海洋深水钻井隔水管变形及载荷分布规律研究

随着海洋油气钻井向深水领域发展 ,钻井隔水管的受力越来越复杂 ,随着水深的增加 ,钻井隔水管的力学分析显得越来越重要。为此 ,文章建立了深水钻井时在海流、波浪等海洋环境载荷的作用下 ,隔水管静态分析及动力学分析的三维有限元力学模型 ,在研究中 ,考虑了隔水管在外载作用下的小应变大变形和轴向力影响的特点 ,引入了非线性理论 ,因而计算结果更加符合实际情况。考虑了隔水管所受的三维载荷 ,对深水钻井隔水管的变形及载荷分布规律进行了计算分析。对于深水钻井隔水管 ,水下中间部位的变形最大 ;而在隔水管靠近水面的位置 ,其弯曲载荷最大 ,而现场隔水管失效事故也恰好证实了此研究结果 ,揭示了深水钻井隔水管失效的力学机理。在弯曲载荷大的位置 ,应特别注意隔水管的强度问题。文章还分析了风浪流速度、波浪周期。

岩心粒度分析分选评价及割缝筛管缝宽设计

新疆九区齐古组稠油油藏埋深１８０ｍ，欠压实，胶结疏松，决定用水平井割缝筛管完井。为选择割缝宽度，对岩心进行筛分析，得出大粒径砂累积重量１０％所对应的砂粒直径为０．２２～０．２５ｍｍ，并根据１／３～２／３架桥原理得割缝宽度应为０．４４～０．５０ｍｍ。实际上，所有水平井割缝筛管的缝宽均修正为０．４５ｍｍ。在试采期间，未发现有严重的出砂问题。经长期试采以后，缝宽设计还可进一步优化。

高含硫地质环境钻井硫化氢气侵规律研究

针对硫化氢的特殊物性,研究了硫化氢组分、气体偏差因子、硫化氢黏度等重要的物性参数对气侵两相流的影响。运用气液两相流的原理和方法,建立了硫化氢气侵时环空气液两相流流动模型,研究了硫化氢气侵时井底压力和井筒压力的特征及变化规律,并用实例对理论模型进行了验证,进而分析了气侵时钻井液密度、钻井液黏度、井口回压、井底气侵速率等重要参数对井底压力的影响规律。在确定钻井液附加密度时,应充分考虑硫化氢气侵对井底压力和井筒动压的影响规律,其结果会更加合理。

RWD随钻扩眼钻进的破岩机理研究

RWD随钻扩眼使钻井和扩眼过程一次完成,并满足大部分特定井身轨迹严格控制的要求,具有工具结构简单,无活动部件,扩眼尺寸稳定规则的特点,是解决复杂深井阻卡、非常规井身结构应用和提高固井质量的有效手段。随钻扩眼过程中,扩眼器与所扩地层之间的岩石力学耦合作用对随钻扩眼钻进破岩效果和扩眼器、钻柱的优化设计等至关重要。为此,建立了弹塑性有限元力学分析模型,运用莫尔-库仑强度准则,用数值分析的原理和方法模拟了随钻扩眼时扩眼器破岩的力学机理。并对井眼围岩变形和应力分析及强度进行了研究,为研究随钻扩眼的破岩规律和对扩眼器进行改进提供了一种方法和研究的基础。

页岩气储量计算的新方法

分析以有的成果和文献后认为,传统方法计算出的页岩气储量存在被无意识扩大的可能。为此,考虑页岩储层孔隙尺寸对页岩气地质储量的影响,根据页岩气物理特性和地球化学特性提出了一种基于孔隙尺寸计算页岩气地质储量的新模型,使页岩气地质储量的计算精度较传统方法提高了20%。实例计算结果表明:①在孔隙半径为2nm时,页岩气地质储量达到最大峰值,当孔隙半径大于6nm后,页岩气储量不随孔隙半径的增加而增加;②储量计算模型的建立和修正十分必要,没有任何两个地方的页岩气储量模型是完全一样的,因此很有必要建立一个国内页岩气储量计算的数据库。

