深水控制泥浆帽钻井水力参数设计与计算

深水控制泥浆帽钻井技术可以应对严重漏失地层和高压、高含硫地层的钻井问题,但钻井水力参数的设计与计算较为困难。为此,结合深水钻井工艺流程,建立了深水控制泥浆帽钻井井底压力计算模型,给出了深水钻井不同工况下的钻井液密度确定准则和钻井液当量循环密度计算方法,并基于井筒内循环压耗分析得到了水面泵和水下泵的泵压计算方法;针对严重漏失地层和高压、高含硫地层的井筒压力分布特点,给出了该工况下的泥浆帽高度计算方法;结合井眼清洁准则和漏失量与漏失压差的关系,给出了牺牲流体排量计算方法,并以此为基础提出了深水控制泥浆帽钻井水力参数设计流程。以一口深水井为例,对控制泥浆帽钻井水力参数进行了算例分析,结果表明:泥浆帽高度主要由井底压力的大小决定,钻井液密度与排量的大小可对其产生一定影响,所以通过调节泥浆帽高度可以控制井筒压力。      

深水双梯度海底举升钻井系统水力参数优化设计

针对深水钻井中遇到的地层压力与破裂压力余量过窄的问题,Conoco和Hydril公司共同研发了深水双梯度海底钻井液举升钻井技术(Subsea Mudlift Drilling,简称SMD)。基于SMD钻井系统的工艺原理,结合钻井水力学基础知识,建立了一种适合SMD钻井系统的水力参数计算模型,以最大钻头水功率为目标进行SMD钻井系统水力参数优化设计。对国外发表文献中的实钻数据进行验证,该水力参数计算模型得到的各管汇压耗与实际压耗误差在5%以内,计算结果表明该水力参数计算模型具有较高的精度。     

深水钻井喷射下导管水力参数优化设计方法

针对目前现有深水钻井喷射下导管水力参数设计方法没有较强理论支撑的问题,以射流和岩土力学理论为基础,推导出了导管喷射下入临界出口速度及临界排量的计算公式,并据此提出了深水钻井喷射下导管水力参数的优化设计方法,给出了设计原则和设计步骤.分析了深水钻井喷射下导管常用钻头与导管组合采用不同直径喷嘴时的临界排量,对于φ660.4 mm钻头和φ762.0 mm导管的组合,喷嘴当量直径为24.0 mm时,临界排量为69.5 L/s;喷嘴当量直径为26.0~30.0 mm时,破土直径最大为762.0 mm.在排量一定的情况下,喷嘴当量直径越小,能够破碎地层的强度也越高.对西非深水JDZ区块深水钻井喷射下导管的水力参数进行设计,选用φ14.3 mm喷嘴时,设计排量与实钻排量对比,误差不超过10%,证明该优化设计方法的设计结果合理,可用于深水钻井喷射下导管水力参数设计,指导现场施工.      

深水动态压井钻井技术及水力参数设计

深水钻井中钻遇浅层流十分危险,动态压井钻井方法是处理深水钻井浅层流问题的一种有效手段。文中从原理、特点以及关键装备等几个方面对动态压井钻井方法进行了介绍,并结合工艺流程,通过理论分析,得到了钻井液密度、排量、混配比,钻井液需求总量以及泵压、泵功率等参数的计算方法。计算结果表明,对井底压力起主要作用的因素是密度,需要精确控制与混配,在相同压力条件下,先钻小尺寸的领眼容易在排量满足要求的条件下控制浅层流。     

超深水平井钻井水力参数优选

基于传热学理论和井筒流动特性,通过建立超深水平井的井筒物理模型和温度场模型,考虑螺杆钻具的工作特性,以钻头和螺杆钻具组合的最大水力能量作为优选目标,建立了水力参数优选模型,分析了温度、压力对最小携岩排量的影响,并计算了最优排量和其他水力参数。结果表明:与不考虑温度、压力影响时相比,考虑温度、压力影响时的最小携岩排量增加了1倍;最小携岩排量随着钻井液密度和塑性黏度的降低而增大,塑性黏度是其主要影响因素;不同时刻的最小携岩排量存在一临界点,在临界点上、下井段确定最小携岩排量时,应采用不同时刻对应的最小携岩排量。因此,在超深水平井复合钻井时,应充分考虑温度、压力对水力参数优选的影响,以保证井眼清洁,提高钻井效率。     

