气体钻井钻速方程的建立与验证

实践业已证明,优化钻井技术在钻井液钻井过程中能够提高机械钻速、降低钻井成本,但目前缺乏其对气体钻井过程中应用情况的研究。为此,以气体钻井过程中的优化钻井技术为研究对象,应用多元回归的方法,初步建立了气体钻井的机械钻速预测方程。所建立的方程考虑了钻压、转速、岩石强度等对机械钻速的影响,并将测井参数计算的岩石强度引入该方程,提高了预测的精度。为了验证所建立方程的正确性和实用性,对四川盆地元坝地区侏罗系已完成气体钻井的3口井进行了机械钻速分段预测,预测结果与实际钻井速度基本相符,平均相对误差小于15%,说明该预测方程能够满足工程需要。该方程的建立,为气体钻井过程中优化钻井技术的应用提供了理论基础。

井底牙轮钻头的钻速方程及现场应用

以岩石侵入理论为基础,在考虑井底压力的条件下,建立牙轮钻头的钻速模型。结果表明:在地层由软、中硬到硬地层过渡过程中,钻速方程能够解释不同破岩方式下牙轮钻头的机械钻速问题;随着刃尖角的增大,锥形齿和楔形齿的牙齿侵深都呈指数递减趋势;随着井眼内钻井液柱压力的增大,侵入深度呈指数递减趋势,其中锥形齿递减趋势大于楔形齿;模型理论钻速计算结果与实际钻速数据接近,最小欧式距离为25.8。

基于单齿侵入理论的牙轮钻头钻速方程

考虑井底水平地应力、钻井流体压力及地层孔隙压力,基于单齿侵入理论推导单齿侵入井底岩石的侵深公式,建立纯滚动锥形齿、楔形齿和滚动、剪切复合运动锥形齿等牙轮钻头的钻速方程.通过实验分析刃尖角、井底液柱压力对单齿侵入深度的影响,以及转速、轴向载荷对微钻头、牙轮钻头机械钻速的影响.结果表明:随着牙齿刃尖角的增大,锥形齿和楔形齿的侵深呈指数递减趋势;随着井底液柱压力的增大,牙齿侵入深度呈指数递减趋势,其中锥形齿降低速率大.在软到中硬地层中,牙齿侵入深度大,冲击侵入、回转剪切复合破岩方式的破岩效率高;在硬度地层中,牙齿侵入深度小,纯滚动冲击侵入破岩效率高.为分析实钻时牙轮钻头的机械钻速提供计算方法.

水力喷射侧钻径向水平井钻速方程

通过试验得到泵功率、围压和喷距等参数对钻速的影响,应用数学分析方法建立水力喷射侧钻径向水平井钻速方程,将试验和理论推导相结合给出钻速方程的求解方法。结果表明:钻速随着泵功率的增加以指数关系变化,指数一般小于1,钻井液黏度越大指数越小;钻速随着围压的增大而逐渐减小;钻速随着喷距的增大先增大后减小。

考虑钻头转速影响的新三维钻速方程

为了更全面地考虑影响机械钻速的因素、提高预测机械钻速和井眼轨迹的准确性,深入研究了涉及钻头和地层相互作用的三维钻速方程。考虑钻头转速的影响,重新定义了钻头各向异性指数和地层各向异性指数;利用地层各向异性指数和钻头各向异性指数的定义以及坐标变换,建立了考虑钻头转速影响、钻头与地层相互作用的新三维钻速方程。利用新三维钻速方程,实例分析了钻头转速对机械钻速的影响,随着钻头转速的增加,井底平面Xd方向、Yd方向及井底法向Zd方向的机械钻速都随之提高,但井底3个方向的机械钻速随钻头转速增加而提高的幅度并不相同,井底法向Zd方向机械钻速的提高幅度要大于井底Xd和Yd方向机械钻速的提高幅度。研究表明,钻井过程中,利用新三维钻速模型可以预测钻头转速变化对机械钻速和井眼轨迹的影响,也可以通过调整钻头转速、钻头各向异性指数、钻头机械力等参数对井眼轨迹进行控制。

