高溫超壓地層固井具體施工模擬和監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用

1、高溫超壓地層固井具體施工模擬和監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用 立項(xiàng)目的 研究目標(biāo) 研究內(nèi)容 技術(shù)關(guān)鍵 研究成果施工前，對固井施工方案進(jìn)行模擬分析，優(yōu)化固井設(shè)計(jì)；在施工過程中，監(jiān)測壓力、流量、密度的變化，反演井下注替狀態(tài)，對可能發(fā)生的復(fù)雜情況進(jìn)行報(bào)警。 固井安全方面： （1）下套管的波動壓力是否引發(fā)井漏； （2）注水泥時(shí)的環(huán)空壓力是否超過安全壓力窗口。 固井質(zhì)量方面： （1）頂替流態(tài)和紊流接觸時(shí)間是否合理； （2）環(huán)空漿柱結(jié)構(gòu)是否符合設(shè)計(jì)要求;1 2）系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 施工前： 通過模擬分析，預(yù)測涌、漏等復(fù)雜情況和頂替效 率，制定合理施工方案； 施工中： 實(shí)時(shí)監(jiān)測地面施工參數(shù)，反演井下頂替過程，對 液面位置、環(huán)空壓力

2、平衡、頂替效率等進(jìn)行監(jiān)控； 施工后： 回放監(jiān)測數(shù)據(jù)，為技術(shù)總結(jié)提供依據(jù)。1數(shù)據(jù)采集模塊工作主機(jī)監(jiān) 視 器固井施工模擬與實(shí)時(shí)監(jiān)測軟件井口壓力入井流量入井密度 參數(shù)檢測儀3）系統(tǒng)構(gòu)成：施工參數(shù)檢測儀+計(jì)算機(jī)+軟件硬件軟件1 井口壓力 井口流量 流體密度 注入體積 泵送時(shí)間21）功能數(shù)據(jù)采集卡信號調(diào)理A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)通訊便攜式工控機(jī)壓力流量密度24V電源I/V轉(zhuǎn)換 傳感器部分2（1）流量傳感器 采用新型電磁流量計(jì)取代傳統(tǒng)渦輪流量計(jì)。具有耐壓高（40MPa)、無活動部件、精度高、無壓力損失、體積小、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)。 FFT-100-40 高壓電磁流量計(jì)2（2）密度傳感器 采用高壓質(zhì)量流量計(jì)取代傳統(tǒng)放

3、射性密度計(jì)。具有耐壓高（40MPa)、無污染、測量精度高、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)。 RHM30高壓質(zhì)量 流量計(jì)（密度）2（3）壓力傳感器 采用數(shù)字式壓力傳感器。具有耐壓高（100MPa)、測量精度高、體積小，用維護(hù)方便等特點(diǎn)。 AK4F 數(shù)字壓力傳感 器2（4）便攜式軍用工控機(jī) 采用便攜式軍用工控機(jī)為工作主機(jī)及，具有集成化程度高、體積小、攜帶方便、抗震、抗干擾等特點(diǎn)，是和海洋平臺作業(yè)環(huán)境和安全要求。 DM9002便攜式軍用工控機(jī)2流量計(jì)密度計(jì)壓力計(jì) 主要特點(diǎn) 能實(shí)現(xiàn)對整個(gè)注替過程 的監(jiān)測； 實(shí)時(shí)測量井口處的壓力、 流量和密度等參數(shù)； 數(shù)字顯示與電信號雙重 輸出； 安裝簡單、使用方便。23（1） 原

4、因：下套管的波動壓力使環(huán)空壓力增大條件：波動壓力+靜液柱壓力破裂壓力關(guān)鍵：波動壓力的計(jì)算3（2） 常規(guī)的穩(wěn)態(tài)模型假設(shè)鉆井液不可壓縮、套管和井壁都是剛性的，計(jì)算結(jié)果往往偏高，井越深，壓力、溫度越高，誤差越大。 瞬態(tài)波動壓力模型考慮了泥漿的可壓縮性、流體慣性和套管柱的彈性對波動壓力的影響，可提高深井波動壓力的計(jì)算精度。 壓力傳播速度泥漿壓縮系數(shù)，與溫度、壓力有關(guān)流道彈性系數(shù)，與套管、井壁有關(guān)有限差分解法示意圖z z z z zt M R O S NWtt t z（2） 3（2） 3井身結(jié)構(gòu)：7in套3657m +5 in36574454m下入管柱: 79mm鉆鋌146m +74mm鉆桿 925m

