特深井钻柱动力学特性模拟与分析

随着钻井深度不断增加,钻柱运动所涉及的力学问题变得更加复杂,钻柱动力学特性模拟及分析可为安全优质高效钻井提供支撑。为了探求特深井钻柱的运动特性,将钻柱运动的控制方程采用Newmark法对时间离散后,运用SOR节点迭代法,对每一时间步的钻柱整体构形进行求解,实现了总长超9000 m的钻柱动力学特性模拟,不仅给出了钻柱4个典型位置的涡动轨迹、涡动速度和横向加速度,还分析了钻柱的粘滑特性。分析结果表明,上部钻柱的涡动及粘滑现象不明显;随着位置下移,出现不规则涡动及不充分粘滑现象;近钻头位置的钻柱会出现较剧烈涡动,也会出现粘滑振动;中性点位置处钻柱的涡动最为剧烈、碰摩严重,可能给钻柱带来安全隐患。研究结果为特深井安全钻井提供了理论依据。

Study on a Polyamine-Based Anti-Collapse Drilling Fluid System

In complex strata, oil-based drilling fluid is the preferred drilling fluid system, but its preparation cost is high, and there are hidden safety risks. Therefore, the new progress of high-performance anti-collapse water-based drilling fluid at home and abroad is analyzed. It is difficult to prevent and control the well collapse. Once the well wall instability problem occurs, it will often bring huge economic losses to the enterprises, and the underground safety accidents will occur. In order to ensure the stability of the well wall and improve the downhole safety, the key treatment agent of water-based collapse drilling fluid is selected, the anti-collapse drilling fluid system is formulated, the evaluation method of drilling fluid prevention performance is established, and a set of water-based drilling fluid system suitable for easy to collapse strata in China is selected to ensure the downhole safety. The development trend of high performance anti-collapse water-based drilling fluid is expected to provide a reference for the research of high performance anti-collapse water-based drilling fluid system and key treatment agent.

多维度深水浅层建井方式优选方法研究

深水钻井作业具有海洋环境多变、地质条件复杂、作业风险大和日费率高等特点,深水浅层建井的方式难以选择。针对海底土质强度、建井质量、作业时效、经济性、风险控制等因素,根据现场作业工程数据,分别对不同建井工艺的适应性进行了分析,建立了单维度的适应性分级机制,并借助雷达图进行定量可视化,形成了多维度深水浅层建井方式优选方法。研究结果表明,水深500~1500 m的南海北部海域,单井作业时,喷射法一般为浅层建井最优方法,作业效率相比钻入法可提高50%以上。该方法已在中国南海几十口深水井取得良好应用效果,可为深水复杂地层建井方式选择提供定量评价方法。

油基钻井液用耐高温碳酸钙-聚氨酯核壳型微球井壁强化剂

为了提高油基钻井液的封堵性能,以氯化钙、碳酸钠、谷氨酸、2,4-甲苯二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡等为原料,通过水热法制备了刚柔并济的核壳型碳酸钙-聚氨酯井壁强化剂。通过测定流变参数、破乳电压、滤失量和侵入深度等,考察井壁强化剂加量对基浆流变性、稳定性和封堵性的影响。将井壁强化剂与钛酸钾纤维、海泡石、硅藻土和氧化沥青等材料复配,研究了复配井壁强化剂对油基钻井液润湿性、流变性、稳定性、封堵性和耐温性等的影响。结果表明,井壁强化剂以耐高温且具备一定形变能力的聚氨酯为壳、碳酸钙球为核,微球粒径约2μm;对基浆流变性和稳定性的影响较小,可显著提高基浆的封堵性能;加量为2.5%~3.0%时可实现良好的封堵效果,破乳电压为525~542 V、侵入深度为0.6 cm。最优配方的复配井壁强化剂可显著提高油基钻井液的润湿性;对基浆流变性的影响较小,有利于基浆稳定性的提升,破乳电压提高至637 V。复配井壁强化剂各组分发挥协同效应,可以针对不同孔隙的裂缝进行有效封堵,表现出较好的降滤失性能。在常温下的滤失量和侵入深度分别为1.0 mL和0.2 cm。在经过180℃高温老化8 h后,复配井壁强化剂依旧保持较好的降滤失性能,滤失量和侵入深度分别为3.3 mL和0.3 cm,抗高温性能较好。核壳型井壁强化剂的聚氨酯软壳利于微球进入诱导裂缝的最前端,碳酸钙硬核能促进应力的分散,防止裂缝的进一步延伸,实现对井壁裂缝的有效封堵,同时能与钻井液保持良好的配伍性,封堵性能优异。

高效破岩前沿钻井技术综述

高效破岩技术是钻井工程中的基础技术,是提高破岩效率、减少钻进时间和降低钻井成本的重要因素之一。着重介绍当前一些主要的高效破岩钻井技术,如高压水射流破岩技术、旋冲钻井破岩技术、粒子冲击破岩技术、激光钻井破岩技术、电子束破岩技术等,并综述了各种高效破岩技术的原理、特点和国内外发展趋势及当前应用情况等。分析结果表明:高压水射流破岩技术、旋冲钻井破岩技术等传统破岩技术在一定时间仍将是高效破岩钻井技术的主体,而激光钻井破岩技术、电子束破岩技术等新型高效破岩钻井技术处于探索阶段,但会逐渐成为钻井破岩技术的发展方向。

