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深水多梯度钻井方法及仿真分析 被引量:7
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作者 殷志明 盛磊祥 +1 位作者 蒋世全 陈国明 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期64-67,119-120,共4页
油气勘探开发转向海洋尤其是深海已成为必然。与陆地和浅水相比,由于深水地层特殊的地质沉积条件,深水钻井面临地层压力和破裂压力之间钻井液安全密度窗口窄的问题,井筒压力很难保持在允许的压力窗口之间。为此,介绍了多梯度钻井技术的... 油气勘探开发转向海洋尤其是深海已成为必然。与陆地和浅水相比,由于深水地层特殊的地质沉积条件,深水钻井面临地层压力和破裂压力之间钻井液安全密度窗口窄的问题,井筒压力很难保持在允许的压力窗口之间。为此,介绍了多梯度钻井技术的原理、采用低密度空心球随钻分离注入的实现方法以及其优点:①可以达到较高的空心球浓度(50%~60%),钻井液密度降低明显;②钻井液返回海面后不必分离空心球,可重新循环;③隔水管内钻井液密度和钻杆内钻井液密度相当,不会产生U形管效应;④设备所占空间少,系统操作和控制相对简单。同时,编写了多梯度钻井的仿真程序,分析了空心球注入对压力变化影响效果。结果表明,采用空心球随钻分离注入技术能够实现对井筒压力的优化分配,使井底压力在较长的井段内介于地层压力和破裂压力之间,从而达到简化井身结构的效果。 展开更多
关键词 深水钻井 窄密度窗口 多梯度钻井 空心玻璃球 随钻分离注入
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空心球多梯度控压钻井井筒压力控制方法 被引量:7
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作者 张锐尧 李军 +2 位作者 杨宏伟 田志强 柳贡慧 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期98-105,共8页
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... 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。 展开更多
关键词 多梯度钻井 空心球 分离器 两相流 井筒压力控制 变异系数 窄密度窗口 参数优化
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深水多梯度钻井井筒温度场 被引量:7
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作者 杨宏伟 李军 +3 位作者 柳贡慧 高旭 王江帅 骆奎栋 《中国石油大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期62-69,共8页
准确预测多梯度钻井中的井筒温度分布有利于精确地控制井筒压力。考虑空心球由钻柱内进入环空过程中引起的传热和传质,基于质量、动量和能量守恒原理建立多梯度钻井综合瞬态传热模型。使用有限体积法对该模型进行求解,并利用现场实测温... 准确预测多梯度钻井中的井筒温度分布有利于精确地控制井筒压力。考虑空心球由钻柱内进入环空过程中引起的传热和传质,基于质量、动量和能量守恒原理建立多梯度钻井综合瞬态传热模型。使用有限体积法对该模型进行求解,并利用现场实测温度对该模型进行验证。通过模型分析多梯度钻井中的井筒温度分布,并研究不同敏感性参数对井筒温度的影响。结果表明空心球转移引起的传热和传质使分离器处的环空温度沿流动方向突然降低,形成一个突变点;空心球使井筒流体的传热速率降低,导致环空温度随着注入流体中空心球质量分数的增加而降低;旋流分离器的位置和数量对环空温度都有较大影响,但环空温度对旋流分离器的位置更敏感。 展开更多
关键词 多梯度钻井 传热与传质 井筒温度 有限体积法 空心球 旋流分离器
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A New Heat Transfer Model for Multi-Gradient Drilling with Hollow Sphere Injection
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作者 Jiangshuai Wang Chuchu Cai +3 位作者 Pan Fu Jun Li Hongwei Yang Song Deng 《Fluid Dynamics & Materials Processing》 EI 2024年第3期537-546,共10页