5、+89mm鉆桿3592m鉆井液密度：1678 kg/m3 鉆井液性能：動切力: 4.8Pa 塑粘: 11mPa .s下入速度：01.41 m/s實(shí)驗(yàn)井井眼條件（3）輸入基本參數(shù)預(yù)設(shè)下套管速度計(jì)算環(huán)空動壓力與破裂壓力對比 安全？結(jié)束NY3（1） 井下頂替參數(shù)的計(jì)算井下頂替參數(shù)： 環(huán)空動壓力、流動速度、 頂替流態(tài)、紊流接觸時(shí)間、 U 型管效應(yīng)、液面位置等計(jì)算模型及方法：本研究建立的新模型 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推薦的固井水力學(xué) 計(jì)算方法3（2） 技術(shù)路線固井設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)地面施工參數(shù)反演井下頂替過程液面位置預(yù)、監(jiān)測壓力平衡預(yù)、監(jiān)測頂替流態(tài)預(yù)、監(jiān)測接觸時(shí)間預(yù)、監(jiān)測滿足要求？OKYN及時(shí)調(diào)整3441）軟件總體結(jié)構(gòu) 基 本

6、 數(shù) 據(jù) 輸 入固井設(shè)計(jì)注水泥模擬施工監(jiān)測數(shù) 據(jù) 庫參數(shù)標(biāo)定材料計(jì)算采集數(shù)據(jù)接 口 數(shù)據(jù)回放及報(bào)告輸出下套管模擬42）軟件主要功能固井工程設(shè)計(jì) 下套管過程模擬分析 注水泥過程模擬分析 施工過程監(jiān)測與復(fù)雜情況報(bào)警 數(shù)據(jù)回放及報(bào)告輸出4 固井工程設(shè)計(jì)漿柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)4 固井工程設(shè)計(jì)流變特性設(shè)計(jì)計(jì)算 固井工程設(shè)計(jì)排量計(jì)劃設(shè)計(jì)4 固井工程設(shè)計(jì)4材料用量計(jì)算4 下套管模擬 動態(tài)模擬下套管過程，計(jì)算波動壓力和環(huán)空動壓力，根據(jù)壓力剖面推薦安全下套管速度，防止井漏。 計(jì)算管內(nèi)及環(huán)空壓降、靜液柱壓力，預(yù)測泵壓變化及U型管效應(yīng)。4 注水泥模擬 計(jì)算顯示環(huán)空壓力變化，根據(jù)兩個(gè)壓力剖面，預(yù)測溢流、井漏等復(fù)雜情況。4

7、注水泥模擬 頂替流態(tài)及紊流接觸時(shí)間計(jì)算分析，預(yù)測頂替效率。4 注水泥模擬 根據(jù)排量、泵送時(shí)間和井眼條件，實(shí)時(shí)計(jì)算并顯示液面位置，掌握井下頂替情況。4 注替過程實(shí)時(shí)監(jiān)測與復(fù)雜情況報(bào)警 實(shí)時(shí)監(jiān)測排量和環(huán)空壓力的變化情況，根據(jù)兩個(gè)壓力剖面控制溢流或井漏。4 注替過程實(shí)時(shí)監(jiān)測與復(fù)雜情況報(bào)警 監(jiān)測密度、泵壓的變化，防止密度偏差過大和泵壓過高。4 注替過程實(shí)時(shí)監(jiān)測與復(fù)雜情況報(bào)警 根據(jù)流量變化計(jì)算分析關(guān)注點(diǎn)的流態(tài)及紊流接觸時(shí)間，為提高頂替效率提供依據(jù)。4 注替過程實(shí)時(shí)監(jiān)測與復(fù)雜情況報(bào)警流 量最大誤差 1.6%壓 力最大誤差 1%密 度最大誤差1.6%試驗(yàn)結(jié)果5 分別在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)和湛江固井基對參數(shù)檢測儀進(jìn)行了標(biāo)定和驗(yàn)證試驗(yàn)。 各參數(shù)測量誤差小于2%，滿足工程要求。可為井下頂替參數(shù)的計(jì)