气体钻水平井中的摩扭系数反算与分析

气体钻水平段时摩阻扭矩问题比较突出,大大增加了水平段轨迹控制难度和风险。结合川东北气体钻水平段现场试验,开展了气体钻水平段摩阻扭矩预测分析研究。模拟计算分析表明,气体钻井条件下摩擦系数比常规钻井大许多,是导致气体钻水平段严重摩阻扭矩的直接原因。气体钻水平段要严格设计和使用倒装钻具组合,加重钻杆以下的普通钻杆(斜坡钻杆)长度要合理,应尽可能使加重钻杆位于直井段及小斜度井眼内,以便尽可能降低摩阻扭矩及其不利影响。

煤层底板灰岩多分支水平注浆井钻进摩扭分析及控制措施研究

以赵固一矿区域内多个煤层底板灰岩层的多分支水平注浆井实钻为研究对象,进行了多分支水平注浆井产生摩扭的因素分析,以及降低摩扭控制措施及效果研究,有效地降低了磨阻与扭矩。为赵固一矿区域后续煤层底板灰岩层多分支水平注浆井钻进过程摩扭控制提供了一定借鉴意义。

钻具屈曲影响下的管柱摩阻扭矩分析

现有摩阻扭矩分析模型,常采用单一的刚杆或软杆模型,且鲜有考虑钻具屈曲的影响,预测结果与实测值存在较大误差。文章针对钻具的不同受力特点,分别采用软杆模型、刚杆模型和连续梁模型,在综合考虑钻具屈曲影响下,建立了考虑钻具屈曲的摩阻扭矩分段计算模型,通过模型计算值与现场钻井过程中实测值对比,模型扭矩和轴向载荷预测值与实测吻合好,平均相对误差分别为6%和7%。模型分析发现钻柱正弦屈曲与螺旋屈曲随轴向压力的增大交替出现;管柱的屈曲会随井斜的变化出现跳跃性变化;在滑动钻进过程中,如果忽略钻柱屈曲的影响,井口轴向载荷明显增大,实际传递到钻头的钻压将比预计的要小。在现场试验中,通过该模型计算的摩阻扭矩值及时调整了井口钻压及措施,有效降低了钻柱发生屈曲的程度,提高了钻井机械速度,对于指导现场钻井参数实时调整,提高钻井效率具有重要意义。

深层页岩气水平井钻柱动态摩阻扭矩分析

为了研究钻柱接触和钻柱振动对动态摩阻扭矩的影响,建立了实钻井眼轨迹的三维全井钻柱系统动力学数值仿真模型,针对深层页岩气水平井摩阻扭矩大的问题,分析钻进过程钻柱系统摩阻扭矩、应力分布及振动情况。研究结果表明:钻柱所受平均摩阻扭矩在增斜段处激增达到极大值,而进入水平段后,摩阻扭矩急剧减小,最后趋于稳定;水平段的平均摩阻扭矩略大于调整段,且摩阻扭矩的数值分布趋势与接触力、钻柱所受应力的分布趋势相同;钻柱所受的摩阻扭矩除了增斜段是连续分布的以外,水平段和调整段都是间歇性分布,但水平段比调整段分布更密集,同时钻柱接触力在水平段和增斜段都为低边接触;每当钻柱因井斜角、方位角变化而弯曲时,其所受应力、接触力和摩阻扭矩都会明显增加,且增加快慢与钻柱的弯曲程度呈正相关。所得结论可为深层页岩气水平井钻井参数优选及提速方案制定提供理论依据。

钻柱摩阻扭矩智能预测模型与解释

钻井管柱力学的准确表征和动态分析是保证安全高效钻井的关键。现有经典的钻井管柱摩阻扭矩软杆/刚杆模型中,钻柱摩阻系数通过经验估算或钻后反演来确定,其准确性和时效性有待提升。本研究基于人工智能技术在复杂非线性映射问题中的有效性,通过预测摩阻系数建立机理-数据融合的钻柱摩阻扭矩预测方法。首先利用已钻录井数据和软杆模型反演摩阻系数,为摩阻系数智能预测提供数据基础,通过对74口井数据处理和特征量化分析,建立考虑数据序列特征的LSTM(Long Short-Term Memory)网络,并通过摩阻扭矩预测和SHAP(SHapley Additive exPlanation)可解释性分析验证模型合理性。结果表明:摩阻系数预测误差为5.89%,摩阻扭矩预测误差降低了4.41%,模型表征的输入特征与摩阻系数的映射关系符合管柱力学机理,具备较强稳定性和可解释性。该方法可为钻井管柱力学的准确表征与动态分析提供理论与技术支撑。