基于约束优化方法的三维多靶井眼轨迹设计模型

拓广了平面靶和三维靶的定义,建立了多靶三维井眼轨迹的坐标增量方程组,提出了基于约束优化方法的三维井眼轨迹设计新模型。该模型可用于解决多靶情形的三维定向井、水平井的井眼轨迹优化设计问题,优化参数不仅可以包含井深、井斜角、井斜方位角、井段曲率等井眼轨迹参数,还可以包含曲线井段的曲线类型,从而使优化设计结果更好,更适应复杂情况的设计问题。

欠平衡钻井随钻试井数学模型及实用方法研究

认为欠平衡钻井的物理过程与传统的测试理论的主要区别是 :随着欠平衡钻井的进行 ,井深不断增加 ,产层的暴露厚度是时间的函数 ;产能与井底压力是随时间变化的 .在原有的试井理论基础上 ,推导出欠平衡钻井随钻试井数学模型 ,并结合现有的试井方法 ,提出欠平衡钻井随钻试井实用方法——修正压降试井法和修正压力恢复试井法 .同时 ,结合两口井的欠平衡钻井现场实例数据进行了该方法的计算 ,结果与实际地层压力对比 ,偏差较小 。

用综合加权评分法优化钻井泥浆配方的研究

通过对影响泥浆质量因素的分析 ,进行了泥浆配方试验 ,并运用多指标试验的综合加权评分法 ,结合直观分析、极差分析 ,寻找出了一个最优泥浆配方 。

直推法压井技术

直推法压井技术是气井钻井液喷空后在井口装置可以关井、井内无钻具不能进行循环压井的情况下 ,综合考虑井口、井下条件、地层压力恢复特性和压井过程中的动态压力控制等因素的一种空井压井方法。该方法的关键是要掌握井内压井液液柱压力建立速度与关井后地层压力恢复速度之间的关系 ,确定出套压变化的转折点 ,即压井中的最大套压值 ,以此作为压井的边界条件 ,设计合理的压井程序。经三口井的现场压井资料验证 ,理论计算结果与实际压井数据基本吻合 。

中短半径造斜螺杆钻具在套管内的通过度

套管内侧钻中短半径水平井，由于造斜率比常规的中半径水平井要高得多（１°／ｍ 以上） ；因此，结构弯角必然较大，这就提出了这种钻具在套管内能否顺利下入的问题。文中根据最小变形能原理对钻具在套管内下入过程中的变形进行分析，解决了变形过程中边界待定问题，并对１２０ 双弯螺杆钻具和９５ 双弯螺杆钻具在１７８套管内的下入作了验证和验算，证实了能量法分析的可行性和有效性，并将原方案的１２０ 双弯螺杆钻具改为９５双弯螺杆钻具，以适应在１７８ 套管内通过。

评价钻井液、完井液对油层损害深度的新方法——梯度分析法

介绍了渗透率梯度仪的工作原理,并利用该仪器评价了钻井、完井液对油层的污染深度,梯度分析法是一种评价钻井液、完井液的新方法,为优选钻井、完井液的配方提供了理论根据。

气体钻井井壁稳定处理剂评价方法探讨

气体钻井遇到地层出水时,通常就要转化为雾化钻井、充气泡沫钻井或钻井液钻井。工作液中液相浸入,引起地层岩石的物理化学变化,可造成井壁垮塌,甚至会导致井下复杂情况及事故。为此,深入分析和总结了气体钻井遇地层出水后的特殊井下情况,提出了在特殊井下情况下泥页岩井壁稳定对处理剂的性能要求,并对气体钻井井壁稳定处理剂的实验评价方法进行了探讨。结果表明:综合运用滚动回收实验、封堵效果评价,压力穿透测试、抗毛细管力自吸测试以及岩石力学参数测试等方法,能够较全面地评价井壁稳定处理剂的抑制性、封堵性、抗毛细管力自吸等性能以及该处理剂对岩石力学性质的影响。

水平井钻柱摩阻力和摩阻力矩的计算

针对水平井的特点，提出对钻柱摩阻分段计算的方法，即对底部钻具组合（ＢＨＡ）段，采用纵横弯曲梁理论计算摩阻；对ＢＨＡ以上井段，用微单元力平衡分析法具体分析钻柱的受力，给出不同工况下水平井摩阻力计算的简化条件。探讨了泥浆粘滞力的计算公式和钻柱刚性效应的影响。在安塞油田、大港油田多口井的应用表明，在局部弯曲井段，钻柱的刚性对摩阻力有明显的影响；泥浆的粘滞力对摩阻力有一定的影响，所建模型与现场试验结果符合较好，能够为现场施工设计提供重要数据。

