隔水管外径与壁厚、顶部偏移量、钻压和顶张力。为了分析这些设计参数对钻井管柱系统动态响应的影响,将图2所示模拟结果作为标准状态,每次只改变1个设计参数重复进行数值模拟,当管柱系统达到动态稳定时,导出计算结果进行分析。5个模拟实例的计算结果与标准状态的对比如图3所示。

    图  3  主要设计参数对钻井管柱系统动态响应的影响
    Figure  3.  Effect of main design parameters on the dynamic response of drilling string system

    图3可知,隔水管外径与壁厚、顶部偏移、钻压和顶张力等参数对管柱系统的动态响应都有不同程度的影响。增大隔水管壁厚、减小隔水管顶部偏移量、钻压及增大顶张力,都可以减小管柱系统的整体弯曲,并能同时减小隔水管及上、下挠性接头的转角。特别是,由于隔水管外部受到较强海洋环境载荷的影响,其应力分布呈现明显的弯曲效应;而钻柱除了在井口处由于与井壁接触产生应力集中之外,其余主要体现为轴向应力,因此呈现出近似线性分布的特征。

    除了前面提到的4项主要设计参数,上、下挠性接头的旋转刚度也是深水钻井管柱系统配置的关键。因此,需分析上、下挠性接头旋转刚度组合对钻井管柱系统动态响应的影响。旋转刚度组合从(10 kN·m/rad,150 kN·m/rad)到(5 000 kN·m/rad,7 300 kN·m/rad)选取4组,模拟其对钻井管柱系统动态响应的影响,结果如图4所示(为了简便,各图例中省去了数值的单位kN·m/rad)。

    图  4  上、下挠性接头旋转刚度的不同组合对钻井管柱系统动态响应的影响
    Figure  4.  Effect of different combinations of the rotational stiffness of upper and lower flexible joints on the dynamic response of drilling string system

    图4(a)可知,上、下挠性接头的旋转刚度对管柱系统整体偏移的影响很小,可以忽略;但是,其不同组合对隔水管顶、底两端的受力状态有明显影响(见图4(b)图4(c));此外,随着上、下挠性接头的旋转刚度增大,其转角在较小范围内波动(见图4(h)图4(i)),这有助于在钻井过程中将挠性接头的转角控制在允许的最大转角范围之内。因此,在设计深水钻井管柱系统时,需要将上、下挠性接头的旋转刚度组合跟前述主要设计参数一起优化。

    根据参数敏感性分析结果,探讨隔水管壁厚、顶部偏移量、钻柱悬重、顶张力及上、下挠性接头旋转刚度的优化设计问题。

    根据深水钻井工程实践,进行管柱设计时应考虑的主要约束条件有:1)管柱的最大Mises应力小于其材料屈服应力的67%,如X80钢屈服应力的67%为370 MPa;2)管柱的最大偏移量小于海水深度的2%,如2 000 m水深下管柱的偏移极限为40 m;3)上挠性接头的最大转角小于5°(即0.087 rad),下挠性接头的最大转角小于2°(即0.035 rad)。

    为了提高效率,采用Isight优化分析软件进行多目标优化设计。Isight软件集成了多项成熟的优化分析算法,并且可以将在Abaqus中建立的有限元模型直接嵌入其优化分析的流程之中,并通过识别Abaqus模型中的设计参数和动态响应设置参数范围和动态响应约束条件。基于此,建立了基于可靠度分析的深水钻井管柱系统多目标优化设计方法,设计流程如图5所示。

    图  5  基于可靠度分析的多目标优化设计流程
    Figure  5.  Workflow for the multi-objective optimization design based on reliability analysis

    该设计方法的设计思路是:1)选取邻域培植遗传算法(NCGA)作为多目标优化算法;2)海洋深水环境具有极不稳定的气候特性,需要分析由于系统参数波动所引起的优化方案的可靠性降低问题,因此选取Monte Carlo算法进行可靠度分析;3)为了将多目标优化设计和可靠度分析贯穿起来,采用可靠度优化算法Six Sigma进行算法整合。具体设计步骤为:用Six Sigma法驱动NCGA算法进行多目标优化设计,并将得到的非劣解传递给Monte Carlo算法;然后,用Monte Carlo算法计算该非劣解在参数波动范围内的可靠度,如果该可靠度满足Six Sigma算法设定的最低可靠度要求,则输出该非劣解;反之,则将可靠度不满足要求的情况反馈给NCGA算法,以帮助它调整并优化策略。

