高温超压地层固井具体施工模拟和监测技术应用

1、高温超压地层固井具体施工模拟和监测技术应用 立项目的 研究目标 研究内容 技术关键 研究成果施工前，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。 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;1 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

2、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 井口压力 井口流量 流体密度 注入体积 泵送时间21）功能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（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2（2）密度传感器 采用高压质量流量计取代传统放

3、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）2（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2（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2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。23（1） 原

4、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3（2） 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。 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z z z z zt M R O S NWtt t z（2） 3（2） 3井身结构：7in套3657m +5 in36574454m下入管柱: 79mm钻铤146m +74mm钻杆 925m

5、+89mm钻杆3592m钻井液密度：1678 kg/m3 钻井液性能：动切力: 4.8Pa 塑粘: 11mPa .s下入速度：01.41 m/s实验井井眼条件（3）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NY3（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（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3441）软件总体结构 基 本

6、 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4 固井工程设计浆柱结构优化设计4 固井工程设计流变特性设计计算 固井工程设计排量计划设计4 固井工程设计4材料用量计算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。 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。4 注水泥模拟 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。4

7、注水泥模拟 顶替流态及紊流接触时间计算分析，预测顶替效率。4 注水泥模拟 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。4 注替过程实时监测与复杂情况报警 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。4 注替过程实时监测与复杂情况报警 监测密度、泵压的变化，防止密度偏差过大和泵压过高。4 注替过程实时监测与复杂情况报警 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。4 注替过程实时监测与复杂情况报警流 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。 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