空间圆弧轨迹的矢量描述技术

为了简化空间圆弧轨迹上任一点井身参数的计算公式,对空间圆弧模型的矢量描述方法进行了研究。以矢量代数为基本的数学工具,从圆弧的基本数学属性和装置角的定义出发,建立了空间圆弧轨迹的矢量描述法。推导出了两套空间圆弧轨迹上任一点的井眼方向矢量、圆弧内法线矢量、矢径等矢量的计算公式,和井斜角、方位角、装置角、定向方位角等参数的计算公式。其中一套公式以圆弧曲率和初始装置角为基本参数,另一套公式以井段两端的井深、井斜角、方位角为基本参数。提出了同时使用装置角的正弦值和余弦值来正确计算装置角的新规则。研究结果表明,提出的新计算公式不仅形式上更加简洁,具有几何直观性,而且可以极大地简化井眼轨迹监控、中靶分析、邻井防碰等计算问题的理论公式推导过程;在软件开发中更易于编程实现,便于代码维护。

大位移井悬链线剖面设计的数值计算

悬链线剖面是大位移井轨道的经典类型,在进行设计时需要求解一个以悬链线初始井斜角为未知数的非线性方程。由于未知数包含在多个三角函数和对数函数中,计算工作量较大,而且常用的迭代求解方法存在一些问题。通过数学变换将该方程转换成一个只包含对数函数和多项式函数的新方程,对新方程的函数性态做了几何分析,进而提出了寻找求解区间的步长搜索算法和自适应步长搜索算法。利用二分法在求解区间上能够快速求出新方程的数值解。利用大位移井设计实例验证了本文算法的有效性,并对圆弧井段井眼曲率与方程解的关系进行了讨论。本文提出的算法可用于大位移井轨道设计的计算机软件开发中。

双靶点三维井眼轨道设计的解析法(Ⅰ)

五段制双靶点三维井眼轨道设计问题需要求解多元非线性方程组,通常使用的数值迭代算法具有初值依赖性强、收敛速度慢、迭代过程可能发散等缺陷,所得到的是近似解。通过复杂的消元技巧,将多元非线性方程组化简为两个4次特征多项式,进而得到了轨道设计问题的解析解。提出了基于特征多项式实数根的解析求解算法。轨道设计问题是否有解取决于特征多项式是否有小于1的正实数根,在有解的情况下,用特征多项式的正实数根和已知设计参数的解析计算公式可以直接求出解。计算速度快于数值迭代算法,计算结果精确。消元技巧对推导其他类型轨道设计问题的解析计算公式具有指导意义。

水平井中靶分析的一种实用方法

水平井的实钻井眼轨迹控制涉及到很多因素,为了保证顺利入靶,确定合适的轨迹参数是一种重要的手段。提出了在造斜井段就开始进行中靶分析和轨迹控制参数计算的一种方法,建立了数学模型,并求出了该数学模型的解析解。利用数学模型的解析解可以绘制出待钻轨迹设计参数之间的依赖关系曲线图,并依据图形结合数据精选待钻轨迹的施工参数。实际算例表明,该方法具有直观性、简易性等优点,是进行水平井的轨迹控制的一种非常实用的新方法。

岩石各向异性对井周应力分布及破裂压力影响

岩石力学参数的各向异性不仅影响井周应力分布,还对井壁破裂压力及位置有至关重要的影响。基于页岩储层水平井井周应力分布模型,研究井壁破裂压力的大小及破裂位置受岩石力学参数各向异性的影响。研究结果表明：岩石力学参数各向异性度严重制约井壁稳定性,井周受力状态明显恶化,加剧了井漏事故的发生。高弹性模量各向异性和低泊松比各向异性时,岩石在水平方向刚性较强,井壁更容易起裂;弹性模量各向异性小和泊松比各向异性较大时,岩石在垂直方向刚性较强,岩石不易起裂。起裂压力对弹性模量各向异性度较敏感,受泊松比各向异性度影响较小。因此,实施页岩水平井压裂,应考虑层理页岩力学参数各向异性,从而对裂缝起裂压力进行合理的预测。

稠油热采井全井段热流耦合规律

针对多相流动下稠油热采井注汽过程中耦合机理不明确,开采参数优化不完善的问题,基于气液两相流理论,考虑井筒倾斜影响,结合井筒液膜分布特征,建立稠油热采井全井段气液两相热流耦合模型,分析不同参数对井筒内湿蒸汽热力学性质的影响规律。研究表明:井筒倾斜角小于45°时,湿蒸汽热力学性质受井筒倾斜程度影响较显著;井筒倾斜角大于45°后,对湿蒸汽热力学性质的影响逐渐减弱;蒸汽压力、蒸汽温度、蒸汽干度等随井深增大而发生变化,水平段的变化更显著。对辽河油田3口热采井注汽量等参数进行优化,在预期的油井产量条件下,注汽量分别降低了15.3%、16.6%、14.7%,显著降低了热采水平井的开发成本。该研究对指导井口注汽参数优化,提高注汽热效率具有重要指导意义。