    采用图5所示流程进行了优化设计测试,设计参数取值:隔水管壁厚9.0~28.0 mm,顶部偏移量-20~20 m,隔水管顶张力400~1 500 kN,钻柱悬重600~1 000 kN,上挠性接头旋转刚度100~7 000 kN·m/rad,下挠性接头旋转刚度100~10 000 kN·m/rad。动态响应约束条件:最大偏移量40 m,最大Mises应力370 MPa,上挠性接头最大转角5.0°,下挠性接头最大转角2.0°。

    采用Six Sigma法进行可靠度优化运算,将各项动态响应的可靠度最低要求都设为98%,得到的计算结果见表1(不收敛或违反约束的算例标为红色,寻优过程中间解标为白色,非劣解标为蓝色,推荐的最优解标为绿色)。

    表  1  基于可靠度分析的多目标优化设计结果
    Table  1.  Results of the multi-objective optimization design based on reliability analysis
    算例
    序号
    旋转刚度/(kN·m·rad–1)隔水管
    壁厚/mm
    顶部
    偏移/m
    隔水管
    顶张力/kN
    钻柱
    悬重/kN
    最大
    偏移量/m
    最大Mises
    应力/MPa
    最大转角/rad
    下挠性接头上挠性接头下挠性接头上挠性接头
    15 861. 93 005.018.8–8.18930.1977.915.40242.4–0.011 30.077 4
    24 708.8214.016.96.01848.0914.627.94236.9–0.024 80.090 1
    34 383. 43 542.925.0–12.541 391.7960.85.90226.6–0.003 10.055 4
    47 194.95 758.111.218.561 059.6805.132.06199.4–0.018 20.059 5
    52 360.01 198.210.66.251 339.5850.521.27212.5–0.017 10.069 5
    6541.61 195.523.79.35486.7966.434.55251.8–0.038 60.096 4
    710 009.64 037.115.112.031 109.4798.127.70198.4–0.012 80.065 6
    88710 314.46 971.125.1–16.751 468.0735.72.48163.10.009 70.048 3
    9952 170.96 401.225.1–17.351 468.4917.90.75207.80.000 40.044 1
    996735.76 407.125.1–16.761 468.7918.91.15208.0–0.001 70.043 9
    9977 560.47 063.59.7–16.751 471.6983.80.05227.90.011 50.043 4
    9989 299.36 880.89.7–16.331 474.8834.21.69191.80.012 10.049 7
    9997 446.56 401.227.2–17.351 468.4754.22.18167.70.005 50.049 5
    1 0009 375.06 554.69.7–16.751 471.6983.80.25229.10.013 30.045 4
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    为了验证表1中各个非劣解在设计参数波动情况下的可靠性,对推荐的最优解(第887号算例的解)进行了Monte Carlo可靠度分析,允许各项设计参数在±10%范围内扰动,并将样本点设置为正态分布,最终得到的可靠度分析结果如图6所示。

    图  6  最优解在设计参数±10%范围内波动时的可靠度分析结果
    Figure  6.  Reliability analysis results of the optimal solution when fluctuations occur within ±10% of the design parameters

    图6可以看出,最大偏移量的变化范围为8.35~16.85 m,最大Mises应力的变化范围为148~240 MPa,上挠性接头转角的变化范围为3.14°~4.50°(即0.054 8~0.078 5 rad),下挠性接头转角的变化范围为–0.43°~0.10°(即–0.007 5~0.001 7 rad)。与动态响应约束条件相比,各项动态响应值均符合设置的约束条件,即设计参数在±10%范围内扰动情况下,该设计的可靠度仍达到了100%。由此可知,设计的该参数组合满足要求。

    进一步研究可知,多目标优化设计方法可以避免由于设计结果靠近约束边界而在参数波动情况下可靠度达不到要求的问题,因此所得到的非劣解集能够同时满足工程可行性和安全可靠性2方面的要求。

    1)相比于仅考虑隔水管的模型,根据管中管模型计算得到的管柱整体弯曲程度更小,即内外管柱的相互作用对管柱系统的整体偏移有抑制作用。这说明对于实际存在管中管结构的深水钻井管柱系统而言,在给定的管柱安全偏移范围内能够承受更大的海洋环境载荷。

