ANYDRILL钻井工程设计与工艺软件

随着石油勘探开发转向深部复杂地层和钻井工程设计与施工的精细化,钻井工程对软件的依赖性正逐步增强。为了拥有适合于中国石油当前和未来发展需要的钻井工程软件,中国石油集团钻井工程技术研究院经过"十一五"科技攻关,开发了具有自主知识产权的ANYDRILL钻井工程设计与工艺软件,初步解决了我国钻井软件长期依赖于国外软件的局面,基本满足了国内油田钻井工程设计与施工分析的需要。文章对ANYDRILL钻井工程设计与工艺软件在功能、特点、关键技术和解决的主要问题等多个方面进行了阐述,详细介绍了该软件开发的控压钻井设计与分析系统、地层压力预测分析与监测系统、岩石力学分析系统、钻井液设计及分析系统、固井工程设计与分析系统、欠平衡(气体)钻井设计与分析系统、钻柱力学分析系统、钻井数据库管理系统、钻井实时监控与技术决策系统等功能与应用。

考虑分段流变模式的深井井筒压力精确预测模型

超深井、特深井井筒温度和压力分布范围宽,钻井液流变性受超高温超高压影响显著,基于常规流变模式的井筒压力预测误差较大,文章通过开展温度为20~220℃、压力为0.1~200 MPa的水基钻井液和油基钻井液流变性测试实验,提出了不同温度和压力范围内的钻井液分段流变模式优选方法,建立了考虑多因素综合影响的钻井井筒压力精确预测模型。研究结果表明,随着温度和压力的变化,钻井液流变曲线的变化规律不一致,单一流变模式无法完全表征钻井液的流变特性;赫巴流变模式对100℃以下的水基钻井液和140℃以下的油基钻井液的流变性适用性更好,其他温度范围内罗斯流变模式的适用性更好;分段流变模式对井底压力的影响较为明显。将模型的计算结果与实测数据进行对比,发现井底压力预测误差在0.3 MPa以内,立管压力预测误差小于0.6 MPa;相对于油基钻井液,水基钻井液中的井筒压力预测误差更小。研究结果能够为超深井、特深井井筒压力精确预测奠定理论基础。

神府区块深部煤层气钻完井关键技术及应用

【目的】深部煤层具有高地应力、中高温度、特低渗透、强压缩性、强非均质性等特点,目前尚未形成成熟的开发技术体系,复杂的地质特征为钻井与完井工程带来了新的技术难题与挑战,亟需开展针对深部煤储层地质特征的钻完井理论与技术攻关,助力油气增储上产,保障国家能源战略安全。【方法】基于鄂尔多斯盆地东缘神府区块深部煤层气开发先导性试验,研发了一套高效钻完井关键技术。【结果和结论】(1)针对深部煤层井壁稳定性差、钻速低、钻井周期长,通过优化二开井身结构、优选钻井液体系与“一趟钻”技术,并结合井眼轨迹精细化控制,实现了深部煤层一体化高效钻进,助力“新优快”井台建设落地。(2)针对深部煤层地质特征复杂、采用常规压裂规模产量低,形成了以“定向射孔+前置酸液降破压+段内多簇密切割+高排量大规模+一体化变黏滑溜水+暂堵转向+多粒径组合支撑剂”为核心的复合极限规模化压裂技术体系。(3)基于“一区一策+全局寻优”的工作理念,设计立体井网工厂化钻完井作业模式,最优水平井距为350 m时,“拉链式”压裂模式效果最佳。(4)“深部煤层气+致密气”协同开采,获得了更高的工业气流,多气合采是提升鄂尔多斯盆地东缘非常规天然气开发效益的重要措施。研究结果有望为鄂尔多斯盆地深部煤层高效钻完井技术提供理论指导与实践经验。

高职石油钻井技术专业人才培养模式探索与实践

文章聚焦于高职院校石油钻井技术专业的人才培养模式,旨在探讨与实践产教结合与课程实训深度融合的教学方案。通过分析该专业的发展趋势和当前人才培养现状,明确了产学研用密切结合的培养策略在专业教育中的重要性。构建了与现代石油钻井技术对接的课程体系,引入实践教学案例,强化学生实际操作能力和解决实际问题的技能。通过对选定教学案例的实施与效果评估,得出行业需求导向型教学方法能有效提升人才培养质量的结论。

旋冲钻井技术研究现状与展望

随着中国资源勘探开发面向深层、超深层发展以及对应急钻孔救援水平保障能力的更高需求,旋冲钻井技术成为高效钻井领域的研究热点.旋冲钻井技术相较于传统旋转钻井技术,具备硬岩地层钻进效率高、钻压调控灵活、黏滑振动强度低等优势,广泛应用于深海深地资源勘探开采、应急钻孔救援等领域,具有广阔的应用前景.现阶段,在复杂岩层以及多变工况等条件下,进一步提高旋冲钻进效率、降低成本成为深井、超深井钻井过程中面临的首要任务.文中首先介绍了旋冲钻井技术的基本概念及优势;其次,综述了液动和气动2种冲击器的研制情况及结构特点;再次,讨论了高效破岩机制的研究进展和优化策略;从次,阐述了钻进效率关键影响因素方面的研究成果;最后,基于旋冲钻井技术研究成果和面临的挑战,对其未来研究方向进行了分析和展望.