三维钻速方程及其反演模型

考虑钻头各向异性、地层各向异性和地层产状的影响，改进了钻头和地层相互作用的ＵＰＣ理论模型，并以矩阵的形式表达。同时，给出了利用实钻资料反演钻头各向异性指数和地层各向异性指数等参数的数学方法。

根据钻速方程分析提高钻速的有效途径

在安全条件下,提高钻井速度是钻井工程技术人员追求的目标和紧迫任务。根据大庆长垣通用钻速方程,分析影响钻速的主要因素及提高钻速的有效途径,以供钻井工程设计及现场工程技术人员参考,并用莺深1井、达深2井实钻数据在通用钻速方程中验证,其预测钻速与实际钻速误差仅为4.3%和4.8%,取得较好的符合率。

液相欠平衡方式下钻速方程的建立与优选

液相欠平衡钻速方程的建立,一方面能够为钻速的预测提供依据,同时也为钻进参数的优化设计提供理论基础。文章建立了包含钻压、转速、钻头水功率和井底压差四参数的液相欠平衡钻速方程,利用西南某油田一个区块的液相欠平衡钻井实钻数据进行筛选、统计和回归,得到了相应的钻速方程,建立了相关系数权重最大的优选方法。实钻资料表明,优选出来的钻速方程预测的钻速与实际钻速间的相对误差不超过6%,这种回归统计和优选钻速方程的方法可以用于其它地区和其他方式钻速方程的建立。

一种改进杨格模式的新钻速方程

从修正的杨格模式钻速方程出发，根据刮刀钻头和PDC钻头的特点，提出了一种改进的钻速方程。该方程修正了钻压和转速对钻速的影响关系，认为在钻头剪切破坏弹塑性岩石时，转速和钻头牙齿的吃入深度直接影响钻速，钻压是通过影响牙齿的吃入深度而影响钻速。通过岩石的压入试验，可以确定钻压和牙齿吃入深度的关系。由于改进的钻速方程没有地层可钻性系数，因而表达形式更简单，其意义更明确。

金刚石钻进机械钻速方程

从修正的杨格模式钻速方程出发,机械钻速受到钻进规程参数的影响。这里考虑钻压和转速的影响。根据金刚石破碎岩石的特点,引入功率这一概念(功率等于钻压与转速的乘积,是个可测的常数),提出了一种金刚石钻进的钻速方程。该方程修正了钻压和转速对机械钻速的影响关系,为优化金刚石钻进提供了新思路。

分形理论及修正钻速方程预测石膏夹层岩石可钻性

鲁迈拉油田由于缺少钻井取芯、室内岩石力学分析等数据,钻头优选方面没有科学依靠数据,主要依靠施工和设计人员的经验。因此,通过上返岩屑分形理论与修正钻速方程预测石膏夹层岩石可钻性,其结果相似度极高,相关系数高达96%以上,说明预测结果符合实际,均可以用于该区域可钻性预测。根据岩石可钻性预测,在9口井中优选KM533X复合钻头,平均机械钻速为6.67m/h比单只PDC钻头机械钻速提高29.90%,比3A钻头机械钻速提高31.92%。

三维钻速方程在钻井中的应用

一、钻速方程的应用条件利用钻速方程进行计算时,多数情况下必有一个钻具组合力学模型分析并求解出钻头力矢和钻头偏转角才可,这是方程应用的首要条件。当然利用方程自身也可以进行地层造斜力等方面的分析计算。要想计算钻头某一时刻的钻进状态,即瞬时钻速大小和方向,就必须首先确知D1、Ir、Ib以及门限力的有关系数k、δjz。模式适用于钻头在一般工作状态,即研磨性破碎状态,或体积破碎状态或是两者兼有之。

PDC钻头钻速方程影响因素综述

地质钻进过程是一个十分复杂的工艺过程,如今PDC钻头在当今工程中的广泛应用,但PDC钻头使用水平很不平衡,未能将PDC钻头的潜能很好的发挥出来。为提高PDC钻头使用水平,将研究不同条件下,多种相关因素对钻头钻速的影响。本文通过大量数据分析及理论研究确定了钻压、转速、钻头水功率、井底压差等钻井参数单因素对PDC钻头钻速和磨损的影响规律。并对多个影响因素下的钻头钻速方程进行综合,可以较好地预测钻速,从而为现场工程人员指导钻井生产提供依据,也便于应对多种境况下钻头钻速的不同问题,以达到提高工程效率、减少工程成本的目的。