    2)建立了基于可靠度分析的多目标优化设计方法,采用该设计方法得到的非劣解集能够同时满足工程可行性和安全可靠性2方面的要求。

    3)建立管中管模型时,没有考虑钻井液的影响,而钻井液可以等效为一个贯穿于管中管模型的弹塑性减振装置,其会在一定程度上减轻内外管柱之间的相互作用,从而影响管柱系统的整体动态响应,因此需要在接下来的研究中予以考虑。

  • 图  1   莺歌海盆地中深层地层四压力剖面

    Figure  1.   Four pressure profiles of mid-deep strata in the Yinggehai Basin

    图  2   微米级超微重晶石粒度分布

    Figure  2.   Particle size distribution of micron-ultafine barite

    图  3   冲洗液冲洗前后的滤饼

    Figure  3.   Filter cake before and after flushing

    图  4   腐蚀速率与温度、CO2分压的关系

    Figure  4.   Relationship between corrosion rate and temperature, CO2 partial pressure

    表  1   莺歌海盆地中深层高温高压水平井井身结构设计结果

    Table  1   Casing program designed of high temperature and high pressure horizontal wells in the mid-deep formation of Yinggehai Basin

    开钻程序钻头直径/mm套管直径/mm备注
    导眼锤入762.0 采用海洋工程船锤入,隔水管壁厚25.4 mm,钢级D36,入泥72.00 m
    1660.4508.0 套管下至井深500.00 m,通过井控措施防浅层气,保证在下部井段安全钻进
    2444.5339.7 套管下至莺歌海组二段中下部巨厚泥岩,尽可能封固莺歌海组二段砂层,以满足下一开次在压力过渡带的钻进要求
    3311.1244.5 套管下至黄流组一段顶部以上泥岩层并尽可能增加下深,以缩短ϕ215.9 mm裸眼段长度
    4215.9177.8 以适当的井斜角揭开目的层
    5149.2149.2 水平段在储层中,需下入打孔管支撑井壁,尾管内打水泥塞封隔储层后回接ϕ177.8 mm套管,再钻开套管附件及水泥塞进行完井作业,生产封隔器下至ϕ177.8 mm回接套管内,尾管悬挂器顶部以上50.00 m、生产封隔器以上100.00 m的回接套管至ϕ177.8 mm尾管均采用防腐套管
    下载: 导出CSV

    表  2   新型抗高温高密度油基钻井液基本性能

    Table  2   Basic properties of new high temperature and high density oil-based drilling fluids

    油水比状态密度/(kg·L–1表观黏度/(mPa·s)塑性黏度/(mPa·s)动切力/Paϕ100ϕ6/ϕ3静切力/Pa破乳电压/V高温高压滤失量/mL
    80 : 20滚动前1.8043.53211.5289.0/8.04.5/5.01 763
    热滚16 h31.0265.0184.0/3.03.0/4.0 9070.8
    热滚96 h23.0203.0124.0/3.02.0/2.0 4222.8
    85 : 15滚动前1.9036.5297.5228.0/7.04.0/5.01 973
    热滚16 h27.5234.5165.0/5.03.0/4.01 1081.2
    热滚96 h22.0202.0113.0/2.01.0/2.0 4573.8
    95 : 5滚动前2.0026.5215.5216.5/5.54.0/4.0 2 000+
    热滚16 h22.0193.0194.0/4.03.0/4.01 9771.6
    热滚96 h20.0172.5173.0/1.02.0/1.01 0871.5
     注:热滚温度为165 ℃,流变性在50 ℃下测得;高温高压滤失量测试条件为165 ℃,3.5 MPa。
    下载: 导出CSV

    表  3   新型抗高温高密度油基钻井液沉降稳定性试验结果

    Table  3   Sedimentary stability test results of new high temperature and high density oil-based drilling fluid

    老化前密度/
    (kg·L–1
    老化时间/
    h
    取样位置老化后密度/
    (kg·L–1
    沉降系数
    1.3016上部1.290.50
    下部1.31
    48上部1.270.51
    下部1.33
    96上部1.270.51
    下部1.33
    1.6016上部1.580.51
    下部1.64
    48上部1.560.51
    下部1.65
    96上部1.530.52
    下部1.67
    1.8016上部1.820.51
    下部1.86
    48上部1.80.51
    下部1.89
    96上部1.790.51
    下部1.89
     注:老化条件165 ℃下滚动。
    下载: 导出CSV

