七段式三维水平井井眼轨道设计方法

国内页岩油气储层埋深较大,传统的五段式三维水平井轨道难以满足优快钻井需求。鉴于此,提出了“垂直段−增斜段−稳斜段−扭方位段−稳斜段−增斜段−水平段”七段式三维水平井轨道,给出了与之对应的基本方程组(三元非线性方程组),将上述七段式三维轨道拆分至2个铅垂面和1个斜平面上,建立了与之等效的3个二元非线性方程组,降低了求解难度。实例分析表明,储层埋深较大的丛式三维水平井采用七段式轨道能够显著缩短三维扭方位段长,有助于降低井眼轨迹控制难度并提高钻井速度。该研究成果能够为丛式三维水平井轨道设计提供技术支持。

以井斜趋势角为指标优化防斜钻具设计

应用钻头与地层相互作用模型,综合考虑钻头和地层各向异性、钻头侧向力及钻头转角对井斜的影响,提出了"井斜趋势角"概念。针对各向同性地层,推导了"井斜趋势角"计算公式。分析表明:进行防斜钻具设计、优选钻井参数时,综合考虑侧向力、钻头转角及钻头各向异性等因素对井斜的影响是十分必要的;与"钻头侧向力最大"或"钻头转角最小"等单一指标相比,"井斜趋势角"指标考虑因素更全面、设计(或评价)结果更可靠。

钻井平台位置优选方法研究

钻井平台位置优选问题不仅影响钻井平台及相关设施的建设费用,也影响钻井总成本,是海洋石油开发初期的重要决策项目之一。考虑待钻井的靶点分布情况,以靶点水平位移平方和最小为优选指标,建立了钻井平台位置优选数学规划模型,采用k-means动态聚类分析方法求解该问题。实例分析表明,所提出的钻井平台位置优选方法是可行的。

改进的静态推靠式旋转导向钻具组合力学模型

为了提高井眼轨迹调控精度和效率,基于该旋转导向钻井系统的结构及工作原理,应用纵横弯曲梁理论重建下部钻具组合力学模型。其中,考虑导向翼肋与井壁的接触作用,给出导向翼肋等效处理新方法——将导向翼肋等效成偏心距未知、支座反力已知的偏心稳定器,将导向力等于支座反力设为补充求解条件。理论分析与实钻数据表明,给出的导向翼肋等效处理方法更合理,基于该等效方法建立的下部钻具组合力学模型有助于提高井眼轨迹参数预测精度,能够满足钻井要求。

静态推靠式旋转导向钻井系统的钻压传递效率

国内研制的静态推靠式旋转导向钻井系统正全面开展现场试验及初步应用,该系统正常钻进时导向翼肋施加到井壁上的静态推靠力会产生较大的摩擦力,有可能影响钻压传递效率和钻井速度。为此,基于该系统的结构及工作原理,考虑井壁无台阶和有台阶两种情况,分别建立了钻压传递效率分析模型,模拟分析了钻压传递效率随名义钻压、井壁摩擦系数,以及导向翼肋推靠力和前倒角的变化规律。研究结果表明:(1)该旋转导向系统对名义钻压有最小值要求,适当提高名义钻压有助于提高钻压传递效率;(2)无论井壁是否有台阶,如果导向翼肋推靠力之和越大、井壁摩擦系数越大,那么钻压传递效率就越低,当井壁有台阶时钻压传递效率明显低于井壁无台阶时的对应值;(3)井壁有台阶时导向翼肋前倒角对钻压传递效率影响明显,前倒角越大则钻压传递效率越低(甚至自锁)。结论认为,该研究成果有助于指导钻井现场合理选择和调控钻压。

应用相似方法模拟研究底部钻具组合的公转运动规律

应用相似理论及相似转换法,推导出了模拟实验研究底部钻具组合(BHA)运动状态所遵循的相似指标及相似准则,简单介绍了如何应用该相似准则建立底部钻具组合运动状态模拟实验装置.本文采用BHA运动微分方程为基本方程推导相似准则,推导出的相似准则物理意义明确,可以用来指导BHA运动状态实验研究.

下部钻柱反向涡动机理研究

钻井过程中,下部钻柱通常处于反向涡动状态,易造成钻具和钻头的损坏。因此,分析研究下部钻柱的涡动机理十分必要。考虑下部钻柱与井壁之间的碰摩作用,应用转子动力学理论建立了下部钻柱的反向涡动机理分析模型,探讨了下部钻柱反向涡动的原因和形成条件,以及下部钻柱反向涡动频率与自转频率的关系等,并利用室内模拟试验验证了下部钻柱反向涡动的机理及规律。

