高溫超壓地層固井具體施工模擬和監(jiān)測技術(shù)應用

1、高溫超壓地層固井具體施工模擬和監(jiān)測技術(shù)應用 立項目的 研究目標 研究內(nèi)容 技術(shù)關鍵 研究成果施工前，對固井施工方案進行模擬分析，優(yōu)化固井設計；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)生的復雜情況進行報警。 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)和紊流接觸時間是否合理； （2）環(huán)空漿柱結(jié)構(gòu)是否符合設計要求;1 2）系統(tǒng)功能設計 施工前： 通過模擬分析，預測涌、漏等復雜情況和頂替效 率，制定合理施工方案； 施工中： 實時監(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)采集模塊工作主機監(jiān) 視 器固井施工模擬與實時監(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+計算機+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取代傳統(tǒng)渦輪流量計。具有耐壓高（40MPa)、無活動部件、精度高、無壓力損失、體積小、使用維護方便等特點。 FFT-100-40 高壓電磁流量計2（2）密度傳感器 采用高壓質(zhì)量流量計取代傳統(tǒng)放

3、射性密度計。具有耐壓高（40MPa)、無污染、測量精度高、使用維護方便等特點。 RHM30高壓質(zhì)量 流量計（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，用維護方便等特點。 AK4F 數(shù)字壓力傳感 器2（4）便攜式軍用工控機 采用便攜式軍用工控機為工作主機及，具有集成化程度高、體積小、攜帶方便、抗震、抗干擾等特點，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2流量計密度計壓力計 主要特點 能實現(xiàn)對整個注替過程 的監(jiān)測； 實時測量井口處的壓力、 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鍵：波動壓力的計算3（2） 常規(guī)的穩(wěn)態(tài)模型假設鉆井液不可壓縮、套管和井壁都是剛性的，計算結(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算精度。 壓力傳播速度泥漿壓縮系數(shù)，與溫度、壓力有關流道彈性系數(shù)，與套管、井壁有關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實驗井井眼條件（3）輸入基本參數(shù)預設下套管速度計算環(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)、紊流接觸時間、 U 型管效應、液面位置等計算模型及方法：本研究建立的新模型 行業(yè)標準推薦的固井水力學 計算方法3（2） 技術(shù)路線固井設計數(shù)據(jù)地面施工參數(shù)反演井下頂替過程液面位置預、監(jiān)測壓力平衡預、監(jiān)測頂替流態(tài)預、監(jiān)測接觸時間預、監(jiān)測滿足要求？OKYN及時調(diào)整3441）軟件總體結(jié)構(gòu) 基 本

6、 數(shù) 據(jù) 輸 入固井設計注水泥模擬施工監(jiān)測數(shù) 據(jù) 庫參數(shù)標定材料計算采集數(shù)據(jù)接 口 數(shù)據(jù)回放及報告輸出下套管模擬42）軟件主要功能固井工程設計 下套管過程模擬分析 注水泥過程模擬分析 施工過程監(jiān)測與復雜情況報警 數(shù)據(jù)回放及報告輸出4 固井工程設計漿柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計4 固井工程設計流變特性設計計算 固井工程設計排量計劃設計4 固井工程設計4材料用量計算4 下套管模擬 動態(tài)模擬下套管過程，計算波動壓力和環(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。 計算管內(nèi)及環(huán)空壓降、靜液柱壓力，預測泵壓變化及U型管效應。4 注水泥模擬 計算顯示環(huán)空壓力變化，根據(jù)兩個壓力剖面，預測溢流、井漏等復雜情況。4

7、注水泥模擬 頂替流態(tài)及紊流接觸時間計算分析，預測頂替效率。4 注水泥模擬 根據(jù)排量、泵送時間和井眼條件，實時計算并顯示液面位置，掌握井下頂替情況。4 注替過程實時監(jiān)測與復雜情況報警 實時監(jiān)測排量和環(huán)空壓力的變化情況，根據(jù)兩個壓力剖面控制溢流或井漏。4 注替過程實時監(jiān)測與復雜情況報警 監(jiān)測密度、泵壓的變化，防止密度偏差過大和泵壓過高。4 注替過程實時監(jiān)測與復雜情況報警 根據(jù)流量變化計算分析關注點的流態(tài)及紊流接觸時間，為提高頂替效率提供依據(jù)。4 注替過程實時監(jiān)測與復雜情況報警流 量最大誤差 1.6%壓 力最大誤差 1%密 度最大誤差1.6%試驗結(jié)果5 分別在實驗室內(nèi)和湛江固井基對參數(shù)檢測儀進行了標定和驗證試驗。 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