幂律流体环空及钻头水力参数的计算方法

给出一种求幂律流体环空循环压耗及钻头和参数的计算方法。使用牛顿迭代法求紊流时的范宁摩阻系数，根据求出的压耗，并以最大钻头水功率或最大射流冲击力的工作方式为依据确定最优水力路线，建立了压耗－排量方程，以此来优化钻井水力参数和优选最佳喷嘴尺寸。     

钻井水力参数优化方法及应用现状

钻井水力参数优化设计对于提高钻井速度有着非常重要的意义。总结了目前在钻井优化软件中常用的3种水力参数优化设计原则及其在钻井工程中的应用方法,并介绍了这些优化方法的差异和发展趋势。针对国外主要钻头生产商提供的水力计算软件及部分钻井仿真软件中的水力学计算模块进行了对比分析,指出了发展具有自主知识产权的钻井水力优化设计软件需要注意的问题及解决方法,对于优化钻井设计具有指导意义。     

深水钻井增压管线开启判别及参数优化研究

深水钻井过程中钻井液从套管环空返至隔水管段时,由于隔水管段环空尺寸突然增大,钻井液流速降低,携岩效率下降,从而导致钻井事故的产生,而深水区域目的层压力窗口非常小,难以通过增大海上平台钻井泵排量的方法来提高隔水管段携岩效率.鉴于此,基于井筒流动与传热理论,考虑钻井液流变性随温度变化特性,提出了深水钻井增压管线开启判别方法...     

PDC钻头钻井水力参数优选设计探讨

本文从实践和理论两个方面讨论了水力参数对PDC钻头和牙轮钻头机械钻速的影响。在泵功率一定的条件下,PDC钻头的机械钻速对排量更敏感,而泵压对牙轮钻头机械钻速的影响更重要,其原因是钻头结构和破岩机埋不同。通过水力因素的分析,认为井底漫流与射流对机械钻速都有极其重要的作用,最佳水力效果不能仅仅在射流水功率最大时达到,还必须同时考虑漫流的水力作用。作者提出漫流水功率的概念,并以漫流水功率最大为约束条件求取射流水功率的极值,建立了PDC钻头最优排量与泵压的关系式,提出了实用的PDC钻头钻井水力参数优选设计方法。     

连续管钻井水力参数计算软件开发

鉴于我国目前还没有连续管钻井水力参数计算软件的现状,结合现场作业条件、前期计算模型分析和试验研究结果,编写了连续管钻井水力参数计算软件,并对软件的实用性进行了验证。软件采用菜单框架结构,一级框架采用菜单形式,二级菜单的引出全部采用窗体形式,充分考虑油田现场实际和操作人员要求,力求操作简单,界面简洁,功能完整。根据相关参数,软件可以对连续管钻井所需最小泵压和合适排量选择提供帮助。实例验证结果表明,该软件可以很好地实现预定功能,对现场作业起到指导作用。     

泡沫钻井水力参数优化方法研究

泡沫钻井在国内外已得到广泛应用,但关于水力参数优化设计的方法还未完善。基于多相流理论和携岩理论,通过理论计算和分析,总结出泡沫钻井水力参数优化设计方法,即通过临界气液比与井口回压线性关系确定最优气液比;通过不同井深下最低井底压力确定最优井口回压,结合最优气液比、最优井口回压、井底压力、岩屑浓度确定最优泡沫流速,最后根据最优泡沫流速确定最优注气流量和注液流量。实例计算了井眼直径为200 mm、钻杆外径为114.3 mm、井深为1 980 m、钻速为9m/h、18 m/h、27 m/h对应的最优水力参数。提出的优化方法对泡沫钻井水力参数优化有实际指导意义。     