Multi-gradient drilling is a new offshore drilling method.The accurate calculation of the related wellbore temperature is of great significance for the prediction of the gas hydrate formation area and the precise cont... Multi-gradient drilling is a new offshore drilling method.The accurate calculation of the related wellbore temperature is of great significance for the prediction of the gas hydrate formation area and the precise control of the wellbore pressure.In this study,a new heat transfer model is proposed by which the variable mass flow is properly taken into account.Using this model,the effects of the main factors influencing the wellbore temperature are analyzed.The results indicate that at the position where the separation injection device is installed,the temperature increase of the fluid in the drill pipe is mitigated due to the inflow/outflow of hollow spheres,and the temperature drop of the fluid in the annulus also decreases.In addition,a lower separation efficiency of the device,a shallower installation depth and a smaller circulating displacement tend to increase the temperature near the bottom of the annulus,thereby helping to reduce the hydrate generation area and playing a positive role in the prevention and control of hydrates in deepwater drilling. 展开更多
关键词 multi-gradient drilling wellbore temperature HYDRATE separate injection device variable mass
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深水多梯度钻井过滤分离器结构设计与关键参数计算 被引量:3
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作者 杨宏伟 张锐尧 +3 位作者 李军 罗鸣 李文拓 柳贡慧 《中国石油大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期72-78,共7页
为了提升注空心球多梯度钻井中井下分离器的分离效率,设计可以实现高效分离的过滤分离器。首先针对过滤分离器的过滤结构,建立相应的几何模型,进一步推导分离口直径与最小通道尺寸之间的数学关系;其次,针对过滤结构的内部流场,利用数值... 为了提升注空心球多梯度钻井中井下分离器的分离效率,设计可以实现高效分离的过滤分离器。首先针对过滤分离器的过滤结构,建立相应的几何模型,进一步推导分离口直径与最小通道尺寸之间的数学关系;其次,针对过滤结构的内部流场,利用数值模拟研究分离口处的喷射速度与负压随注入速度的变化;然后,将多孔介质模型与多相流模型相耦合的数值模拟与室内试验相结合,研究空心球在不同条件下的分离规律;最后,推导分离口处的混合流体进入环空时所产生的压力波动数学模型,并通过钻井数据进行计算分析。结果表明:过滤分离器的分离效率随排量和空心球体积分数的增加而增加,最高可以达到98%;分离口处所占的分流比为5.7%,对钻井液排量的影响有限。 展开更多
关键词 多梯度钻井 过滤分离器 室内试验 多孔介质 波动压力
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基于非平衡相间传质的多梯度钻井井底压力预测 被引量:1
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作者 张锐尧 肖平 +3 位作者 朱忠喜 李军 陈东方 关勤勤 《石油机械》 北大核心 2023年第9期9-17,共9页
为了对多梯度钻井气侵后的井底压力进行更精确地预测,基于非平衡界面传质理论,在泡状流条件下考虑气泡表面张力对传质过程所产生的阻力影响,同时考虑井筒与地层间能量交换和空心球物性参数对多梯度钻井气液两相流的影响,建立了多梯度钻... 为了对多梯度钻井气侵后的井底压力进行更精确地预测,基于非平衡界面传质理论,在泡状流条件下考虑气泡表面张力对传质过程所产生的阻力影响,同时考虑井筒与地层间能量交换和空心球物性参数对多梯度钻井气液两相流的影响,建立了多梯度钻井条件下的瞬态非平衡相间传质速率模型和气液两相流新模型。利用有限差分方法和高斯赛德尔循环迭代方法对模型进行离散和求解。研究结果表明:与平衡传质条件相比,在非平衡传质条件下的气液相间发生传质的难度更大,井底处的相间传质速率和井底压力更低;当循环时间逐渐增加,井底压力逐渐降低;随着过滤分离器位置、数量或空心球的体积分数逐渐增加,井底压力逐渐减小且递减速率逐渐增大,然而随着空心球密度逐渐增大,井底压力逐渐增加,但是对递减速率的影响却较小。该研究可以提升多梯度钻井气侵后井底压力的预测精度,同时可以为多梯度钻井方法在气侵后进行井筒压力控制提供一定的理论参考。 展开更多