浅层稠油油藏水平井井眼稳定性分析

在稠油开采中，储层岩石力学及应力特征对钻井、完井和注汽开采全过程的影响比其它类型油层均更为显著。提出了新疆浅层稠油砂岩在钻井和完井阶段静态固－液耦合的岩石力学特征和表观弹性常数的概念，并对新疆超浅层稠油油藏水平井进行热弹塑性应力分析。在以上基础上分析了新疆超浅层稠油油藏水平井井眼稳定性问题。

海洋深水钻井隔水管动力分析

随着海洋油气钻井向深水领域发展 ,钻井隔水管的受力越来越复杂 ,随着水深的增加 ,钻井隔水管的动力学分析显得越来越重要。文章考虑了隔水管所受的三维载荷 ,运用有限元法 ,采用三维动力学模型对深水钻井隔水管的动力特性进行了计算分析。研究表明 ,顶部张力对隔水管的自振频率影响明显 ,随着顶部张力的增大 ,隔水管的自振频率增大 ;深水隔水管常规使用下的高阶频率与常见海浪频率接近 ,在设计和施工中应特别注意。调节隔水管顶部张力可在一定范围内改变隔水管系统的自振频率 ,以避开与海浪产生共振的频率。

高压对气井套管接头螺纹接触应力的影响研究

高温高压气井对螺纹密封性的要求要比油井更为严格。对于高压气井中的整个管柱,每一段处于不同的力学环境中,发生泄漏的可能性也不同,因此研究压力对气井套管接头螺纹接触应力的影响,对高压气井套管的合理使用尤为重要。利用弹塑性有限元分析方法,建立了API偏梯型螺纹套管接头的有限元模型,分析了气井压力对套管接头接触应力的影响,提供了研究压力对套管接头螺纹接触应力影响的方法。对于井口压力或井底压力超过34MPa的高压气井,应选用气密性良好的特殊螺纹接头,建议采用金属对金属的螺纹接头套管,以加强螺纹部位的连接强度和密封性能。

油气深井随钻扩眼钻柱扭转振动分析

针对深井、超深井、高压油气井等钻井作业中安全高效的扩眼问题,研究随钻扩眼钻具组合在井下的实际受力情况,对随钻扩眼钻进钻柱扭转振动进行了三维有限元模拟,提出了研究扩眼器的质量偏心、钻机顶部支撑等因素对扭转振动作用的力学分析模型,并讨论了随钻扩眼钻具组合的扭转振动频率和动力学强度等力学问题。通过分析提出了在实际施工作业中减少扭转振动带来危害的技术措施,为油气深井高效随钻扩眼的钻井参数的优化和安全钻进提供了理论基础和参考依据。

高陡复杂构造裂缝漏失堵漏机理研究

高陡构造地质和钻井情况复杂,井漏十分频繁,井眼复杂在所难免,严重制约了该地区的钻井速度。为了实现安全快速钻进,井漏问题是必须逾越的难关。对于堵漏的机理目前停留在定性半定量描述阶段,需要进一步深化高陡构造井漏机理的研究。应用流体力学原理与颗粒随机运移模型分析了裂缝性地层的封堵机理,结合裂缝的分布形态和钻井工程特点,研究钻井液和堵漏液在裂缝中的漏失压力传播规律及封堵强度特征,为裂缝性地层有效封堵提供理论依据。

下部钻柱组合的变形及应力研究

应力集中是钻具疲劳破坏的一个关键因素 ,定量计算钻具在井下所承受的应力水平及其分布规律显得尤为重要。建立了带扶正器下部钻具组合在垂直井和斜直井眼中的有限元力学模型 ,用编制的软件求解并得到了下部钻具组合的形变和弯曲应力。揭示了下部钻具组合失效的力学机理。下部钻柱组合在长跨距内变形挠度最大。钻柱变形后 ,危险点不在挠度最大处 ,而在钻柱变形转角大的位置。在扶正器附近的转角大 ,因而弯矩也大。扶正器附近是应力集中区 ,而远离扶正器的两跨之间应力水平相对较低。从钻具的结构上看 ,钻具的连接螺纹正处在这些最大应力集中区 ,这是连接螺纹疲劳失效的根本原因 ,而扶正器或配合接头的失效多发生在连接螺纹部位。