钻进参数优化研究综述

钻进参数优化是钻井工程中的关键技术之一。介绍了现有的钻进参数优化数学模型,并对适用于模型求解的几种常用传统优化算法、人工智能优化算法及改进的混合算法进行了总结分析,最后提出了当前钻进参数优化研究中仍需解决的问题及未来研究趋势。     

物探螺旋钻机钻杆液压夹紧机构的设计计算

利用ANSYS大型有限元分析软件,对新设计的物探螺旋钻机钻杆液压夹紧机构进行了数值模拟分析计算。分析计算结果表明,当钻杆液压夹紧机构的钳体材料选择ZG310-570,所用液压马达的排量为390 mL/r时,该系统在最小驱动压力4.82 MPa、最大驱动压力7.30 MPa时才能正常工作。这种数值模拟分析为进一步改善钻杆液压夹紧机构的受力,改进机构的设计提供了依据。     

锥形喷嘴流量系数及水力参数的理论计算方法

通过对锥形喷嘴内流动阻力的分析,推导出锥形喷嘴流量系数的理论计算公式,该公式考试喷嘴结构和流体物理性质及流态的影响,克服以前靠经验取值的不足,具有较为广泛的适用性,计算结果与实验结果基本一致,误差在2．6％以内,并给出喷嘴水力参数和射流水力参数的计算公式,为喷射钻井等工作提供了理论依据。     

深水钻井隔水管顶张力计算方法

通过隔水管受力分析,提出了既能保证隔水管稳定性又能满足底部过提力要求的深水钻井隔水管顶张力计算方法,以南中国海某超深水井为例对其进行验证,并与两种常用计算方法进行了对比。基于管柱力学原理,分析了真实轴向力与有效轴向力对隔水管力学行为的影响,结果表明:真实轴向力决定隔水管底部对隔水管总成的拉力,有效轴向力决定隔水管稳定性。通过隔水管在内、外压作用下的受力分析,建立相应的力学模型,推导出新的顶张力计算方法,弥补了美国石油协会(API)算法和法国石油学院算法的不足。现场应用实例分析结果表明:采用该方法计算的顶张力设置值与现场实际作业时顶张力值基本一致,且计算结果优于API算法及法国石油学院算法的计算结果,可以用于指导隔水管设计及施工。图5表1参11     

钻井液优化设计的智能化方法

在分析整理实际生产中的钻井液优化设计过程的基础上,开发了钻井液优化设计软件。首先通过智能化方法将地层参数予以量化,然后通过一定的匹配规则在钻井液特征库中搜索满足要求的钻井液体系,最后根据地层参数确定合理的钻井液性能范围。     

大型循环水泵进水水力条件的优化设计

论述了改善大型水泵进水水力条件的方法,并用水力模型进行验证。     

随钻地层流体保真取样筒保真参数优化方法

提出以地面预充氮气方法为主、井下增压方法为辅的随钻取样保真筒的设计思路,对其工作方式、取样参数优化方法进行讨论.取样筒中氮气腔的作用相当于储能气垫,可在一定程度上补充取样过程中因温度变化带来的压力损失,井下增压则是将样品尽快地压入样品腔,并进一步提高样品压力来弥补氮气腔无法提供的压力补偿.通过对取样保真筒工作方式的分析...     

水力射流深穿透射孔产能分析及参数优化

水力射流深穿透射孔工艺及增产机理与常规射孔有很大差异,影响产能的因素更加复杂。基于势叠加原理和微元线汇渗流理论,考虑各射孔孔眼之间流动干扰作用、射孔段变质量不规则管流以及油藏渗流和孔眼耦合流动作用,建立了水力射流深穿透射孔井产能评价分析模型,对影响深穿透射孔油井产能的主控因素及规律进行了研究。结果表明,孔眼数量、射孔深度、孔眼在平面上的分布和纵向射孔密度是影响产能的主要因素,对这些参数进行了优化,为水力射流深穿透射孔工艺方案设计提供了理论依据。