长斜井段氮气钻井高扭矩摩阻机理及减摩降扭技术研究

大邑105井二开造斜,斜井段长2422 m左右,水平位移1398 m,井斜角35°左右,三开采用氮气钻井。基于钻柱运动学与动力学理论,参考钻柱动力学室内实验结果,表明钻柱涡动是大邑105井氮气举升清水阶段、钻进阶段及钻头提离井底循环阶段扭矩呈现“锯齿形”波动的根本原因,较多的钻具接头及钻具本体与井底低边碰撞摩擦导致扭矩处于波峰点,同时斜井段形成的岩屑床及岩粉附着在钻具表面诱发的黏滞摩擦导致扭矩和摩阻值平均值增加;钻具提离井底定点循环阶段,钻具涡动诱发钻具接头与井壁碰摩形成键槽,当钻具接头处于键槽中时,此时上提钻具须克服键槽形成的机械阻力,导致摩阻增大。同时设计了氮气钻井用减摩降扭清砂接头,分析不同井斜角、造斜率、钻压和钻具组合对扭矩摩阻的影响。因此,为了氮气钻井安全快速建井,建议钻井设计进一步优化井眼轨迹,钻具组合中增加清砂接头,通过清除岩屑床到达减弱钻具涡动效应的目的。

井眼造斜轨迹对摩阻扭矩影响规律的数值分析研究

在实际的钻进过程中,直井段、造斜段、稳斜段对摩阻扭矩的影响各不相同,为了更有效地控制摩阻扭矩,降低钻进成本,通过建立摩阻扭矩有限元分析模型,定量分析了直井段、造斜段、稳斜段长度对摩阻扭矩的影响。研究结果表明,这些参数对大钩负荷和扭矩都存在影响,数据分析表明基本呈线性关系,单位质量长度对大钩载荷的增加量分别为0.03%、0.16%、-1.34%~1.11%,对扭矩的增加量分别约为0.002%、0.02%、-5.08%~6.06%,该结果为斜井段科学进行井眼轨迹的优化设计提供了理论基础。

大位移井摩阻扭矩力学模型

大位移井具有长水平位移、大井斜角以及长裸眼段的特点。大位移井钻井过程中摩阻扭矩的预测和控制是成功地钻成大位移井的关键因素之一。文章根据大位移井钻井的特点 ,忽略钻柱刚度的影响 ,考虑到实钻轨迹中井斜、方位的变化 ,采用空间斜平面假设 ,建立了适合大位移井的摩阻扭矩三维软杆计算模型 ,并编制了计算程序。建立的模型可用于计算大位移井各种工况下的摩阻和扭矩。实例计算表明 ,文中提出的力学模型其理论计算结果与实测结果吻合程度较好 ,大钩载荷误差在 15 %以内 ,扭矩载荷误差基本上保持在 2 0 %以内。

水平井钻柱摩阻扭矩分段计算模型

根据水平井接触和受力特点,利用分段计算方法,建立水平井钻柱摩阻扭矩计算模型;采用三维纵横弯曲梁理论,计算钻柱BHA(底部钻具组合)段摩阻扭矩;采用软杆模型,求解BHA以上钻柱段的摩阻扭矩;对井眼曲率变化较大及刚度较大的加重钻杆井段软杆模型加以修正,考虑钻柱屈曲的影响,建立适合水平井的摩阻扭矩三维分段计算模型.应用结果表明,该模型计算精度较高,平均相对误差为10%,可为现场实践应用提供技术参考.