裸眼井盐岩蠕变力学行为分析

盐岩蠕变对石油钻井危害性极大。利用有限元分析方法对井下盐岩的蠕变进行了计算分析,确定了裸眼井在非均匀地应力下,井眼的半径收缩量、蠕变闭合时间与井深、泥浆密度、地应力系数、不均匀系数、时间的关系。计算结果在现场钻井中符合较好。

大位移井井壁稳定三维弹塑性有限元分析

现有井壁围岩应力求解模型大都基于平面应变假设,相对岩石真实应力状态会有一定的误差。在空间坐标变换基础上建立了大位移井井壁稳定分析三维弹塑性有限元模型,将井斜角与方位角的变化转化为井轴坐标系下地应力场应力分量的变化,保证了模型的稳定性。利用所建模型对弹性和弹塑性条件下的大位移井井壁围岩稳定性进行了研究。计算结果表明岩石在弹塑性条件下能够通过塑性变形吸收更多能量;在相同外载条件下,弹塑性岩石比脆性岩石更稳定。经过现场实例验证,在深部弹塑性地层钻进时,可以采取比常规设计稍低的泥浆密度,即能保持井壁稳定,又可以减少地层伤害。

天津地区地热钻井中地层漏失分析及堵漏方法选择

天津地区地热钻井中,井漏是常见的现象。按照地层差异,井漏可以分为孔隙型漏失和裂隙、溶洞型漏失两种,孔隙型漏失主要发生在砂岩、砂砾岩中,漏失量小,处理起来比较简单,裂隙、溶洞型漏失漏失量大,堵漏工艺复杂,且不易奏效。本文通过两种地热井漏失的成因分析,分别列举了它们各自的堵漏方法和施工中的注意事项,重点对堵漏难度大的裂隙、溶洞型漏失进行了漏层判定分析和堵漏方法介绍,并通过两项施工实例来加以佐证。此研究对地热钻井中的地层漏失及堵漏工艺有一定的借鉴作用。

定向井单弯单稳涡轮钻具造斜率预测

对于定向井单弯单稳涡轮钻具造斜率的预测,用现有的修正三点定圆法预测的是钻具几何曲率,不是井眼曲率,且对造斜能力影响因素考虑不全。利用纵横弯曲法的三弯矩方程,确定井下动力钻具上部切点,结合钻头中心点和下稳定器切点,建立了这三点所对应的井眼轴线上三点坐标,利用三点定圆原理,建立了三点定圆全坐标单弯单稳涡轮钻具造斜率预测模型。实例计算了3种结构涡轮钻具造斜率,对比分析了3种结构涡轮钻具造斜率随涡轮钻具结构角,稳定器与井壁间隙,偏心稳定器偏心距以及稳定器、偏心稳定器、结构角分别到钻头的距离等因素的变化规律,明确了稳定器对单弯涡轮钻具的造斜率影响较小,为减小深井卡钻风险,可不用稳定器或用偏心稳定器替代稳定器安装在近钻头处,能有效提高单弯涡轮钻具的造斜率。该方法综合了纵横弯曲法和三点定圆法的优点,实现了超深井单弯单稳涡轮钻具定向钻井造斜率的简便有效预测。

岩石可钻性各向异性评价模型研究

地层可钻性各向异性评价在直井防斜以及定向井井眼轨迹控制中具有重要的意义。为此,文章测试了大陆科探井岩心垂直于层面和平行于层面的岩石可钻性,以该实验数据及98组不同油气田、不同岩性的岩心垂直于层面和平行于层面可钻性实验数据为基础,用数理统计方法研究分析了垂直于层面和平行于层面岩石可钻性之间的相关关系,建立了用垂直于层面岩石可钻性预测平行于层面岩石可钻性的数学模型,给出了利用该模型评价地层可钻性各向异性的方法。

旋转导向钻井轨道设计及监测方法

井眼轨道的设计与监测技术一直是定向钻井中的研究热点。为了描述和计算井眼轨道 ,须建立一定的数学模型 ,目前国内外普遍采用的井眼轨道模型是圆柱螺线模型和空间圆弧模型。然而 ,井眼轨道监控中的核心参数是井斜变化率和方位变化率 ,但以往的井眼轨道模型却不能直接反映出对它们的需求。针对旋转导向钻井的特点 ,提出了一种具有通用性的三维井眼轨道模型。该模型适用于由直线段和圆弧段所组成的各种井身剖面 ,可广泛应用于斜直井、定向井、水平井。

钻井过程中裂缝性储层伤害机理及试验评价方法

在对裂缝性油藏岩石孔隙结构、应力敏感性、渗流规律研究的基础上,提出采用人为造缝的方法模拟地层岩石裂缝开度,通过测定钻井液污染前后岩心渗透率的变化,评价钻井液对储层的伤害程度。以哈萨克斯坦肯基亚克油田为例,针对钻井过程中的储层伤害机理进行试验评价。结果表明,对裂缝宽度很小的岩心,固相颗粒堵塞在岩心表面;对裂缝宽度大于100μm的岩心,固相颗粒进入岩心深处,造成严重伤害。裂缝宽度越大,伤害程度越严重。因此,对裂缝性油藏,如果裂缝宽度很大,应考虑使用平衡钻井或欠平衡钻井,以达到保护储层的目的。