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也门1区块泡沫钻井参数计算与工艺技术研究

张君亚  
【摘要】:也门1区块是中国石化集团国际石油勘探开发公司(SIPC)在也门第一个独立运作的石油风险勘探项目。地层漏失严重、机械钻速较低以及存在较厚流沙层是该区块钻井面临的主要难题。气体钻井作为一种新兴的钻井作业方式,具有大幅提高机械钻速、防止漏失、减少污染等突出优点,可以有效地解决也门1区块钻井技术难题。因此,利用气体钻井技术来加快也门1区块勘探进度就成为一项必然选择。 也门1区块气体钻井适应性研究。从基本地质构造特征、岩性分布、地层孔隙压力分布、地层流体分布等方面分析了也门1区块的基本地质特征;通过室内试验及理论计算对井壁稳定性加以分析;从地层水溶液的渗流规律、水化作用对近井壁有效应力的影响、水化作用对岩石力学强度的影响三个方面研究了该区块的地层岩石水化稳定性;从地层产液及出气两个方面分析了地层流体对气体携屑的影响。在上述研究的基础上系统地评价分析了该地区实施气体钻井的可行性,研究结果表明,该区块地质特征及井壁稳定性良好,适合气体钻进。结合分析几种气体型流体钻井方式的具体特点和1区块地层特点,推荐采用泡沫钻井的作业方式。 泡沫钻井液体系优选及性能评价。为优选适合于也门1区块泡沫钻井作业的泡沫体系,采用Waring blender法进行了室内实验,并对其加量及配伍性进行了实验分析。同时对所优选的泡沫体系的抗盐污染能力、抗岩屑污染能力、抗原油污染能力、抗温性能及基液循环应用等性能进行了实验评价。实验结果表明,FMA-100和S-FOAM两种钻井用发泡剂泡沫质量和半衰期较好,适合也门1区块泡沫钻井使用;两种发泡剂最佳加量为0.4%-0.6%,其发泡质量和半衰期随着发泡剂浓度的增大,比较而言,FMA-100发泡剂的半衰期性能稍强;两种发泡剂的抗污染及抗高温能力均较强,综合分析实验数据,FMA-100发泡剂的整体抗污染性能更好;S-FOAM、FMA-100配制的液体通过消泡后,其基液可以重复应用,以此可达到节约钻井成本的作用。 泡沫钻井多相流理论模型研究。在多相流流场的众多物理量中,压力、温度为流场模型中最为重要的两个物理参数。传统的理论模型中,大都忽略了岩屑对井下压力的影响,此外,对于井下温度场,大都将流体的温度近似等同于同一深度的地层温度,未考虑流体的导热性及井下流体与地层之间的热交换程度,因而误差较大。结合流体力学的基本原理,在着重分析岩屑固相对井底压力以及循环摩阻的影响的基础上,系统地分析了泡沫钻井作业状况下井下的多相流流场状态,从重力压力降、摩擦压力降、加速压力降三个方面修正了传统的欠平衡钻井井下压力场计算模型;并结合工程热力学及传热学的基本原理,讨论泡沫钻井环空中流体温度分布的几种可能形式,建立了泡沫钻井井下温度场的理论模型;在所建立的理论模型的基础上,总结出了泡沫钻井最小注液量及注气量的计算方法;并利用上述方法针对也门1区块已完钻的Reema-1井进行了实例计算,计算结果与现场实际情况相符度较好。 在前面理论研究的基础上,结合也门1区块的实际状况,从泡沫钻井井身结构设计、钻具组合设计、泡沫钻井参数设计、泡沫工作液优选及参数优化、泡沫钻井设备优选与配套、泡沫钻井地面设备流程、泡沫钻井现场施工工艺、以及流沙层泡沫钻井等方面系统地制定了也门1区块泡沫钻井工艺配套技术方案,编写了泡沫钻井施工艺及维护措施,并针对也门1区块流沙层特点,制定了“SIPC流沙层泡沫钻井作业规程”。 利用所建立的泡沫钻井工艺技术配套研究基础,在也门1区块的Abyed-2与Reema-1井进行了现场试验。两口井防漏堵漏效果显著,顺利钻穿流沙层,机械钻速得到大幅度提高。现场试验表明,泡沫钻井可以有效解决也门1区块大尺寸井段同时存在漏失、机械钻速低以及较厚流沙层等方面的钻井技术难题。


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