    表  4   模拟地层水条件下不同材质试样的腐蚀速率

    Table  4   Corrosion rate of different materials under simulated formation water

    材质液相腐蚀速率/(mm·a–1气相腐蚀速率/(mm·a–1
    13Cr–L800.005 430.009 07
    13CrS–1100.003 340.007 50
    13Cr–L800.005 920.009 84
    13CrS–1100.000 980.006 55
    13CrM–1100.007 270.014 51
    TN80–3Cr0.004 560.072 07
    P1100.015 920.075 38
    N800.018 550.092 32
    下载: 导出CSV

    表  5   井深4 900.00 m处ϕ149.2 mm小井眼复合钻杆水力模拟结果

    Table  5   Hydraulic simulation results of compound drill pipe in ϕ149.2 mm slim hole at depth of 4 900.00 m

    钻杆直径及长度排量/(L·min–1泵压/MPa当量循环密度/(kg·L–1
    ϕ149.2 mm套管鞋ϕ149.2 mm井眼底部
    ϕ149.2 mm钻杆>3 300.00 m60015.2041.9051.927
    ϕ101.6 mm钻杆1 600.00 m90019.4651.9171.944
    ϕ149.2 mm钻杆>3 800.00 m60015.0451.9101.934
    ϕ101.6 mm钻杆1 100.00 m90018.7551.9231.951
    下载: 导出CSV
  • [1] 李炎军,吴江,黄熠,等. 莺歌海盆地中深层高温高压钻井关键技术及其实践效果[J]. 中国海上油气, 2015, 27(4): 102–106.

    LI Yanjun, WU Jiang, HUANG Yi, et al. Key technology and application of HTHP drilling in mid-deep formation in Yinggehai Basin[J]. China Offshore Oil and Gas, 2015, 27(4): 102–106.

    [2] 罗鸣, 吴江, 陈浩东, 等. 南海西部窄安全密度窗口超高温高压钻井技术[J]. 石油钻探技术, 2019, 47(1): 8–12.

    LUO Ming, WU Jiang, CHEN Haodong, et al. Ultra-High temperature high pressure drilling technology for narrow safety density window strata in the Western South China[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2019, 47(1): 8–12.

    [3] 黄洪春,沈忠厚,高德利. 三高气田套管磨损研究及应用分析[J]. 石油机械, 2015, 43(4): 28–33.

    HUANG Hongchun, SHEN Zhonghou, GAO Deli. Wear research of casings in high hydrogen sulphide, high pressure and high production gas field[J]. China Petroleum Machinery, 2015, 43(4): 28–33.

    [4] 杨春旭,孙铭新,唐洪林. 大位移井套管磨损预测及防磨技术研究[J]. 石油机械, 2016, 44(1): 5–9.

    YANG Chunxu, SUN Mingxin, TANG Honglin. Casing wear prediction and casing protection technology for extended reach well[J]. China Petroleum Machinery, 2016, 44(1): 5–9.

    [5] 李海洋.深井套管磨损预测与防磨减摩措施研究[D].成都: 西南石油大学, 2014.

    LI Haiyang. Wear prediction and anti-friction and reduction measures for casing in deep wells[D]. Chengdu: Southwest Petroleum University, 2014.

    [6] 杨玉坤,翟建明. 四川盆地元坝气田超深水平井井身结构优化与应用技术[J]. 天然气工业, 2015, 35(5): 79–84. doi: 10.3787/j.issn.1000-0976.2015.05.012

    YANG Yukun, ZHAI Jianming. Casing program optimization technology for ultra-deep horizontal wells in the Yuanba Gasfield, Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry, 2015, 35(5): 79–84. doi: 10.3787/j.issn.1000-0976.2015.05.012

    [7] 李建成, 杨鹏, 关键, 等. 新型全油基钻井液体系[J]. 石油勘探与开发, 2014, 41(4): 490–496. doi: 10.11698/PED.2014.04.16

    LI Jiancheng, YANG Peng, GUAN Jian, et al. A new type of whole oil-based drilling fluid[J]. Petroleum Exploration and Development, 2014, 41(4): 490–496. doi: 10.11698/PED.2014.04.16

    [8] 孙坤忠,陶谦,周仕明,等. 丁山区块深层页岩气水平井固井技术[J]. 石油钻探技术, 2015, 43(3): 55–60.