基于分形岩石破碎比功方程的钻井优化

利用分形岩石破碎比功方程研究了深部地层岩石破碎产物的分形特征对单位进尺成本及钻头优选的影响。以大庆徐家围子火山岩地层钻井数据为基础,将分形岩石破碎比功方程与进尺成本函数结合起来,给出了具有分形参数的进尺成本分析方程,再根据岩石破碎比功方程和进尺成本分析方程计算数据,应用层次分析法对大庆徐深使用钻头进行优选。研究结果表明:岩石破碎比功及分形参数对单位进尺成本及钻头选型具有明显影响,深部地层岩屑粒度分布的分形维数越大,进尺成本越大;岩屑最大尺寸越小,进尺成本越小;破碎比功越大,进尺成本越高,钻头使用效果越好。

胜利油田通用钻速预测方程的建立与验证

根据室内全尺寸钻头台架变参数试验建立钻速模型。通过大量的地质资料统计分析建立层位界面随大地坐标变化趋势方程，在岩石可钻性预测模式中引入地层因素。再根据现场实钻资料的统计分析对模型进行修正，最后建立起通用钻速预测方程。

基于机械比能理论的钻头磨损监测新方法

现有基于机械比能理论的钻头磨损监测方法,都是通过机械比能趋势线对钻头钝化趋势作定性分析,没有一种定量计算钻头磨损等级的有效方法。在前人研究成果的基础上,选取合理机械比能模型,通过优化钻头扭矩回归数据对其进行了优化;综合考虑钻头设计参数、切削结构、钻井参数及钻头磨损等的影响,选取了合适的牙轮钻头和PDC钻头钻速方程,提出了一种定量计算与定性分析相结合的钻头磨损监测新方法。该方法充分考虑了钻速、钻压、转速、扭矩以及钻头设计参数等因素,采用钻速方程和测录井数据计算机械比能、岩石抗压强度和钻头磨损等级分级系数。该方法在南海油田宝岛区块A井、准噶尔盆地风城区块B井、吐哈油田某区块C井等的多个井段进行了PDC钻头和牙轮钻头的磨损监测,结果表明,较之钻头磨损实测数据,PDC钻头的平均相对误差为9.87%,牙轮钻头为21.15%,即新方法能有效监测钻头磨损情况且更适用于PDC钻头。

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。

徐家围子地区地层岩石可钻性级值的确定

针对徐家围子地区下部地层的复杂情况,岩石可钻性级值较高,钻井机械钻速低、进尺慢和钻井周期长的问题,迫切需要准确预测徐家围子地区下部地层的岩石可钻性级值,为科学制定钻井计划提供有力依据。为此,通过对徐家围子地区大量实际钻井资料进行统计、分析、计算,利用通用钻速方程,得出徐家围子地区下部地层岩石可钻性级值规律,并对所求岩石可钻性级值进行分析,得出地层岩石可钻性与地层深度的剖面图,进而拟合出岩石可钻性级值与地层深度的表达式。

长岭断陷深层气井岩石可钻性计算方法

长岭断陷沉积岩段2500m以下钻井事故较多,下部火山岩岩石硬度大,岩石研磨性强,钻井速度慢。为了提高长岭地区钻井的机械钻速,开展了该地区的岩石可钻性计算方法研究。针对研究区上、下部岩性相差大,深层火山岩硬度大等特点,制定了分段研究岩石可钻性的方案:上部的沉积岩层采用常规测井资料求取岩石可钻性的方法,下部的火山岩层段采用钻速方程反求法。以长深103井为例,将试验结果和利用钻速方程计算的岩石可钻性进行了对比,两者的相对误差小于5%,说明利用钻速方程计算该地区火山岩岩石可钻性是可行的。