高温超压地层固井施工模拟与监测技术

高温超压地层固井施工模拟与监测技术第1页/共48页汇报题纲

概述成果汇报立项目的研究目标研究内容技术关键研究成果第2页/共48页立项目的

高温超压地层固井的面临的主要问题之一是：地层压力高，压力窗口小。一方面，为提高顶替效率，需提高替浆速度；另一方面，提高替浆速度又造成井下压力升高，容易发生井漏。因此，如何从技术上保障固井质量和施工安全，是高温超地层固井面临的一个主要问题。

本研究的目的是：开发一套适合于高温超压地层固井的施工模拟与监测系统。在施工前，对固井施工方案进行模拟分析，优化固井设计；在施工过程中，监测压力、流量、密度的变化，反演井下注替状态，对可能发生的复杂情况进行报警。

第3页/共48页研制一台高温超压地层固井施工参数监测仪开发一套高温超压地层固井施工模拟与监测软件研究目标第4页/共48页原计划研究内容：

1.研制一台井口压力、流量两参数监测仪；

2.开发一套固井复杂情况（漏、窜）监测软件。增补研究内容：

1.参数监测增加井口流体密度检测部分；

2.软件开发增加固井设计、施工模拟分析两部分。研究内容第5页/共48页高压条件下流量及密度的测量及提高精度；井下注替过程的反演及提高精度。技术关键第6页/共48页研究成果研制了一台固井施工参数监测仪；开发了一套固井设计、施工模拟与监测软件。第7页/共48页汇报题纲概述成果汇报1.系统功能及组成2.固井施工参数检测仪3.井下异常情况的预、监测方法

4.固井施工模拟与监测软件

5.试验验证

6.主要结论第8页/共48页

1

）固井过程中需要特别关注的井下情况

●固井安全方面：（1）下套管的波动压力是否引发井漏；

（2）注水泥时的环空压力是否超过安全压力窗口。●固井质量方面：

（1）顶替流态和紊流接触时间是否合理；

（2）环空浆柱结构是否符合设计要求;系统功能及组成1第9页/共48页系统功能及组成2）系统功能设计

◆施工前：通过模拟分析，预测涌、漏等复杂情况和顶替效率，制定合理施工方案；◆施工中：实时监测地面施工参数，反演井下顶替过程，对液面位置、环空压力平衡、顶替效率等进行监控；◆施工后：回放监测数据，为技术总结提供依据。1第10页/共48页系统功能及构成数据采集模块工作主机监视器固井施工模拟与实时监测软件井口压力入井流量入井密度参数检测仪3）系统构成：施工参数检测仪+计算机+软件硬件软件1第11页/共48页固井施工参数检测仪