    SUN Kunzhong, TAO Qian, ZHOU Shiming, et al. Cementing technology for deep shale gas horizontal well in the Dingshan Block[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2015, 43(3): 55–60.

    [9] Q/HS 14015—2018 海上油气井油管和套管防腐设计指南[S].

    Q/HS 14015—2018 Guideline for tubing and casing anticorrosion design of offshore oil and gas wells[S].

    [10] 何英明,刘书杰,耿亚楠,等. 莺歌海盆地高温高压水平气井井控影响因素[J]. 石油钻采工艺, 2016, 38(6): 771–775.

    HE Yingming, LIU Shujie, GENG Yanan, et al. Factors influencing the well control of HTHP horizontal wells in the Yinggehai Basin[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2016, 38(6): 771–775.

    [11] 吴超,陈小锋,王磊. 钻井液密度窗口随钻预测理论及其工程应用[J]. 石油学报, 2016, 37(3): 399–405. doi: 10.7623/syxb201603012

    WU Chao, CHEN Xiaofeng, WANG Lei. A theory on predicting drilling fluid density windows while drilling and its engineering application[J]. Acta Petrolei Sinica, 2016, 37(3): 399–405. doi: 10.7623/syxb201603012

  • 期刊类型引用(13)

    1. 马永乾,赵鹏,畅元江,王仕超,张晏铭. 基于LAGRANGE方程的深水钻井隔水管–水下井口系统动力分析. 应用科技. 2024(01): 151-157 . 百度学术
    2. 王文昌,徐祖凯,周星,王昭彬,陈锋. 超深井钻柱动态疲劳失效特征及参数优选. 石油钻探技术. 2024(02): 118-125 . 本站查看
    3. 畅元江,王仕超,李健,刘秀全. 深水隔水管-防喷器组耦合系统动力学建模与仿真验证. 振动与冲击. 2024(11): 1-8 . 百度学术
    4. 狄勤丰,骆大坤,秦垦,王文昌,陈锋. 考虑“筒中筒”耦合作用的深水隔水管柱与钻柱碰摩运动规律. 石油钻采工艺. 2024(01): 25-32 . 百度学术
    5. 王高伟,廖茂林,蒋宏伟,郜志英,房超. 基于钻井液上返流动作用下的隔水管动力学行为研究. 船舶力学. 2023(05): 719-730 . 百度学术
    6. 孙巧雷,张辉易,姚力萍,李乐勤,张圆圆,冯定. 海上管中管结构力学研究现状与发展. 科学技术与工程. 2023(21): 8907-8915 . 百度学术
    7. 曹峰,胡波,王安伟,刘永亮. 压裂泵的数值分析及仿真标定验证. 机械设计与研究. 2023(06): 205-210 . 百度学术
    8. 李旭,朱志强,冯颖韬,赵琥,温达洋,山永林,林黎明. 海洋钻井隔水管系统动力学行为研究. 钻采工艺. 2022(03): 31-36 . 百度学术
    9. 张昊,雷雨辰,高云飞,张维维,闫启方,刘林超. 分数黏弹性可压缩油气井管杆准静态响应分析. 信阳师范学院学报(自然科学版). 2021(02): 331-338+344 . 百度学术
    10. 李泉新,褚志伟,许超,杨冬冬. 煤矿井下双动力复合定向钻进轨迹调控研究. 工矿自动化. 2021(12): 25-31 . 百度学术
    11. 王江帅,李军,柳贡慧,罗晓坤. 气侵条件下新型双梯度钻井环空出口流量变化规律研究. 石油钻探技术. 2020(04): 43-49 . 本站查看
    12. 张光伟,乔阳,田帆,高嗣土,尹福来. 全旋转内置式导向钻井工具动力学分析及仿真. 机械强度. 2020(06): 1417-1423 . 百度学术
    13. 董学莲,杨芯萍,赵雄,张聪林,郑亮,费凌. 液缸式隔水管张紧系统建模及性能分析. 液压与气动. 2019(08): 39-48 . 百度学术

    其他类型引用(9)

图(4)  /  表(5)
计量
  • 文章访问数:  1506
  • HTML全文浏览量:  716
  • PDF下载量:  140
  • 被引次数: 22
出版历程
  • 收稿日期:  2018-08-04
  • 修回日期:  2019-11-27
  • 网络出版日期:  2020-01-15
  • 刊出日期:  2020-02-29

目录

/

返回文章
返回