高壓固井具體施工模擬和監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用

高溫超壓地層固井施工模擬與監(jiān)測(cè)技術(shù)匯報(bào)題綱

概述成果匯報(bào)匯報(bào)題綱

概述成果匯報(bào)立項(xiàng)目的研究目標(biāo)研究?jī)?nèi)容技術(shù)關(guān)鍵研究成果立項(xiàng)目的

高溫超壓地層固井的面臨的主要問(wèn)題之一是：地層壓力高，壓力窗口小。一方面，為提高頂替效率，需提高替漿速度；另一方面，提高替漿速度又造成井下壓力升高，容易發(fā)生井漏。因此，如何從技術(shù)上保障固井質(zhì)量和施工安全，是高溫超地層固井面臨的一個(gè)主要問(wèn)題。

本研究的目的是：開(kāi)發(fā)一套適合于高溫超壓地層固井的施工模擬與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在施工前，對(duì)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(guò)程中，監(jiān)測(cè)壓力、流量、密度的變化，反演井下注替狀態(tài)，對(duì)可能發(fā)生的復(fù)雜情況進(jìn)行報(bào)警。

研制一臺(tái)高溫超壓地層固井施工參數(shù)監(jiān)測(cè)儀開(kāi)發(fā)一套高溫超壓地層固井施工模擬與監(jiān)測(cè)軟件研究目標(biāo)原計(jì)劃研究?jī)?nèi)容：

1.研制一臺(tái)井口壓力、流量?jī)蓞?shù)監(jiān)測(cè)儀；

2.開(kāi)發(fā)一套固井復(fù)雜情況（漏、竄）監(jiān)測(cè)軟件。增補(bǔ)研究?jī)?nèi)容：

1.參數(shù)監(jiān)測(cè)增加井口流體密度檢測(cè)部分；

2.軟件開(kāi)發(fā)增加固井設(shè)計(jì)、施工模擬分析兩部分。研究?jī)?nèi)容高壓條件下流量及密度的測(cè)量及提高精度；井下注替過(guò)程的反演及提高精度。技術(shù)關(guān)鍵研究成果研制了一臺(tái)固井施工參數(shù)監(jiān)測(cè)儀；開(kāi)發(fā)了一套固井設(shè)計(jì)、施工模擬與監(jiān)測(cè)軟件。匯報(bào)題綱概述成果匯報(bào)1.系統(tǒng)功能及組成2.固井施工參數(shù)檢測(cè)儀3.井下異常情況的預(yù)、監(jiān)測(cè)方法

4.固井施工模擬與監(jiān)測(cè)軟件

5.試驗(yàn)驗(yàn)證

6.主要結(jié)論

1

）固井過(guò)程中需要特別關(guān)注的井下情況

●固井安全方面：（1）下套管的波動(dòng)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(guò)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;系統(tǒng)功能及組成1系統(tǒng)功能及組成2）系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

◆施工前：通過(guò)模擬分析，預(yù)測(cè)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(cè)地面施工參數(shù)，反演井下頂替過(guò)程，對(duì)液面位置、環(huán)空壓力平衡、頂替效率等進(jìn)行監(jiān)控；◆施工后：回放監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為技術(shù)總結(jié)提供依據(jù)。1系統(tǒng)功能及構(gòu)成數(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(cè)軟件井口壓力入井流量入井密度參數(shù)檢測(cè)儀3）系統(tǒng)構(gòu)成：施工參數(shù)檢測(cè)儀+計(jì)算機(jī)+軟件硬件軟件1固井施工參數(shù)檢測(cè)儀

實(shí)時(shí)檢測(cè)以下參數(shù)

◆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(hào)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）結(jié)構(gòu)原理固井施工參數(shù)檢測(cè)儀2

3）儀器選型（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(wú)活動(dòng)部件、精度高、無(wú)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)固井施工參數(shù)檢測(cè)儀2（2）密度傳感器

采用高壓質(zhì)量流量計(jì)取代傳統(tǒng)放射性密度計(jì)。具有耐壓高（40MPa)、無(wú)污染、測(cè)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）

3）儀器選型固井施工參數(shù)檢測(cè)儀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(cè)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

3）儀器選型固井施工參數(shù)檢測(cè)儀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(tái)作業(yè)環(huán)境和安全要求。

DM9002便攜式軍用工控機(jī)

3）儀器選型固井施工參數(shù)檢測(cè)儀2流量計(jì)密度計(jì)壓力計(jì)

主要特點(diǎn)◆能實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)注替過(guò)程的監(jiān)測(cè)；◆

實(shí)時(shí)測(cè)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(hào)雙重輸出；◆

安裝簡(jiǎn)單、使用方便。

4）檢測(cè)儀集成固井施工參數(shù)檢測(cè)儀2

1）下套管時(shí)“井漏”的預(yù)測(cè)方法3（1）

井漏的原因及條件原因：下套管的波動(dòng)壓力使環(huán)空壓力增大條件：波動(dòng)壓力+靜液柱壓力>破裂壓力關(guān)鍵：波動(dòng)壓力的計(jì)算井下異常情況的預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)方法

1）下套管時(shí)“井漏”的預(yù)測(cè)方法3（2）

波動(dòng)壓力的計(jì)算

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(dòng)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(duì)波動(dòng)壓力的影響，可提高深井波動(dòng)壓力的計(jì)算精度。井下異常情況的預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)方法