三维载荷对海洋深水钻井隔水管强度的影响分析

随着海洋油气钻井向深水领域发展 ,钻井隔水管的受力越来越复杂 ,钻井隔水管的力学分析显得越来越重要。建立了深水钻井时在海流、波浪等海洋环境载荷的作用下 ,深水隔水管强度分析的三维有限元力学模型 ,考虑了隔水管在外载作用下的小应变大变形和轴向力影响的特点 ,引入了非线性理论 ,使计算结果更加符合实际情况。深水钻井隔水管一般要承受复杂的三维载荷 ,即波浪力和海流不在一个受力平面上。文章还针对深水钻井隔水管的实际受力情况 ,重点研究了海底暗流对钻井隔水管强度的影响。并对弯曲载荷分布规律进行了计算分析。研究表明 ,而在隔水管靠近水面的位置 ,其弯曲载荷最大。在这些弯曲载荷大的位置 ,应特别注意隔水管的强度问题。暗流对海洋深水钻井隔水管的弯曲强度产生显著的影响 ,在进行隔水管强度设计及现场钻井作业中 。

RWD随钻扩眼下部钻具组合的强度分析

RWD随钻扩眼不需先钻一个领眼,再下入扩眼器进行扩眼,使钻井和扩眼过程一次完成,并满足大部分特定井身轨迹严格控制的要求,具有工具结构简单,无活动部件,扩眼尺寸稳定规则的特点,是解决复杂深井阻卡、非常规井身结构应用和提高固井质量的有效手段,节约钻井费用。但是由于下部钻具组合的特殊性,钻具强度问题一直是倍受关注的焦点。以固体力学有限元理论为基础,考虑了钻具扭矩,建立了RWD随钻扩眼下部钻具组合强度分析的三维有限元力学模型,求解并得到了下部钻具组合的应力场。研究了RWD随钻扩眼下部钻具组合的变形和应力分布规律,并揭示下部钻具组合失效的力学机理,为钻具组合安全使用和优化设计提供了科学依据。

侧钻水平井初始井眼条件对起始段轨迹的影响分析

侧钻水平井轨迹起始段工艺技术 ,是侧钻水平井钻井工艺的关键技术。为了考虑侧钻点位置及老井的初始井斜、方位对侧钻水平井起始段的影响 ,需要对侧钻水平井进行三维轨迹设计考虑。文章运用空间斜平面法分析了对侧钻水平井起始段有重要影响的主要初始井眼条件 ,包括侧钻点 (地层因素 )、侧钻点初始井斜角、侧钻点初始方位角等对起始段轨迹的影响。为满足油藏工程、钻井工程对侧钻水平井方位、水平位移的要求 ,达到井眼轨迹平滑 ,顺利实现钻井、完井工艺 。

高温高压气井生产套管温度分布规律研究

井筒温度是油气井建井工程的重要参数,对于高温高压气井,实践证明在井中放置温度探测器来测量温度数据有一定的难度,同时也增加了作业成本。可采用准确率较高的数值分析手段对井筒内压力温度分布进行预测。以往的温度预测模型在确定气体参数时,很多情况下把井筒内的气体黏度认为是不变的,而实际上黏度是温度和压力的函数,尤其是在高温高压情况下,气体黏度在不同的井段是一个动态变化的量,通常只考虑低压情况,计算误差将很大,必须将温度和压力进行耦合分析,才能更加接近实际情况。为此,针对高温高压的特殊气井,考虑纵向传热和动态黏度变化,建立了更加完善的模型,对温度-压力进行耦合分析,采用双重循环方法来求解,内环求压力,外环求温度,对模型进行了验证及可靠性分析,并在此基础上进行参数敏感性分析。考虑了热量沿井筒的纵向传递和不同压力下气体黏度的变化对温度的影响,使井筒温度分布计算与实际更加吻合,所提出的温度分布计算模型以及相应的分析方法,为研究温度对套管接头密封和套管附加载荷的影响等提供了科学的基础数据。