关键词 多梯度钻井 相间传质速率 气侵 非平衡条件 井底压力
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多梯度钻井井下过滤分离器的分离效率试验 被引量:1
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作者 张锐尧 李军 +2 位作者 明瑞卿 杨宏伟 高热雨 《石油机械》 北大核心 2022年第6期9-15,共7页
多梯度控压钻井技术具有较好的发展前景,但是井下分离器对空心球的高效分离是成功实现该技术的关键。为了对新研制的井下过滤分离器的分离效率进行研究,基于该分离器搭建了多梯度钻井室内模拟试验系统,阐述了其结构与功能,并对该系统的... 多梯度控压钻井技术具有较好的发展前景,但是井下分离器对空心球的高效分离是成功实现该技术的关键。为了对新研制的井下过滤分离器的分离效率进行研究,基于该分离器搭建了多梯度钻井室内模拟试验系统,阐述了其结构与功能,并对该系统的试验原理和过滤分离器的分离效率测试的试验流程进行了说明。然后基于该室内试验系统,分别研究了排量、空心球质量浓度、流体黏度、空心球密度和空心球直径对井下过滤分离器分离效率的影响。试验结果表明:在现有试验条件下,随着上述多梯度钻井关键参数的变化,过滤分离器的最高分离效率为87%;同时,分离效率随着排量、空心球质量浓度和直径的增大而提升,随着流体黏度和空心球密度的增大而降低。该研究验证了井下过滤分离器具有高效分离的特性,并且显著提升了多梯度钻井方式的可行性。试验研究结果可为多梯度控压钻井技术的发展提供一定的技术参考。 展开更多
关键词 多梯度钻井 过滤分离器 空心球 室内试验 分离效率
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深水多梯度钻井空心球分离规律及其对井筒传热与传质的影响 被引量:1
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作者 张锐尧 李军 +1 位作者 柳贡慧 王鹏 《钻采工艺》 CAS 北大核心 2021年第5期16-21,共6页
深水注空心球多梯度钻井中井筒温度的准确预测对井筒压力控制有至关重要的作用。文章利用新的分离技术与室内实验相结合研究了空心球在不同影响因素下的分离规律。基于能量守恒方程、连续性方程以及动量方程并考虑分离效率对于空心球传... 深水注空心球多梯度钻井中井筒温度的准确预测对井筒压力控制有至关重要的作用。文章利用新的分离技术与室内实验相结合研究了空心球在不同影响因素下的分离规律。基于能量守恒方程、连续性方程以及动量方程并考虑分离效率对于空心球传质与传热过程的影响,建立了瞬态传热与传质条件下的温度与压力相耦合的井筒温度计算模型。并将现场测量数据与理论模型的计算结果进行对比,验证了文章所建模型的准确性。最后对影响环空温度以及热物性参数的重要因素如分离效率、空心球注入速率、分离器位置等进行了敏感性分析。研究表明,通过调节泵排量与空心球直径以及分离器位置,可以实现环空压力梯度的准确控制,很好地改善深水钻井中窄压力窗口引起的溢漏问题。 展开更多
关键词 多梯度钻井 室内实验 分离效率 注入速率 分离器位置 传热与传质
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多梯度钻井分离器冲蚀磨损分析及流场研究
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作者 张锐尧 蒋振新 +2 位作者 李军 郭勇 柳贡慧 《石油机械》 北大核心 2021年第1期80-87,共8页
针对多梯度控压钻井过程中空心球分离效率低,无法实现多密度梯度的问题,设计了空心球过滤分离器。利用多孔介质模型、DPM模型以及冲蚀模型对分离器内部流场进行了数值计算。研究了注入速度和空心球直径对分离器腐蚀速率的影响,以及过滤... 针对多梯度控压钻井过程中空心球分离效率低,无法实现多密度梯度的问题,设计了空心球过滤分离器。利用多孔介质模型、DPM模型以及冲蚀模型对分离器内部流场进行了数值计算。研究了注入速度和空心球直径对分离器腐蚀速率的影响,以及过滤过程中分离器内部在轴向上以及径向上的压力与速度分布规律。研究结果表明:空心球注入速度越小以及空心球直径越大,对工具的冲蚀磨损速率越低;过滤结构内入口层的中心压力高而外侧压力低,随着压力逐渐扩散,出口层外侧压力高而中心压力低,速度分布规律则相反;随着入口速度与油水比的增加,工具的压降逐渐增加,但是油水比的影响较小。该研究实现了多梯度控压钻井中空心球分离效率低的技术突破,显著提升了多梯度钻井方式实现的可行性,为窄压力窗口地层中井筒压力控制提供了技术支撑。 展开更多
关键词 过滤分离器 多梯度钻井 多孔介质 DPM模型 冲蚀模型
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