1）下套管時(shí)“井漏”的預(yù)測(cè)方法

瞬態(tài)波動(dòng)壓力模型及計(jì)算方法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ΔzΔzΔzΔzΔzΔt

MROSNWΔtΔt

tz（2）

波動(dòng)壓力的計(jì)算3井下異常情況的預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)方法波動(dòng)壓力計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析

1）下套管時(shí)“井漏”的預(yù)測(cè)方法（2）

波動(dòng)壓力的計(jì)算3◆井身結(jié)構(gòu)：7in套×3657m+5in×3657~4454m◆下入管柱:79mm鉆鋌×146m+74mm鉆桿×

925m+89mm鉆桿×3592m◆鉆井液密度：1678kg/m3

◆鉆井液性能：動(dòng)切力:4.8Pa

塑粘:11mPa.s◆下入速度：0~1.41m/s實(shí)驗(yàn)井井眼條件井下異常情況的預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)方法（3）技術(shù)路線輸入基本參數(shù)預(yù)設(shè)下套管速度計(jì)算環(huán)空動(dòng)壓力與破裂壓力對(duì)比

安全？結(jié)束NY

1）下套管時(shí)“井漏”的預(yù)測(cè)方法3井下異常情況的預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)方法

2）注水泥時(shí)井下情況的預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)方法（1）

井下頂替參數(shù)的計(jì)算井下頂替參數(shù)：環(huán)空動(dòng)壓力、流動(dòng)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井下異常情況的預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)方法（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(guò)程液面位置預(yù)、監(jiān)測(cè)壓力平衡預(yù)、監(jiān)測(cè)頂替流態(tài)預(yù)、監(jiān)測(cè)接觸時(shí)間預(yù)、監(jiān)測(cè)滿(mǎn)足要求？OKYN及時(shí)調(diào)整3

2）注水泥時(shí)井下情況的預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)方法井下異常情況的預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)方法固井施工模擬與監(jiān)測(cè)軟件4固井施工模擬與監(jiān)測(cè)軟件41）軟件總體結(jié)構(gòu)基本數(shù)據(jù)輸入固井設(shè)計(jì)注水泥模擬施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)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)告輸出下套管模擬固井施工模擬與監(jiān)測(cè)軟件42）軟件主要功能◆固井工程設(shè)計(jì)◆下套管過(guò)程模擬分析◆注水泥過(guò)程模擬分析◆施工過(guò)程監(jiān)測(cè)與復(fù)雜情況報(bào)警◆數(shù)據(jù)回放及報(bào)告輸出固井施工模擬與監(jiān)測(cè)軟件4◆

固井工程設(shè)計(jì)漿柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)固井施工模擬與監(jiān)測(cè)軟件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)固井施工模擬與監(jiān)測(cè)軟件4◆

固井工程設(shè)計(jì)固井施工模擬與監(jiān)測(cè)軟件4材料用量計(jì)算固井施工模擬與監(jiān)測(cè)軟件4◆下套管模擬

動(dòng)態(tài)模擬下套管過(guò)程，計(jì)算波動(dòng)壓力和環(huán)空動(dòng)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(cè)泵壓變化及U型管效應(yīng)。固井施工模擬與監(jiān)測(cè)軟件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(cè)溢流、井漏等復(fù)雜情況。固井施工模擬與監(jiān)測(cè)軟件4◆

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(cè)頂替效率。固井施工模擬與監(jiān)測(cè)軟件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。固井施工模擬與監(jiān)測(cè)軟件4液面位置監(jiān)測(cè)◆

注替過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與復(fù)雜情況報(bào)警

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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。固井施工模擬與監(jiān)測(cè)軟件排量和壓力監(jiān)測(cè)4◆

注替過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與復(fù)雜情況報(bào)警

監(jiān)測(cè)密度、泵壓的變化，防止密度偏差過(guò)大和泵壓過(guò)高。固井施工模擬與監(jiān)測(cè)軟件密度和泵壓監(jiān)測(cè)4◆

注替過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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)。固井施工模擬與監(jiān)測(cè)軟件4頂替效率監(jiān)測(cè)◆

注替過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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

1）參數(shù)檢測(cè)試驗(yàn)試驗(yàn)驗(yàn)證5

分別在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)和湛江固井基對(duì)參數(shù)檢測(cè)儀進(jìn)行了標(biāo)定和驗(yàn)證試驗(yàn)。

1）參數(shù)檢測(cè)試驗(yàn)

各參數(shù)測(cè)量誤差小于2%，滿(mǎn)足工程要求?？蔀榫马斕鎱?shù)的計(jì)算分析和固井作業(yè)的評(píng)價(jià)提供可靠的第一手資料。試驗(yàn)驗(yàn)證5

◆在湛江固井、渤海固井中心進(jìn)行了反復(fù)試用與改進(jìn)，得到了現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的肯定?！舻孛媸┕?shù)的準(zhǔn)確測(cè)量和可靠的計(jì)算模型及計(jì)算方法，保證了設(shè)計(jì)、模擬分析和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠性。

2）軟件試用及評(píng)價(jià)試驗(yàn)驗(yàn)證5研制的固井施工參數(shù)監(jiān)測(cè)儀，能滿(mǎn)