基于水泥环完整性分析的许用套管内压力解析计算方法

现有的油气井套管—水泥环—地层系统的应力分析模型可用于求解井筒系统应力分布及水泥环破坏条件,虽然对探讨水泥环完整性受套管内压力变化的影响起到了重要作用,但均未能给出许用套管内压力解析计算公式。为此,基于均匀水平地应力条件下的套管—水泥环—地层系统的应力分析解析模型,针对多种水泥环破坏形式,推导出了受其作用下的水泥环径向开裂、剪切破坏、胶结面剥离等破坏条件的许用套管内压力解析计算公式。研究结果表明:(1)按水泥环径向开裂和剪切破坏条件分别求出最大允许套管内压力,推荐采用二者中的较小值作为最大许用套管内压力;(2)按水泥环胶结面剥离条件求出最小允许套管内压力,推荐将其作为许用套管内压力。结论认为,套管内压力升高可能导致水泥环径向开裂和剪切破坏,套管内压力及温度降低可能导致水泥环胶结面剥离,应综合考虑水泥环破坏条件合理确定出最大和最小许用套管内压力。

下部钻柱涡动机理及规律的实验研究

应用下部钻柱运动状态模拟实验装置,验证分析了下部钻柱涡动机理及规律.研究表明:(1)下部钻柱正向涡动源于钻柱重量、质量偏心等因素,反向涡动源于钻柱与井壁之间的碰摩作用.(2)下部钻柱与井壁之间是否发生碰摩,通常以下部钻柱的1阶临界转速为界.(3)下部钻柱反向涡动频率与自转频率之比等于钻柱半径与井眼间隙之比.

井眼分离系数计算新方法

井眼分离系数是目前最常用的井眼交碰风险评价指标,但现有计算方法无法实现在三维空间中直接评价2个误差椭球的分离程度,导致井眼交碰风险评价结果难以满足防碰钻井要求。提出了一种全新的井眼分离系数计算方法,该方法通过同比例缩放2个误差椭球使之满足外切条件,与之对应的缩放系数即为井眼分离系数,实现了直接在三维空间中准确评价2个误差椭球的分离程度;推导出了井眼分离系数计算新方法对应的基本方程组(四元二次方程组),探讨了与之配套的数值求解方法及快速求解策略,使该方法在理论上和计算上均可行。井眼交碰实例分析表明,与其他井眼分离系数计算方法相比,新方法能够更好地指导井眼交碰风险评价工作,有助于准确定位危险井段,减少防碰施工工作量。

使用螺杆钻具条件下钻井水力参数优化设计方法

螺杆钻具虽然应用广泛,但使用螺杆钻具条件下的钻井水力参数优化设计方法还不完善。为了指导钻井现场应用,以螺杆钻具的推荐工作参数为约束条件,应用数学规划方法建立了钻井液排量和钻头压降优选模型,给出了实用的钻井水力参数优化设计方法。研究表明,使用螺杆钻具时,应在螺杆钻具推荐工作参数内,以钻头水功率与螺杆钻具水功率之和最大为指标优选钻井水力参数;为了获得最优水力参数,螺杆钻具工作压降尽可能采用推荐工作压降,钻头压降尽可能接近螺杆钻具传动轴限定的最大钻头压降。

偏轴钟摆钻具组合力学特性分析

运用纵横弯曲连续梁理论和达朗伯原理 ,建立了偏轴钟摆钻具组合动力学分析模型。该模型能够用于求解钻头处的侧向力和转角以及偏轴接头处的侧向力 ,以评价钻具组合的防斜 (纠斜 )能力和偏轴接头附近的偏磨程度。计算结果表明 ,适当降低钻压或提高转速 ,有利于纠斜 ;增加偏轴接头偏心距或将偏轴接头位置上移 ,有利于纠斜 ,但不利于控制钻铤 (或接头 )偏磨 ;扶正器位置上移基本上不利于纠斜 ,也不利于控制钻铤 (或接头 )偏磨 ;偏轴接头处存在较大的接触力时 。

下部钻柱与井壁接触对钻柱失效的影响

在石油钻井中,下部钻柱与井壁之间存在十分强烈的碰摩作用,影响下部钻柱的横向运动状态,还可能诱发或加剧下部钻柱失效。应用下部钻柱运动状态分析模型,模拟研究了下部钻柱与井壁接触对钻柱失效的影响机理及规律。研究表明,下部钻柱与井壁的碰摩作用使下部钻柱反向涡动,产生高频的交变弯曲应力,会加速下部钻柱疲劳破坏;下部钻柱与井壁接触点处存在较大的高频冲击力,并且接触区域靠近钻铤螺纹联结处,更容易诱发螺纹联结处失效,该研究成果可为预防钻柱失效提供理论依据。

偏轴钻具组合防斜效果的实验室评价

运用底部钻具组合运动状态模拟实验装置,在实验室内评价了偏轴钻具组合的防斜效果。根据钻头与地层相互作用模型,提出了以井斜趋势角为指标的综合评价方法,利用模拟实验数据对直径为311mm井眼中4种偏轴钻具组合的防斜效果进行了评价。结果表明,井斜趋势角可以作为综合评价钻具组合防斜效果的指标;使用扶正器可以提高偏轴钻具组合的防斜效果。