大位移井摩阻扭矩监测方法

对于井下摩阻扭矩的监测和控制是事关大位移井钻井成败的关键,但目前对摩阻扭矩的分析还停留在预测阶段,而随钻过程中对其的实时监测和分析尚不成熟。为此,在摩阻扭矩预测分析的基础上,开展了摩阻扭矩的实时监测方法研究:钻进过程中,连续记录接立柱时上提钻具、下放钻具和旋转提离井底时的大钩载荷,记录不同井深条件下复合钻进扭矩值和旋转提离井底扭矩值;将所记录的值标注于摩阻扭矩监测图版上,形成实时监测数据与理论计算数据的对比曲线,并将其用于评价井眼清洗程度、井眼缩径、垮塌等井下情况,及时地掌握钻井液性能变化、井眼轨迹光滑度、减摩降扭工具的使用情况。桩129-1HF井现场监测试验结果表明,在摩阻扭矩较大的井段及时采取循环钻井液、短起下钻、调整钻井液性能、增加润滑剂含量、优化钻具组合等措施,控制摩阻扭矩效果良好,保证了该井安全顺利完钻。结论认为,所建立的摩阻扭矩实时监测方法可为大位移井安全优质高效钻进提供有力的技术支撑。

小井眼长水平段水平井摩阻扭矩控制技术

小井眼长水平段水平井+分段压裂的开发方式在大牛地气田的开发中取得了理想效果,然而仍然存在一系列的问题,尤其是水平段后期的摩阻扭矩控制问题。以理论分析和实钻工程特征为基础,建立了摩阻扭矩分段计算模型,并对水平段长度、轨迹剖面、钻具组合和钻井液流变性等影响规律进行了分析,结果表明:随着水平段长度的增加,钻进和起钻的摩阻扭矩均在增加,当摩阻扭矩不再增加时,此时便是水平段的极限长度;随着单增剖面靶前位移的增加,摩阻扭矩增加;采用组合钻杆(φ1 01.6 mm/φ114.3 mm+φ88.9 mm)既有利于水平段和大斜度井段携岩,同时又能有效地控制摩阻扭矩;钻井液屈服值和塑性黏度越低,摩阻扭矩越小。将摩阻扭矩综合控制技术应用于DPH7井,水平段轨迹平稳,平均全角变化率1.79。/30 m。

基于钻柱系统动力学的摩阻扭矩计算新方法

回顾了已有的摩阻扭矩研究工作;探讨了基于全井钻柱系统动力学模型的摩阻扭矩计算方法,全井钻柱系统动力学模型综合考虑了钻柱纵横扭耦合振动、钻柱与井壁摩擦碰撞、泥浆对钻柱的粘滞阻尼、内外环空泥浆对钻柱的弯曲效应与压差效应、钻柱屈曲对摩阻的增益等因素。基于前述系统模型开发了专用的摩阻计算软件,分别以实钻定向井和实钻直井为例给出了部分仿真结果,从仿真结果中获得了许多有价值的结论性认识。首次探讨了动态摩阻的计算方法,提供了较为实用的摩阻计算软件,研究工作对指导钻井施工和丰富钻柱动力学理论都具有较重要的意义。

考虑温度影响的摩阻扭矩计算模型及应用

管柱在井下受热,产生的热应力会改变管柱轴向力,影响摩阻扭矩的计算。通过实验测量钻井液在不同温度下的润滑系数和泥饼黏滞系数,拟合出其随温度变化关系,结合热应力的作用,建立考虑温度影响的摩阻扭矩计算模型。实验结果表明,KCl聚合物润滑钻井液和油基钻井液的润滑系数和泥饼黏滞系数随温度升高而增大。应用该模型对涪陵页岩气焦石坝区块X井进行摩阻扭矩计算,得出考虑温度影响的计算模型顶驱扭矩误差为3. 7%,大钩载荷误差为4. 4%,计算精度较高。

高效降摩减扭工具的研制及现场试验

针对冀东油田大斜度井、大位移井在钻井过程中存在的摩阻扭矩大和套管易磨损等问题,在分析国内外降摩减扭工具优缺点的基础上,设计了一种由分体式结构的橡胶外套、低阻耐磨陶瓷涂层轴套和主轴组成的高效降摩减扭工具。基于三维井眼中钻柱受力分析计算模型,结合常用钻杆抗拉强度、抗扭强度和顶驱钻机最大连续工作扭矩,确定了工具主轴的抗拉、抗扭技术参数;并根据井眼轨迹、钻机设备的施工能力和现场施工情况,确定高效降摩减扭工具的安装位置及数量。室内测试结果表明,工具主轴抗拉强度、抗扭强度满足现场钻井安全要求。高效降摩减扭工具在冀东油田5口水平位移均超过2 000.00m的大斜度井进行了现场试验,结果表明,钻进时的扭矩平均降低15%以上,并减少了钻具对套管的磨损,取得了良好的应用效果。高效降摩减扭工具为降低大斜度井、大位移井钻井中的扭矩及保护套管提供了一种新的技术手段。

