欠平衡鉆井基礎(chǔ)理論與實(shí)踐

前言

目前，世界石油工業(yè)面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì)，遠(yuǎn)景性的石油資源嚴(yán)重匱乏，勘探開發(fā)難度日益增大，新探明儲(chǔ)量的增加速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于可動(dòng)用儲(chǔ)量的減少速度。從世界范圍的勘探形勢(shì)來看，發(fā)現(xiàn)巨型大型油田的難度越來越大。因此，人們將能源發(fā)展重點(diǎn)放在中、小型油田、復(fù)雜地質(zhì)條件和復(fù)雜地表?xiàng)l件下的油田、非常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)，以及油田的改造和挖潛上，這必然導(dǎo)致勘探開發(fā)難度和成本日益增加。油氣井是人類勘探開發(fā)地下油氣資源的主要信息和物質(zhì)輸送通道。油氣井工程就是圍繞油氣井的設(shè)計(jì)、施工、測(cè)量、生產(chǎn)與維護(hù)而進(jìn)行的資金和技術(shù)密集型工程。世界范圍內(nèi)，油氣探井的工程費(fèi)用通常占勘探總成本的55％一80％。它不僅是貫穿油氣勘探開發(fā)全過程的關(guān)鍵工程，而且對(duì)于其他非常規(guī)能源的開發(fā)和地球科學(xué)研究均具有重要的作用。因此，油氣鉆井新技術(shù)的研究和推廣，對(duì)于提高勘探效率、增加油氣生產(chǎn)能力和節(jié)約勘探開發(fā)成本具有十分重要的意義。欠平衡鉆井技術(shù)始于20世紀(jì)80年代末，迎合了目前世界油氣勘探開發(fā)的形勢(shì)，隨后迅速風(fēng)靡世界。據(jù)美國能源部預(yù)測(cè)，未來10年欠平衡鉆井技術(shù)的應(yīng)用仍將穩(wěn)步增長。主要原因是欠平衡鉆井自身的技術(shù)特點(diǎn)解決了當(dāng)前油氣勘探開發(fā)的部分難題。由于其明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)（機(jī)械鉆速快、儲(chǔ)層保護(hù)效果明顯等），加上不斷完善的配套設(shè)備和技術(shù)（井口旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)、高壓注氣系統(tǒng)、地面分離系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)儀表系統(tǒng)以及完井、測(cè)井技術(shù)和軟件技術(shù)等），使得欠平衡鉆井在美國、加拿大和歐洲被廣泛應(yīng)用。中國緊隨世界欠平衡鉆井的發(fā)展潮流，先后在新疆、四川、遼河、華北、大慶、勝利等油田進(jìn)行了相關(guān)的技術(shù)研究和試驗(yàn)，在鉆井流體、地面設(shè)備、配套工藝等方面取得了迅速的發(fā)展。

內(nèi)容概要

本書主要講述了欠平衡鉆井地質(zhì)適應(yīng)性評(píng)價(jià)方法，各種流體（氣體、霧、泡沫、充氣液及其他低密度流體）的相關(guān)理論、配套技術(shù)及專用設(shè)備，欠平衡鉆井井筒氣液兩相流的流動(dòng)規(guī)律和數(shù)學(xué)模型，欠平衡鉆井井底負(fù)壓的影響因素和設(shè)計(jì)方法，井筒鉆井液循環(huán)溫度和壓力的耦合模型，高溫高壓鉆井液循環(huán)當(dāng)量密度的計(jì)算模型，鉆井工況（氣侵和巖屑量）對(duì)井底壓力的影響規(guī)律，欠平衡鉆井與水平井注氣方式和關(guān)鍵技術(shù)，欠平衡鉆水平羽狀分支井技術(shù)實(shí)踐等。本書注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，在系統(tǒng)介紹欠平衡鉆井基本概念和理論方法的同時(shí)，給出了大量的工程實(shí)例，方便廣大讀者理解相關(guān)內(nèi)容。 　　本書適合從事油氣勘探工程、鉆采工程、油氣開發(fā)工程、應(yīng)用化學(xué)、探礦工程的技術(shù)人員及相關(guān)研究院所的科研人員、高等院校師生參考。

