常规水平井悬空侧钻井眼轨道设计与应用

针对胜利油田常规水平井钻井过程中的悬空侧钻问题,现场主要凭借经验对侧钻轨道进行设计,但设计精度低、失误率高。采用平面圆弧和斜面圆弧的设计方法,将侧钻井眼轨道设计为:稳斜段+造斜段,同时分别推导出了二维和三维侧钻井眼轨道计算公式,并对关键计算参数进行了说明。现场实例证明了此方法设计精度高,能够提高侧钻成功率,为同类水平井悬空侧钻提供一定的技术支持。

基于ANSYS的邻井套管磁干扰有限元仿真

邻井套管受到地磁场磁化后产生感应磁场,影响其周围的地磁场,并干扰随钻测斜仪致使磁测量参数失真,对钻井过程中井眼防碰和定向施工造成影响。利用ANSYS软件对套管进行二维与三维有限元电磁仿真,得到了套管周围叠加磁场的分布规律及特性。研究结果表明,竖直套管在地磁场作用下产生的磁化场在一定区域内对地磁场产生了干扰,干扰区具有对称性,并随套管尺寸的变大而增大;在干扰区内不同方向上的磁感应强度变化趋势不一致,沿磁力线方向,磁感应强度由强减弱,而垂直磁力线方向,磁感应强度则由弱增强。

弯曲井眼中套管抗挤强度计算

目前弯曲井眼中套管抗挤强度计算时没有考虑井眼弯曲的影响,无法确保固完井作业及生产过程中套管的安全。为此,根据弹性力学理论建立了井眼曲率和不均匀外挤力综合影响下的套管抗外挤强度公式。直接建立三维的套管模型,模型长度取10倍的套管外径,在套管的一端施加约束,另一端加弯矩来模拟井眼的弯曲。计算结果表明,在井眼曲率较大时,弯曲井眼中大尺寸厚壁套管抗外挤强度下降较为明显;理论计算的抗外挤强度通常小于模拟值,按照理论设计的套管是偏安全的,但不均匀度较大时需考虑模型计算的误差是否满足要求。

基于BP神经网络模型的随钻测井曲线预测

随着剩余油气资源的勘探开发难度不断增加,随钻地质导向仪器的应用越来越广泛。但在实际钻井过程中,随钻地质导向仪器中测量地质参数的传感器与钻头之间存在一定的距离,导致所测地质参数与正钻地层间具有一定的延迟,影响了地质导向仪器的导向效果。利用BP神经网络的自组织、自学习、非线性动态处理等优势,通过自然伽马反映地层岩性,而地层岩性与钻压、排量、钻时等钻井工程参数具有一定关联,以待钻井周围已钻邻井资料作为样本进行学习和训练,建立了BP神经网络预测模型。利用当前正钻井随钻地质导向仪器已测量井段的参数对BP神经网络的权重系数进行精细调整,最后采用该BP神经网络模型及当前钻井工程参数对钻头正钻地层的自然伽马参数进行预测。实例应用表明,该方法预测计算得到的自然伽马数据较为准确,与实测自然伽马曲线相比具有较高的相似性,可以作为仪器测点零长井段地质参数的预测方法,为实际钻井过程中地质导向提供一定的参考。

水平井管柱摩阻扭矩的计算模型

根据水平井的轨道设计、管柱与井壁接触和受力特点,利用分段计算方法,建立水平井管柱摩阻扭矩计算模型。根据水平井的轨道,采用三维纵横弯曲梁模型,计算处于增斜段管柱的摩阻扭矩;采用修正软模型,求解处于直井段、稳斜段、水平段管柱的摩阻扭矩;并考虑管柱屈曲的影响,建立适合水平井的摩阻扭矩三维分段计算模型。利用该模型,对现场实际问题进行计算,结果表明,该模型计算精度较高,可为现场实践应用提供技术参考。

磁力随钻测斜仪轴向磁干扰校正方法

针对磁力随钻测斜仪在受到轴向磁干扰时会出现方位角测量结果不准确的问题,在介绍磁力随钻测斜仪测量原理的基础上,研究了Russell法和短钻铤测量修正法2种间接磁干扰校正方法的原理及迭代计算过程,提出了矢量和法和钻具截面法2种直接磁干扰校正方法,并对这4种方法进行了数据仿真分析。数据仿真结果表明,直接校正方法计算简单,但具有一定的局限性;间接校正方法计算复杂,但具有较好的准确性。在其他井眼参数不变的条件下,方位角偏差随干扰磁场增强而增大;在轴向干扰磁场固定的情况下,方位角偏差随井斜角增大而增大,井斜角相同时,0°~360°范围内方位角偏差先增大后减小,呈现对称性;井眼轨迹接近水平东西方向时,轴向磁干扰的校正效果最差。4种校正方法均可以降低轴向磁干扰对方位角测量精度的影响,减少无磁钻铤的使用长度,具有较好的现场实用性。

悬空侧钻技术在常规水平井中的应用

胜利油田的绝大多数常规水平井可采用悬空侧钻工艺,悬空侧钻一般不需起钻,直接将钻具提至侧钻点进行施工,这种方式能节约钻井周期,降低钻井成本,但如何保证悬空侧钻的成功率却需要考虑许多因素。侧钻点选择是侧钻成功的先决条件,需要考虑地层特性、狗腿度、目标靶点等因素影响,侧钻点优先选在造斜段,有利于后期管柱的重入;钻头侧向力大小也是影响侧钻成功率重要因素,运用纵横弯曲梁理论分析结构弯角、井径、井斜角、钻头到弯点距离对钻头侧向力的影响,软地层常规钻具组合能满足侧钻要求,而硬地层通常需要增大钻头侧向力。

磁性随钻测斜仪所需无磁钻具长度及影响因素研究

钻井过程中,磁性随钻测斜仪需要放置在无磁钻具中,以避免铁磁钻具磁化后感应磁场的干扰,但针对无磁钻具长度选取及影响因素的理论研究较少。为此,利用ANSYS有限元软件,建立了三维静态均匀强磁场,模拟得到了磁性随钻测斜仪所需无磁钻具的长度,并分析了井斜角、方位角、铁磁钻具壁厚和铁磁钻具长度等因素对磁性随钻测斜仪所需无磁钻具长度的影响。分析结果表明,磁性随钻测斜仪所需无磁钻具的临界长度与井斜角、方位角无明显的相关关系,与铁磁钻具壁厚、长度正相关;根据模拟数据,分析了井斜角和方位角对方位角偏差的影响,认为当存在固定轴向干扰磁场时,方位角偏差随井斜角、方位角变化而变化,这与施工经验相吻合。无磁钻具长度的优化方法和优化结果,为实际工程应用中磁性随钻测斜仪所需无磁钻具长度的优选提供了理论依据和参考。