下部钻柱涡动机理及规律研究

根据转子动力学理论,转子的涡动机理及规律与碰摩作用密切相关,考虑下部钻柱与井壁之间是否发生碰摩作用,应用转子动力学理论建立了2个下部钻柱涡动分析模型,探讨了下部钻柱涡动机理及规律。下部钻柱与井壁之间可能存在2种碰摩作用:一是"部分碰摩"作用;二是"全周碰摩"作用。理论分析表明:(1)下部钻柱的同步正向涡动源于下部钻柱的质量偏心,而反向涡动源于下部钻柱与井壁之间的碰摩作用;(2)下部钻柱的反向涡动状态相当于钻柱沿井壁做无滑动的反向滚动,反向涡动频率与自转频率之比等于钻柱半径与井眼间隙之比。

弱降斜钻具组合在大斜度井眼中的应用效果分析

为了能够更好地在大斜度井眼中选择和使用钻具组合,提高大斜度井段钻井速度及井眼轨迹控制效率,应用纵横弯曲连续梁方法,分析了降斜钻具组合在大斜度井眼中的力学特性及井眼轨迹控制效果。理论研究及现场实践都表明,常用的弱降斜钻具组合在大斜度井眼中可能出现强降斜效果,在井眼轨迹控制过程中值得注意;缩短第一稳定器与钻头之间钻铤的长度或适当提高钻压等,能够减弱其降斜效果,提高轨迹控制效率。

高校留学生培养现状、存在问题及建议

随着来华留学生人数的逐年增加,如何提高留学生的培养质量已经成为目前亟待探讨的问题。论文总结分析了留学生教育现状,阐述了留学生培养在招生、教学及管理方面存在的主要问题,提出了若干有助于提高来华留学生培养质量的改进措施和建议。

静态推靠式导向翼肋陷入井壁风险分析

静态推靠式旋转导向钻井系统依靠导向翼肋支撑井壁提供导向力,井壁在翼肋推靠力作用下可能发生屈服和塑性变形,会降低钻压传递效率和造斜率,不利于定向钻井施工。采用有限元软件对旋转导向钻井过程中导向翼肋陷入井壁的过程进行了模拟,并对影响井壁变形的因素及规律进行了分析,给出了可降低导向翼肋陷入软地层的若干技术措施。结果表明,现有的单柱塞铰接式导向翼肋与井壁为角接触,接触面积小,导致接触应力分布不均匀,最大应力位于导向翼肋上端;井壁岩石的弹性模量以及塑性参数(内聚力和内摩擦角)对井壁变形影响较大;在钻进软地层时导向翼肋会陷入井壁,陷入深度随运动时间的延长近似呈线性增加。改进导向翼肋结构、适当减小导向翼肋的推靠力、做好地层适应性评价等均有助于降低导向翼肋陷入井壁风险。

大型丛式井组平台位置优化方法

丛式井组钻井平台位置优选是丛式井钻井技术中的关键问题之一。根据地质靶点的分布情况,将"控制靶点位移之和最小",或"控制井眼长度之和最小",或"控制钻井成本之和最小"等条件作为优选平台位置的指标(目标函数),建立了丛式井钻井平台位置优化数学规划模型,并根据遗传算法的理论原理对模型进行了求解。实例分析表明,所建立的模型及遗传求解方法能够在综合考虑地面限制条件等环境因素的前提下,优选出钻井平台位置,并满足现场安全钻井施工的要求,同时大幅度降低了钻井综合成本,发挥出了丛式井钻井技术的优势。

井眼防碰技术存在的问题及主动防碰方法探讨

意外的井眼交碰会为人类及环境带来潜在的甚至灾难性的后果,为减小此类事故的发生提出了井眼防碰技术,该技术在钻井应用中效果较差。结合井眼轨迹测量及计算理论与实践,对现有防碰技术进行了分析,得出导致井眼防碰工作失败的因素包括施工井随钻测斜数据存在误差,邻井轨迹参数精度低、失真或缺失,轨迹拟合方法过于理想化,防碰扫描方法存在缺陷等4方面。基于低精度的数据,过于理想化的轨迹拟合方法拟合出的井眼轨迹偏离实钻井眼轨迹,防碰扫描出的失真的轨迹间的相对关系难以等同于实钻轨迹间的相对关系。为此,提出了主动防碰理念,认为主动防碰方法将成为未来井眼防碰技术的发展方向,并列举了3种可能解决防碰问题的主动防碰方案,即声波探测防碰技术方案、电磁波探测防碰技术方案、射线探测防碰技术方案,并就这几种方法的原理及优劣性进行了介绍。