实时检测以下参数

◆井口压力◆井口流量◆流体密度

◆注入体积

◆泵送时间21）功能第12页/共48页数据采集卡信号调理A/D转换数据通讯便携式工控机压力流量密度24V电源I/V转换

传感器部分

2）结构原理固井施工参数检测仪2第13页/共48页

3）仪器选型（1）流量传感器

采用新型电磁流量计取代传统涡轮流量计。具有耐压高（40MPa)、无活动部件、精度高、无压力损失、体积小、使用维护方便等特点。

FFT-100-40高压电磁流量计固井施工参数检测仪2第14页/共48页（2）密度传感器

采用高压质量流量计取代传统放射性密度计。具有耐压高（40MPa)、无污染、测量精度高、使用维护方便等特点。

RHM30高压质量流量计（密度）

3）仪器选型固井施工参数检测仪2第15页/共48页（3）压力传感器

采用数字式压力传感器。具有耐压高（100MPa)、测量精度高、体积小，用维护方便等特点。

AK4F数字压力传感器

3）仪器选型固井施工参数检测仪2第16页/共48页（4）便携式军用工控机

采用便携式军用工控机为工作主机及，具有集成化程度高、体积小、携带方便、抗震、抗干扰等特点，是和海洋平台作业环境和安全要求。

DM9002便携式军用工控机

3）仪器选型固井施工参数检测仪2第17页/共48页流量计密度计压力计

主要特点◆能实现对整个注替过程的监测；◆

实时测量井口处的压力、流量和密度等参数；◆

数字显示与电信号双重输出；◆

安装简单、使用方便。

4）检测仪集成固井施工参数检测仪2第18页/共48页

1）下套管时“井漏”的预测方法3（1）

井漏的原因及条件原因：下套管的波动压力使环空压力增大条件：波动压力+静液柱压力>破裂压力关键：波动压力的计算井下异常情况的预测与监测方法第19页/共48页

1）下套管时“井漏”的预测方法3（2）

波动压力的计算

常规的稳态模型假设钻井液不可压缩、套管和井壁都是刚性的，计算结果往往偏高，井越深，压力、温度越高，误差越大。

瞬态波动压力模型考虑了泥浆的可压缩性、流体惯性和套管柱的弹性对波动压力的影响，可提高深井波动压力的计算精度。井下异常情况的预测与监测方法第20页/共48页

1）下套管时“井漏”的预测方法

瞬态波动压力模型及计算方法压力传播速度泥浆压缩系数，与温度、压力有关流道弹性系数，与套管、井壁有关有限差分解法示意图ΔzΔzΔzΔzΔzΔt

MROSNWΔtΔt

tz（2）

波动压力的计算3井下异常情况的预测与监测方法第21页/共48页波动压力计算结果对比分析

1）下套管时“井漏”的预测方法（2）

波动压力的计算3◆井身结构：7in套×3657m+5in×3657~4454m◆下入管柱:79mm钻铤×146m+74mm钻杆×

925m+89mm钻杆×3592m◆钻井液密度：1678kg/m3

◆钻井液性能：动切力:4.8Pa

塑粘:11mPa.s◆下入速度：0~1.41m/s实验井井眼条件井下异常情况的预测与监测方法第22页/共48页（3）技术路线输入基本参数预设下套管速度计算环空动压力与破裂压力对比

安全？结束NY

1）下套管时“井漏”的预测方法3井下异常情况的预测与监测方法第23页/共48页

2）注水泥时井下情况的预测与监测方法（1）

井下顶替参数的计算井下顶替参数：环空动压力、流动速度、顶替流态、紊流接触时间、U型管效应、液面位置等计算模型及方法：本研究建立的新模型行业标准推荐的固井水力学计算方法3井下异常情况的预测与监测方法第24页/共48页（2）

技术路线固井设计数据地面施工参数反演井下顶替过程液面位置预、监测压力平衡预、监测顶替流态预、监测接触时间预、监测满足要求？OKYN及时调整3

2）注水泥时井下情况的预测与监测方法井下异常情况的预测与监测方法第25页/共48页固井施工模拟与监测软件4第26页/共48页固井施工模拟与监测软件41）软件总体结构基本数据输入固井设计注水泥模拟施工监测数据库参数标定材料计算采集数据接口数据回放及报告输出下套管模拟第27页/共48页固井施工模拟与监测软件42）软件主要功能◆固井工程设计◆下套管过程模拟分析◆注水泥过程模拟分析◆施工过程监测与复杂情况报警◆数据回放及报告输出第28页/共48页固井施工模拟与监测软件4◆

固井工程设计浆柱结构优化设计第29页/共48页固井施工模拟与监测软件4◆

固井工程设计流变特性设计计算第30页/共48页◆

固井工程设计排量计划设计固井施工模拟与监测软件4第31页/共48页◆

固井工程设计固井施工模拟与监测软件4材料用量计算第32页/共48页固井施工模拟与监测软件4◆下套管模拟

动态模拟下套管过程，计算波动压力和环空动压力，根据压力剖面推荐安全下套管速度，防止井漏。第33页/共48页

计算管内及环空压降、静液柱压力，预测泵压变化及U型管效应。固井施工模拟与监测软件4◆

注水泥模拟第34页/共48页

计算显示环空压力变化，根据两个压力剖面，预测溢流、井漏等复杂情况。固井施工模拟与监测软件4◆

注水泥模拟第35页/共48页

顶替流态及紊流接触时间计算分析，预测顶替效率。固井施工模拟与监测软件4◆

注水泥模拟第36页/共48页

根据排量、泵送时间和井眼条件，实时计算并显示液面位置，掌握井下顶替情况。固井施工模拟与监测软件4液面位置监测◆

注替过程实时监测与复杂情况报警第37页/共48页

实时监测排量和环空压力的变化情况，根据两个压力剖面控制溢流或井漏。固井施工模拟与监测软件排量和压力监测4◆

注替过程实时监测与复杂情况报警第38页/共48页

监测密度、泵压的变化，防止密度偏差过大和泵压过高。固井施工模拟与监测软件密度和泵压监测4◆

注替过程实时监测与复杂情况报警第39页/共48页

根据流量变化计算分析关注点的流态及紊流接触时间，为提高顶替效率提供依据。固井施工模拟与监测软件4顶替效率监测◆

注替过程实时监测与复杂情况报警第40页/共48页流量最大误差1.6%压力最大误差1%密度最大误差1.6%试验结果

1）参数检测试验试验验证5

分别在实验室内和湛江固井基对参数检测仪进行了标定和验证试验。第41页/共48页

1）参数检测试验

各参数测量误差小于2%，满足工程要求。可为井下顶替参数的计算分析和固井作业的评价提供可靠的第一手资料。试验验证5第42页/共48页

◆在湛江固井、渤海固井中心进行了反复试用与改进，得到了现场技术人员的肯定。◆地面施工参数的准确测量和可靠的计算模型及计算方法，保证了设计、模拟分析和实时监测结果的可靠性。

2）软件试用及评价试验验证5第43页/共48页研制的固井施工参数监测仪，能满足在海洋平台作业环境和高温高压气井固井条件下实时检测井口压力、流量、流体密度及注入体积等施工参数的技术要求，各参数测量误差小于2%。

主要结论第44页/共48页开发的高温超压气井固井施工模拟与监测系统，能够在施工前模拟下套管和注水泥作业过程，预