一种新型钻柱稳定器连接螺纹减应力区的研究

多年以来钻具过早失效问题一直困扰着钻井界。在钻具失效案例中 ,连接螺纹疲劳失效占很大的比例。钻具连接螺纹疲劳失效是由于交变弯曲应力引起的 ,这些交变应力集中在连接螺纹消失处附近。减少连接螺纹弯曲应力可以延长钻具连接螺纹的疲劳寿命。文章提出并研究了一种新的钻具连接螺纹减应力区 ,它是通过在钻柱稳定器本体上设置减应力区 ,来解决钻具连接螺纹疲劳失效问题。与其它减应力区不同的是 ,新的减应力区的轮廓线为连续的光滑的二次曲线 ,圆弧线 ,抛物线和椭圆线。这可以避免在减应力区出现应力集中和出现“细脖子”现象。并且这些曲线在机械加工上是可行的。用有限元技术优化了减应力区的几何形状 ,并分析了减应力区的开口位置、开口深度和开口宽度等几何参数对应力释放效果的影响。并对减应力区的强度进行了分析。

双弯螺杆降斜时的钻柱强度分析

在浅层水平井钻进过程中，由于油层浅，造斜段相对较短，如果实钻轨迹偏差较大，就没有了纠正的余地。因此在实际的设计或施工中，若造斜率过大，需短程反向安放双弯螺杆钻具降低造斜率。文中以固体力学有限元理论为基础，建立了弯曲井眼中，反向安装双弯螺杆钻具的有限元力学模型，用此模型分析了下部钻具组合的应力场，并对反向安装的双弯螺杆钻具组合的强度进行了评价。现场应用表明，该分析方法的结论是合理的，能够用来指导现场。

环境载荷对深水隔水管底部球接头的影响分析

隔水管底部球接头是深水钻井的关键部件 ,其工作状态及力学行为对安全作业显得格外重要。建立了深水钻井时海洋环境载荷作用下 ,隔水管及底部球接头静态分析的三维有限元力学模型 ,引入了非线性力学理论 ,计算结果更符合实际。计算分析表明 ,隔水管底部球铰处的转角是制约深水作业的重要参数 ,船体的漂移是影响它的最重要的因素 ;其次是隔水管顶部张力 ,随着顶部张力的增大 ,底部球铰的转角减小 ;随着海流速度的增大 ,底部球铰的转角增大 ;海浪的影响不明显。实际钻井过程中 ,当海流速度较大时 ,可通过增加顶部张力或加浮力块的方式来改善底部球接头的工作状况。

大港油田侧钻井完井方式研究

侧钻井技术是降低油田开发成本、挖掘老油田剩余油潜力、提高采收率、恢复长期关停的报废井、低效井等生产能力、提高油田经济效益的有利途径。一口井完井方式的合理与否,直接关系到今后的开发开采能否顺利进行。具体的完井方式必须与储层地质特性相适应。在大港油田实施的侧钻井中,储层普遍埋藏浅、压实程度低、胶结疏松、生产时容易出砂。把油藏是否出砂、井壁稳定与否、储层是否单一作为完井方式选择的主要依据。文章根据大港油田的具体情况,提出了确定完井方式的分析方法,并结合实际情况进行了现场的应用分析。

弯曲井眼内下部钻柱失效研究

为了揭示下部钻具失效的力学机理 ,文章研究了下部钻具组合的弯矩和弯曲应力的分布规律。以结构力学中的梁柱理论为基础 ,建立了带稳定器的下部钻具组合在弯曲井眼内的解析法力学模型。考虑到井眼有较大的造斜率 ,采用了与一般连续梁理论及三弯矩方程不同的方法。从基本力学模型出发 ,用静力法建立了下部钻具组合在弯曲井眼内的弹性线微分方程 ,合理设置力学模型的边界条件 ,得到下部钻具组合弯曲变形的弹性线方程 ,并导出了求解钻具任一截面弯矩和弯曲应力的计算公式 ,编写了相应的计算机程序 。