利用“管柱力学计算”和“数据分析模型”评价水平井套管下入技术

长半径水平井管柱力学载荷计算模型通常使用软杆模型与修正的软杆模型相结合的方法,计算管柱摩阻扭矩,借助数据分析模型,结合下套管“悬重对摩阻系数敏感性模型图版”,分析预测下套管摩阻系数,进而评价下套管难易程度,指导井眼降阻技术优化以及下套管方式的优选。通过两种方法预测下套管摩阻系数:(1)在通井摩阻系数的基础上附加一个系数值;(2)通过分析影响下套管摩阻系数的主控因子,分别求解出正钻井的不同主控因子对邻井下套管摩阻系数的正负影响值(摩阻系数增减值),再求解出正钻井的下套管摩阻系数(预测的下套管摩阻系数),取二者的平均值作为正钻井下套管摩阻系数的最终预测值。实践应用表明,该值与实际反演的下套管摩阻系数最大误差仅为±0.03,预测准确度高,效果显著。

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.

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。

大位移井摩阻扭矩力学分析新模型

钻前的摩阻和扭矩分析是大位移井可行性研究、钻机设备选择或升级改造以及优化井眼轨迹剖面设计的重要依据,对比预测的摩阻扭矩和实测的摩阻扭矩,可以监测井筒清洗程度,预防严重事故的发生。为此,建立了一种大位移井摩阻扭矩力学分析新模型。对于井眼轨迹曲率不同的部分及钻柱刚度不同的部分,采用不同的计算模型,这将提高模型的计算精度;钻柱的某个部分采用何种模型不需人为指定,而完全由程序自动判断控制,这将增强模型的适应能力。考虑底部钻具组合(BHA)中稳定器的影响,将底部钻具组合作为纵横弯曲梁模型,采用加权余量法进行力学分析;考虑钻柱的刚度和井斜、方位的变化,对于除底部钻具组合的钻柱其余部分,由程序根据井眼轨迹曲率及钻柱刚度的大小,自动选用软绳分析模型或刚杆分析模型。

一种尾管固井中送入钻具悬重的简易算法

尾管固井施工中准确判断钻具悬重是一个关键环节。通过对尾管送入钻具进行受力分析,对送入钻具在套管内的悬重计算进行了研究,借鉴"软钻杆"模型,将送入钻具分为直井段、造斜段和稳斜段三部分,推导出各部分送入钻具悬重及摩阻计算公式,其中重点对造斜段建立圆弧模型并进行微积分。计算结果与现场实际称重吻合,验证了计算公式的合理性,证明推导的公式在现场实际有推广意义。

三维可视化HDD钻导向孔钻柱力学分析软件的研制与应用——以3300m长江天然气管道穿越工程为例

钻导向孔的成功与否是决定3 300m长江天然气管道穿越工程成败的关键,需要对钻导向孔的钻柱进行力学分析,提前判断钻柱的受力情况,并判断钻具组合是否满足施工要求。为此,综合利用传统的软钻柱模型和较新的ABIS模型,研发了HDD钻导向孔钻柱力学分析软件,可进行钻导向孔时钻柱的受力分析和三维图像显示。将该软件与国外常用的Ridgewood Software(RS)软件进行对比,从井口推力及井口扭矩来看,两者的计算结果很接近;同时还将该软件在某管道穿越工程中进行了模拟应用,将软件计算结果与实测数据进行了比较。结果表明:HDD钻导向孔钻柱力学分析软件能够很好地预测钻导向孔时钻柱的力学状态,并能用三维图像直观地显示导向孔内钻杆的变形与应力分布情况。该软件的成功研制与应用,为长江3 300m天然气管道穿越工程钻导向孔的钻具组合提供了技术支持,其国产化对管道穿越工程钻导向孔的设计和大规模的工程应用奠定了基础。

钻柱动力学仿真方法及模型研究进展

钻柱长期工作在充满钻井液的狭长井眼里,受力情况非常复杂。钻柱动力学研究对实际的钻井作业有重要指导意义。国外钻井服务公司在深入研究钻柱动力学理论的基础上开发出了各自的钻柱动力学仿真软件。介绍了美国Bakers Hughes、Smith Tool以及法国Drillscan公司开发的钻柱动力学软件及其理论模型,着重介绍了它们的建模方法及数值求解技术,最后指出了国内开发钻柱动力学仿真软件的重要性,提出在利用成熟商业有限元软件的基础上,通过二次开发实现钻柱动力学仿真的方法。

页岩气长水平井套管安全下入风险评估技术

四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区长宁区块页岩气丛式水平井段长度介于1 200~2 800 m,优质储层横向分布不均匀,水平段轨迹调整频繁,目的层井壁稳定性差,井漏、缩径、垮塌严重,水平井套管下入困难的井占比高达80%~90%,甚至部分井水平井套管无法下至预定井深,经济损失较大。为此,基于该区块页岩气水平井套管下入现场的实测数据,综合利用修正三维软杆管柱摩阻计算模型和数据统计分析法,对扶正器、井眼曲率、井斜、井径、摩阻系数等关键因素进行分析,提出了一套长水平段套管下入风险综合评估的新方法。研究结果表明:①累计井眼曲率较井眼曲率能更加直观地反映套管下入摩阻影响程度,当累计井眼曲率大于170°/m,套管下入摩阻开始快速增加,因而对于井眼曲率较大的水平井,需要避免井眼轨迹频繁调整,降低套管下入难度;②井径变异系数能够精确描述井径沿水平井眼方向上的变化幅度,对于地质条件复杂,井眼缩径、垮塌严重的水平井,通过统计分析井径变异系数来评估套管下入摩阻的影响能够有效提高预测精度,井径变异系数小于2%,套管下入摩阻影响较小,井径变异系数大于等于2%,套管下入摩阻影响较大。结论认为,应用于5口井的效果表明,评估结果与现场施工实测数据基本一致,证明该方法能够准确评估复杂地层条件下长水平井套管下入的风险。