粘弹性材料钻削温度预测模型的建立与应用

粘弹性材料兼有弹性固体和粘性流体的特性,传统的热分析方法无法准确描述同时发生的粘性和弹性变形。针对该复杂材料特性的材料去除过程中的温度场研究是十分稀少的,提出将机器学习算法应用到药柱钻削加工的温度预测当中。首先利用线性回归进行拟合,侧面证明该模型的非线性。其次利用随机森林和BP神经网络算法进行建模,随机森林模型的随机特性使其具有一定的抗噪能力,BP神经网络模型精度最高,决定系数达到0.989。利用BP神经网络模型的预测功能实现加工过程的提前防控,优化加工参数组合,实现高效安全生产。

一种井下近钻头弱SNR信号的STD-EEMD提取方法

实际钻井过程中,底部钻具的强振动以及工具随钻柱的高速旋转等因素,使得工具姿态测量原始信号幅度微弱,信噪比(SNR)极低。针对这一问题,提出了一种基于软阈值集合经验模态分解(STD-EEMD)的近钻头姿态信号提取方法。首先通过最小化偏差寻找EEMD最优分解阶数,然后基于最优分解阶数和相应各阶本征模态函数,利用方差贡献率划分噪声分量与有效分量。接着基于设计的软阈值,对选取的噪声分量进行软阈值滤波处理,进一步提取噪声分量中耦合的有用信号,并基于提取结果与有效分量,实现有效信号的精确重构。加入实际采集的井下数据进行实验验证,结果表明:与DWT、EMD和EEMD方法相比,所提方法的工具面角精度分别提高了65.8%、55.8%、45.3%,井斜角精度分别提高了55.3%、45.0%、36.3%。

矿山地面救援应急响应与大直径钻孔关键技术

【目的】大直径救生孔多次在矿山地面钻探救援中得到成功应用,但在快速出动、跨区域救援等应急响应方面仍有短板,在应对复杂地层时大直径救生孔的工艺适配性不足。【方法】从应急救援整体角度出发,以救援时效为指标,就响应能力提升、复杂地层成井工艺等关键技术进行总结。构建了矿山地面钻探救援应急处置流程,明确了预案启动、响应动作和响应速度3个方面的提升内容,建立了跨区域救援层次化出动机制和钻前技术保障响应机制。分析了大直径救生孔松散层、基岩层钻进工艺特点,提出了针对破碎、高涌水等复杂地层施工难点的解决方案,指出了救援提升过程中的典型问题。【结果和结论】研究表明:(1)科学的矿山地面钻探救援应急响应机制是提高救援效率的重要方式之一,通过采用跨区域救援层次化出动机制和钻前技术保障响应机制,可有效提高应急响应效率2.3倍。(2)形成了复杂地层条件下大直径救生孔高效成孔的解决方案,并应用于济宁九顶山矿大直径救生孔工程试验,完钻孔深403.2 m,终孔孔径580 mm,平均机械钻速2.5 m/h,从应急响应到救援提升总用时311.95 h,救援整体时效性提升47%。(3)就救援时效性而言,救援准备阶段的提升效率要优于救援实施阶段,且应急响应能力的提升途径更易实现,因此在钻探工艺和装备提升不大的情况,矿山救援队应着重提升应急备战和快速反应能力。研究结果可满足400 m以浅矿山地面应急救援需求,可指导矿山救援队建立应急响应机制,为大直径救生孔的施工设计提供参考,对矿山地面钻探应急救援具有指导意义。

微波随钻井下通信的激励结构研究

微波随钻通信能够解决气体钻井随钻测量数据通信问题的研究前沿。本文基于环形激励,提出了一种适用于复杂井下环境的双激励结构,以此增强通信系统在井下通信的可靠性。同时,增设套筒结构,在减弱气流对激励结构影响的同时,避免随钻测量工具下井时对激励的冲击。针对环形双激励结构,提出了三段套筒结构。研究了套筒形状、长度、固定销钉材质以及销钉数量对激励性能的影响,对套筒及固定销钉进行了优化,最终仿真结果显示,单个铜销钉激励结构在2.42-2.5 GHz频段回波损耗低于-10 dB,两个铜销钉的激励结构在2.44-2.5 GHz频段回波损耗低于-10 dB,PEK销钉激励结构在2.43-2.5 GHz频段回波损耗低于-10 dB。