基于纵横弯曲梁理论的水平井管柱摩阻扭矩分析方法

在非常规油气藏水平井钻进过程中,井壁稳定性差导致井眼不规则,钻柱受力复杂,摩阻扭矩计算误差较大。根据纵横弯曲连续梁理论,在井斜平面、方位平面内对钻具组合进行管柱受力及变形分析,从而建立了一种含有虚拟接触点的改进纵横弯曲梁模型分析钻井管柱摩阻扭矩。优点在于指定接触点时不用考虑是否为真实接触点,由此可将接头或接箍、扶正器等直径较大的部位指定为接触点。对于非真实接触点可以按虚拟接触点考虑,从而使模型的应用和求解更加方便、可行。实例分析结果表明,套管下入、旋转钻进、滑动钻进、复合钻进状态下管柱摩阻扭矩理论计算值与实测平均值基本相同,且变化趋势一致,验证了计算模型的准确性。

超深水平井摩阻扭矩分析及水力学计算

超深水平井钻井技术已成为开发深层油气藏的重要技术手段,超深水平井侧钻段和水平段的施工过程较常规水平井存在着更大的风险和难度。合理预测和控制摩阻/扭矩,合理选择泵压和排量对于超深水平井的安全高效钻进至关重要。建立和利用软杆模型对超深水平井侧钻造斜段进行了摩阻扭矩分析;建立和利用深井小井眼水力学模型对超深水平井水平段进行水力学计算,并以目前国内垂深最深的超深水平井元坝XX井为例,验证了所建立理论模型的合理性和可行性,其计算结果在工程应用上具有较高的精度,对超深水平井侧钻段和水平段施工具有较强的指导性。

大位移井摩阻扭矩计算模型

石油钻井是一项投入高、风险高、技术密集及资金密集的系统工程。大位移井钻井的摩阻和扭矩严重影响钻井时效。对摩阻和扭矩的分析有利于控制井眼轨迹,减少井下事故。对钻大位移井过程中所受的力进行了分析,综合分析3种摩阻扭矩计算模型优缺点的基础上,提出软模型是现场计算大位移井摩阻扭矩的最合适模型,介绍了软模型的几何模型及各种工作状况下的计算方法。

基于全井钻柱系统动力学的摩阻扭矩分析

在回顾钻柱力学发展进程的基础上,总结了摩阻扭矩的研究现状,探讨了基于全井钻柱非线性系统动力学的摩阻扭矩计算方法,获得了一些有价值的结论性认识,并针对大位移水平井给出了解析式。

水平井摩阻扭矩的分段计算方法

本文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。

鲁迈拉S型定向井降摩减扭技术

为降低鲁迈拉S型定向井摩阻扭矩,针对鲁迈拉地质特点和钻井难点,建立了井眼轨道曲线计算模型,并开展了三项提速技术试验。从而确定了轨道剖面为五段制,最优井眼曲率为2.85~3（°）/30 m、最大井斜角为30°。对于水平位移大于500m或Mishrif层定向钻进的S型定向井采用旋转导向系统钻进可缩短钻井周期3 d以上,而其余的井则推荐采用常规定向＋水力震荡器组合方式,可提高机械钻速35%以上,缩短钻井周期1 d以上。通过3种液体润滑剂和超细石墨固体润滑剂的优选复配与应用,裸眼内摩阻因数由0.52降至0.35,套管内摩阻因数由0.35降至0.28。通过上述技术的综合研究与应用,鲁迈拉S型定向井实际顶驱扭矩降低30%以上,尤其是随着井深和水平位移的不断增加,部分井扭矩降低近150%,机械钻速提高37.73%。