書籍目錄

1  緒論  1.1  欠平衡鉆井的發(fā)展態(tài)勢(shì)  1.2  欠平衡鉆井的基本概念  1.3  欠平衡鉆井的技術(shù)優(yōu)勢(shì)  1.4  欠平衡鉆井的技術(shù)局限2  欠平衡鉆井地層適應(yīng)性評(píng)價(jià)方法  2.1  引言  2.2  地層適應(yīng)性評(píng)價(jià)方法與指標(biāo)  2.3  欠平衡鉆井井眼穩(wěn)定性分析  2.4  欠平衡鉆井地層適應(yīng)性評(píng)價(jià)實(shí)例3  氣體霧化鉆井理論與配套技術(shù)  3.1  空氣霧化鉆井定義及特點(diǎn)  3.2  空氣鉆井循環(huán)壓力計(jì)算  3.3  空氣鉆井井眼凈化理論  3.4  空氣鉆井流程與設(shè)備  3.5  空氣鉆井的操作規(guī)程  3.6  空氣鉆井的局限性  3.7  氮?dú)忏@井配套技術(shù)  3.8  天然氣鉆井配套技術(shù)  3.9  霧化鉆井配套技術(shù)4  泡沫鉆井基礎(chǔ)理論與配套技術(shù)  4.1  泡沫流體功能和優(yōu)點(diǎn)  4.2  泡沫流體的組成  4.3  泡沫流體的基本性能  4.4  泡沫流體的穩(wěn)定機(jī)理  4.5  泡沫流體的流變模型  4.6  泡沫的穩(wěn)定流動(dòng)模型  4.7  泡沫流體的攜巖極限5  充氣液鉆井基礎(chǔ)理論與配套技術(shù)  5.1  充氣液鉆井的技術(shù)特點(diǎn)  5.2  充氣液鉆井的注氣方式  5.3  充氣鉆井液的兩相流體  5.4  氣液注入流量設(shè)計(jì)方法6  其他低密度鉆井流體技術(shù)  6.1  微泡沫鉆井液  6.2  無固相清潔鹽水鉆井液  6.3  空心玻璃微珠7  欠平衡鉆井專用設(shè)備  7.1  設(shè)備組成及井場(chǎng)布置  7.2  地面專用設(shè)備  7.3  井下專用設(shè)備  7.4  其他專用設(shè)備8  欠平衡鉆井氣液兩相流動(dòng)規(guī)律與數(shù)學(xué)模型  8.1  氣液兩相流模型基本術(shù)語與流型描述  8.2  欠平衡鉆井主要流動(dòng)型態(tài)判別模型  8.3  欠平衡鉆井氣液兩相流穩(wěn)定流動(dòng)數(shù)學(xué)模型  8.4  氣液兩相流鉆頭水力模型  8.5  氣液兩相穩(wěn)定流動(dòng)模型數(shù)值解法  8.6  欠平衡鉆井氣液兩相流計(jì)算實(shí)例9  欠平衡鉆井井底合理負(fù)壓設(shè)計(jì)方法  9.1  欠平衡鉆井流體當(dāng)量密度的設(shè)計(jì)流程  9.2  水平井段長度與井底負(fù)壓的數(shù)學(xué)關(guān)系  9.3  欠平衡鉆井避免井壁坍塌的負(fù)壓模型  9.4  欠平衡鉆井避免儲(chǔ)層應(yīng)力敏感損害的負(fù)壓模型  9.5  欠平衡鉆井井底合理負(fù)壓設(shè)計(jì)實(shí)例10  欠平衡鉆井液井筒溫度場(chǎng)模擬與分析  10.1  鉆井液井筒溫度場(chǎng)的物理模型  10.2  井筒內(nèi)流體和地層溫度場(chǎng)控制方程  10.3  井筒溫度場(chǎng)控制方程的求解  10.4  井筒溫度的影響因素分析  10.5  鉆井液井筒溫度場(chǎng)實(shí)例驗(yàn)證11  欠平衡鉆井液環(huán)空當(dāng)量密度預(yù)測(cè)方法  11.1  國內(nèi)外鉆井液密度預(yù)測(cè)模型  11.2  高溫高壓鉆井液密度綜合預(yù)測(cè)模型  11.3  鉆井液的常密度溫度分布規(guī)律  11.4  鉆井液當(dāng)量靜態(tài)密度(ESD)計(jì)算模型  11.5  鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度(ECD)預(yù)測(cè)模型  11.6  井筒鉆井液流變性預(yù)測(cè)模型  11.7  鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度預(yù)測(cè)模型實(shí)例研究12  