钻井液流变参数在线校准方法研究

目前钻井现场主要采用旋转黏度计手动方式测量钻井液的流变性,测量周期长、人为干扰因素大。同时,现有管式黏度计在线测量装置受抽取钻井液隔膜泵的流体脉动、电机振动及压差测量偏置误差等因素影响,测量精度与稳定性较差。针对上述问题,在双管压差管式黏度计的基础上,提出了基于经验模态分解与极大似然估计的钻井液流变参数在线校准方法。首先,利用压差传感器测量数据建立经验模态分解模型,提取隔膜泵脉动、电机振动及测量误差导致的干扰信号,实现对恒流压差信号的准确识别;然后,建立管式黏度计的流变参数解算模型,利用双测量管的剪切应力−剪切速率曲线,建立极大似然估计的钻井液剪切应力参数校准模型;最后,利用搭建的钻井液性能在线监测试验装置进行了试验验证,利用该钻井液流变参数在线校准方法得到的表观黏度、塑性黏度、动切力等参数的精度均显著优于未校准参数的精度,且表观黏度、塑性黏度、动切力测量值的相对误差均小于5%,满足钻井现场测试要求。研究结果表明,该方法有效、精度高,为实现钻井液流变参数快速准确测量提供了新途径。

井下通信矩形波导TE_(20)模到圆波导TE_(01)模过渡结构研究

微波随钻测量技术是实现气体钻井井下与地面之间的通信的有效途径之一。本文针对井下环境,利用多段过渡波导,提出一种矩形波导TE_(20)模到圆波导TE_(01)模过渡结构。分析了多段过渡结构产生的主要杂模,并利用径向导电膜片抑制杂模TE_(21)模。研究了径向导电膜片的形状、瓣数和尺寸对TE_(01)传输效率。进一步,为了增加该抑制结构在高速气流冲击下的机械强度,对径向导电膜片削尖。最终结果表明,在5.94-6.32 GHz频段内,TE_(01)模插损优于0.2 dB,回波损耗低于15 dB,杂模抑制高于28 dB。

原地浸矿注液孔施工设备钻机FMECA分析

原地浸矿是一种满足资源和环境保护要求的绿色生产工艺,常用于南方离子型稀土矿山的开采。开采前,需要在山体顶部进行注液孔的施工布置,而钻机是完成这项工作的重要机械设备。由于矿山环境恶劣,设备在使用过程中容易出现腐蚀、变形甚至断裂等故障,会降低稀土矿山的开采效率。基于此,运用故障模式影响与危害性分析(Failure Mode,Effects and Criticality Analysis,FMECA)技术,分析设备各种故障模式及主要影响,为设计、工艺、生产等部门持续性改进设备提供参考,提高设备的安全性和可靠性,延长其使用寿命。

液压凿岩机器人钻孔定位运动控制研究

针对液压凿岩机器人在巷道掘进时凿岩钻孔定位精度低,导致凿岩钻孔效率低、出现超欠挖的问题,建立液压凿岩机器人电液位置伺服控制系统,设计反馈线性化滑模控制算法控制凿岩机器人实现钻孔精确定位。对凿岩机器人凿岩钻孔工况进行分析,并建立液压凿岩机器人液压系统数学模型。基于此,设计一种反馈线性化滑模控制器,以提高液压系统的控制精度,并采用Simulink建立控制器模型。最后,为了验证所设计液压系统和控制器的有效性,以一个钻孔工况为例,采用ADAMS、AMESim、Simulink对液压凿岩机器人钻孔定位运动过程进行机电液联合仿真。结果表明:凿岩机器人各关节最大跟踪误差分别为2.18 mm、4.51 mm、6.05 mm、0.25 rad、8.64 mm,X、Y方向的定位误差分别为13.68、10.05 mm。该误差在施工允许范围内,可以保证凿岩机器人凿岩钻孔精确定位,由此验证了所设计控制模型的有效性。

不同钻井方式对致密砂岩储层损害评价实验

不同的钻井方式对储层的损害类型和损害程度具有不同的影响。为此,根据对储层损害地质特征及潜在损害类型的分析结果,立足于不同钻井方式下地层压力和井底流压之间的关系,设计了气体钻井、液基欠平衡钻井和过平衡钻井等3种钻井方式下的储层损害实验流程,并以塔里木盆地侏罗系阿合组和四川盆地川中地区三叠系须家河组致密砂岩储层岩心为样品开展了模拟损害实验。结果表明:1欠平衡钻井对储层渗透率损害程度低,有利于保护储层,但表现出一定的应力敏感效应,得到了应力敏感系数经验公式;2过平衡钻井由于固相和液相的侵入,对储层损害程度大且随岩心含水饱和度增加到束缚水饱和度之后,气测渗透率降低程度加快,水锁损害程度增加。结论认为,室内实验储层损害结果与实钻条件下的储层损害特征一致,能准确反映实际钻井条件下的储层损害特征,可作为不同钻井方式下储层损害实验评价的新方法。