邻井法面距离计算方法的改进

当邻井井段的两个端点都位于比较井某个计算点的法面之同侧时,现有的邻井法面距离扫描算法对于法面与邻井井段的交点的位置判断是不完善的,容易造成错误的判断,影响法面距离计算的可靠性。利用矢量代数工具推导出了法面与邻井上稳斜井段和圆弧井段的交点的解析计算公式,避开了原有算法中利用与端点坐标参数有关的一个不等式对法面与交点的位置关系的判断。对于其他曲线类型的比较井段,当井段端点位于法面同侧时,利用法面法矢量与比较井段切线夹角的连续单调性,使用数值迭代法能够求出比较井段与平行于法面的某个斜平面的切点(如果存在交点),进而使用二分法求出法面与比较井段的两个交点。使用以上改进方法开发的邻井防碰扫描计算机软件增加了法面距离计算的可靠性。

三维侧位抛物线型方位漂移轨道设计的数值算法

考虑方位漂移因素的设计约束方程组是一个具有3个独立未知数、多个隐含未知数的非线性方程组,需要使用数值迭代法才能求出其数值解。给出了解析形式的垂深增量公式,利用约束方程组中的垂深方程,将3个独立未知数中的一个未知数表示成其他2个未知数的函数,并用之对设计约束方程组进行降维处理。剖析了隐含未知数的计算细节,给出了隐含未知数的递推算法。提出了降维后的约束方程组的数值求解算法——缩半网格法,该算法可以快速、可靠地求出设计问题的数值解,适用于在开发计算机软件时编程实现。

满足井眼安全约束条件的最低排量问题求解

在钻井参数优选设计中,钻井液流变参数的优选要满足井眼安全的三个约束条件,根据这三个约束条件可以确定出流量的数值范围。以幂律流变模型为例推导出最低排量和最高排量的计算公式。当钻速在一定范围之内变化时,满足环空岩屑浓度约束条件的最低排量随钻速增加而增加,由此推导出最低排量随钻压变化的计算公式。

喷嘴组合匹配问题求解的改进枚举法

喷嘴组合匹配问题是钻井水力参数计算过程中的一个子问题,由于是离散集合上的优化问题,在数学上没有成熟的算法。如果采用完全枚举法来求解,求解时间随着可选喷嘴个数急剧增加,所编写的计算机程序无法满足实际工作对计算时间的要求。利用设计喷嘴总面积与喷嘴组合实际总面积的差值定义上、下偏差,提出了使用上、下偏差界限来筛选可行格点的一种改进算法,该算法可以显著减少可行格点的总数,从而极大地减少了排序比较的次数。实际编程测试结果表明,改进算法的可行格点数只有完全枚举法的可行格点数的百分之几,而排序效率最多可以提高一千倍以上。

潜山高含硫井钻井优化设计与实践

结合潜山高含硫井的实际情况,对高含硫井井身结构、井眼轨迹进行了优化设计,对钻井液进行了优选,结合工程实际情况选择了相应级别的防硫井口装置和套管及主要附件,满足了高含硫井钻井施工安全、快速的要求。技术实用性强,为今后该类井在实际生产中的发展与应用提供了宝贵的经验。

侧钻井扩孔复杂情况处理技术探讨与完善

为提高固井质量,延长侧钻井寿命,实现老油田经济、有效地开发,针对侧钻井扩孔出现的复杂情况进行分析,从现场复杂情况处理的成功和失败实例中,探讨和完善在复杂井况下实施连续、平稳、安全扩孔技术,有针对性地制定合理的钻具组合、工艺参数以及现场施工规程,对于侧钻井扩孔技术的推广应用具有重要意义。

泥浆流变模式优选方法对循环压耗计算结果的影响研究

泥浆流变参数的计算是钻井液水力参数计算和设计的前提。同一种泥浆,不同方法计算出的最优流变模式不同,其循环压耗结果也会不同。选用工程法和黄金分割搜索法进行了泥浆流变模式优选和流变参数计算,通过对比,分析了不同方法对循环压耗计算结果的影响程度,结果表明:不同方法得到的泥浆最优流变模式和流变参数不同,其对循环压耗的计算有很大影响,相对误差可高达30%以上;三参数H-B模式在描述泥浆流变性能方面具有较大优越性,卡森模式也能较好的描述实际泥浆性能,但针对卡森模式的流动摩阻研究还有待加强。

基于多项式实数根的三维井眼轨道设计理论

三维井眼轨道设计问题需要求解多元非线性方程组,由于未知数多、方程的非线性强,一般难以求出解析解,通常使用数值迭代方法求数值解.对三维s型轨道设计问题依据已知设计参数进行了分类,发现了一套有效的数学化简技巧,求出了第1类初值问题的解析解和第Ⅱ-Ⅳ类初值问题的拟解析解.提出了轨道设计问题的特征多项式的新概念,并证明了轨道设计问题是否有解取决于特征多项式是否有实数根,解的个数不多于实数根的个数或个数的二倍.所提出的基于特征多项式实数根的拟解析算法对于求解轨道设计问题具有计算速度快、计算可靠性高、易于计算机编程实现等优点,在三维水平井轨道设计、三维绕障井轨道设计、防碰设计等方面具有比数值迭代方法更好的计算性能.

大位移钻井水力学分析优化系统及其应用

对大位移井水力学分析特点进行了分析,引进了一套大位移井水力学分析优化软件。以某油田超大位移井为例,分析了ECD、立压、岩屑运移、理论最小排量、最优排量、波动压力等的变化规律。研究表明,稳斜段主要注意合理排量选择、ECD监测和波动压力问题;所开发的软件界面友好,操作简便,分析功能强大,适合现场推广应用。