欠平衡鉆井井底壓力的工況影響與控制方法  12.1  環(huán)空氣侵對(duì)井底壓力的影響  12.2  環(huán)空巖屑對(duì)井底壓力的影響  12.3  欠平衡鉆井井底壓力的監(jiān)控方法13  欠平衡鉆水平井注氣方式及關(guān)鍵技術(shù)  13.1  常規(guī)定向隨鉆測(cè)量技術(shù)的適用性分析  13.2  鉆柱注氣鉆水平井隨鉆軌跡測(cè)量技術(shù)  13.3  欠平衡鉆水平井的環(huán)空注氣技術(shù)14  欠平衡鉆水平羽狀分支井技術(shù)實(shí)踐  14.1  DNP02欠平衡鉆水平羽狀分支井工程方案  14.2  DNP02井井底負(fù)壓及當(dāng)量密度設(shè)計(jì)  14.3  DNP02井鉆井流體水力參數(shù)設(shè)計(jì)  14.4  DNP02欠平衡鉆水平井應(yīng)用概況參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1 緒論欠平衡鉆井技術(shù)的研究和應(yīng)用；始于20世紀(jì)80年代末，隨后迅速風(fēng)靡世界。自世界石油工業(yè)發(fā)展水平井技術(shù)以來，還沒有一項(xiàng)鉆井新技術(shù)具有如此大的魅力。而且據(jù)美國能源部與美國莫爾工程公司預(yù)測(cè)，未來10年，欠平衡鉆井技術(shù)的應(yīng)用仍將穩(wěn)步增長。欠平衡鉆井能有如此的大好發(fā)展形勢(shì)，究其原因，主要有兩個(gè)方面：一是世界油氣工業(yè)勘探開發(fā)形勢(shì)迫切需要油氣勘探開發(fā)新技術(shù)，二是欠平衡鉆井技術(shù)自身的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，很好地適應(yīng)了當(dāng)前的形勢(shì)。1.1 欠平衡鉆井的發(fā)展態(tài)勢(shì)首先，目前世界石油工業(yè)面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì)，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是遠(yuǎn)景性的石油資源嚴(yán)重匱乏，勘探開發(fā)難度日益增大，新探明儲(chǔ)量的增加速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于可動(dòng)用儲(chǔ)量的減少速度。從世界范圍的勘探形勢(shì)來看，發(fā)現(xiàn)巨型大型油田的可能性越來越小，作為目前工業(yè)能源的石油已明顯不能保證未來幾十年后工業(yè)發(fā)展的需要，但能夠替代石油作為今后工業(yè)主要能源的新能源仍然未能發(fā)現(xiàn)，所以人們?nèi)詫⒛茉窗l(fā)展的重點(diǎn)放在勘探開發(fā)更多的石油和天然氣上。而目前石油上游領(lǐng)域的重點(diǎn)則放在中、小型油田、復(fù)雜地質(zhì)條件和地表?xiàng)l件下的油田、非常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)上，以及中、后期油田的改造和挖潛上，這種形勢(shì)和任務(wù)必然導(dǎo)致勘探開發(fā)的難度日益增大，成本日益增加。 其次，世界目前石油市場(chǎng)價(jià)格體系的失調(diào)，低成本的OPEC石油與高成本的非OPEC石油在獲利方面有巨大差別，這種現(xiàn)象導(dǎo)致了油價(jià)體系的失調(diào)，世界性的低油價(jià)給石油工業(yè)上游領(lǐng)域的發(fā)展帶來了極大不利。但由于中東原油產(chǎn)量還遠(yuǎn)不能滿足整個(gè)世界市場(chǎng)的需求，從而必然有相當(dāng)一部分非中東原油進(jìn)入世界市場(chǎng)參與競(jìng)爭。而能否進(jìn)入世界石油市場(chǎng)參與競(jìng)爭，其關(guān)鍵因素就是石油的生產(chǎn)成本。因此，降低石油開發(fā)成本就是目前石油工業(yè)上游領(lǐng)域的重要任務(wù)之一。

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