广西岩溶峰林区地下水赋存特征及钻探成井模式

通过梳理广西岩溶峰林区近年来抗旱找水成井的钻孔资料,分析水文地质条件与成井的关系,结果表明:构造、岩性和岩溶发育层位是控制钻孔是否成井的主要因素。断层破碎带、向(背)斜以及含水层和相对隔水层的接触带等蓄水构造为有利的成井位置;石炭系地层(C_1、C_2)和上泥盆系地层(D_3)为主要的成井地层,占成井总数的55.24%,平均单井出水量为261m^3·d^(-1),平均开采深度为37.67m。通过对区内的岩溶水赋存特征及规律分析总结,归纳成6种钻探成井模式:压扭性断裂旁侧富水模式、相对隔水岩层阻水模式、挡水墙阻水模式、圈团褶皱蓄水构造模式、向/背斜轴部富水模式、自垩系红层盘地找水模式,并提出了几种常见的地形地貌特征找水标识。

钻井参数优选新方法

目前常用的钻速模式把地层因素的影响作为一个"口袋"系数,因此这些方程的应用只能局限于邻井或同一地区相似的地质条件,缺乏通用性,给钻井参数的定量优选带来很大困难。而岩石可钻性是表征岩石破碎难易程度的一个力学参数,是地层因素的综合体现,是影响钻速的最重要因素。以大庆油田部分区块地质条件及大量室内试验为基础,建立了基于岩石可钻性表示的钻速模式和钻井参数优选的目标函数,应用实例表明,该模式参数获取方便,通用性强,为实现特定区域油田钻井参数的优选提供了一种新方法。

地面钻柱扭摆方法释放井下摩阻的研究进展

滑动钻井中井下钻柱摩阻的释放问题,是制约现代钻井作业向更深、更远目标快速钻进的难题。地面钻柱扭摆方法是一种最具有发展前景的释放井下钻柱摩阻效应的措施。详细评述了国内外机械扭摆运动/钻柱/井筒的相互作用规律、井下钻柱在地面扭摆运动作用下的力学行为特征、钻柱地面扭摆运动的行为控制方法等方面的研究进展,以此为基础,提出了地面钻柱扭摆方法释放井下摩阻效应的未来研究重点。

基于剪力模式的深孔钻杆制振器设计与试验研究

考虑到深孔切削工艺的实际特点,提出一种基于剪力模式的深孔钻杆振动抑制构型与工作原理。该构型利用磁流变液体快速、连续及可逆转化的特点,并引入环形磁场可调布局,使其适应于刀具系统中各辅助支撑点的阻尼调控。为了验证新型剪力模式制振器的制振性能,把制振器与传统深孔加工方法结合起来,对新型制振器在深孔钻削加工中的作用效果进行理论分析和试验研究,并对加工中钻杆的振动特征和被加工孔的表面质量进行测量。试验结果发现,在外加电流的作用下,钻杆制振器能有效增大结构刚性,改变钻杆颤振响应谱峰值的频率和幅值,提高被加工孔的粗糙度。结果表明所提出的剪力模式制振器设计方案可行,该方案将为深入探索深孔加工钻杆系统的振动抑制和提升深孔钻削精度奠定基础。

钻柱构件失效模式与安全韧性判据的研究

在对大量钻柱构件失效事故的失效分析结果进行综合统计和分析的基础上，采用断裂力学方法，研究了钻柱构件的主要失效模式及失效模式与材料韧性的相关性，提出和验证了防止钻柱构件早期失效、提高疲劳寿命和安全可靠性的韧性要求．

大庆钻探EISC地质工程一体化模式设计与应用

现阶段无论在技术,还是管理层面还未形成地质工程一体化的模式,决策结果缺少地质和工程沟通环节,导致因钻井设备无法大幅度进行轨迹调整或施工参数等原因造成的定向难度大,短期内无法快速实现地质目的,较大影响储层高钻遇率,若超出工程施工最佳安全参数,不仅增加井筒内摩阻系数,还可能对下步完钻测井、套管下入等完井作业带来一定的井控隐患,对整体钻井周期、实施效果及后期油气井开发衔接均有一定程度影响。为此,开展涵盖钻前、钻中和钻后的钻井系统过程中的“地质工程一体化工作流程”的方案设计,强化多专业协同配合探索研究,加快推进地质工程一体化能力建设,打造标准化、规范化运行模式,支撑油气勘探开发增储上产和井筒工程提速提效,对目前钻探行业一体化模式的建立与应用方面,具有一定的推进作用。