一种控制盐层段井眼闭合率的钻井液密度新公式

针对钻井过程中钻遇的盐层段井眼蠕变缩径问题,利用弹塑性力学理论,蠕变本构方程采用Heard蠕变方程,在平面应变和均匀地应力假设下,推导出控制井眼收缩的钻井液密度新公式,该公式与前人推导的公式不同。通过理论分析,指出产生差异的根本原因在于蠕变应力差(极坐标下表示的径向应力与切向应力之差)公式的推导上,用有限元法计算结果对理论公式进行检验,证明是可行的。对文中的力学模型采用有限元法建模、求解,利用求解结果对各应力差公式进行验证,得出:根据文中公式计算结果与有限元法计算结果完全一致,而据前人公式计算结果偏离有限元计算值较大,从而间接证明了该钻井液密度新公式的推导更严密,更准确。     

川西新场构造地应力分布规律研究及其应用

在充分利用现场加砂压裂、测试压裂数据的基础上，精确求取了新场构造不同层位的最小地应力值，并将该最小地应力与压裂测试同期地层压力建立联系，研究发现该区最小地应力与对应地层压力之差值与垂直深度呈线性关系，且相关性极高。该公式的提出解决了新场构造须家河组压裂资料少、裂缝闭合压力求取难的问题，为钻井、固井、压裂施工提供了科学指导；该区须家河组应力绝大部分处于走滑应力状态，最小地应力为最小水平应力；针对须家河组钻井诱导张性裂缝发育的现象，还推导了水平最大地应力的计算公式，并应用到几口重点深井的地应力场求解中，为须家河组天然裂缝渗透性分析提供了准确的地应力模型。     

页岩气水平井生产套管变形机理及工程应对方案——以昭通国家级页岩气示范区黄金坝区块为例

针对四川盆地周缘昭通国家级页岩气示范区黄金坝区块2口页岩气水平井套管严重变形的情况,基于24臂井径套管变形测量、裸眼井径、电阻率电测、钻时及气测录井、固井CBL/VDL及CBL成像等资料,分析引起套管变形位置附近地层的地质与工程特征,利用三维成像分析软件分析24臂井径测量数据并进行三维成像,得到了变形套管的形态特征。研究结果表明:(1)极严重套管变形井段发生在构造裂缝发育区;(2)套管变形形态为上下方向为主的"S"形弯曲;(3)极严重套管变形呈现明显的遭受岩石高角度滑移挤压而横向剪切变形特征。据此提出建议:(1)该区应重点防范由岩石沿裂缝面滑移引起的剪切套管变形,利用产层段构造等值线图,设计井眼轨迹避开地下局部高陡构造的"脊部"或"谷底"位置;(2)利用产层段蚂蚁体分布图预测的裂缝带分布信息,使井眼轨迹沿裂缝带走向钻进;(3)推荐采用免钻磨大通径桥塞或全通径无限级完井工艺技术,避开压裂后常规桥塞钻磨工序,以确保压裂后的各级压裂层都能投产。     

热采井井筒热应力耦合的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS建立了热采井井筒热应力耦合的瞬态分析模型。分析结果表明,注汽初始阶段套管内会产生较大的热应力;由于套管材料的膨胀系数大于水泥环的膨胀系数,在注汽过程中水泥环限制了套管的热膨胀,从而在套管外壁产生较大的热应力;经过几轮蒸汽吞吐,套管上会积累较高的残余应力。该分析为建立合理的热采井套管损坏预防措施提供可靠的依据。     

深井岩盐层套管外载的三维有限元分析

深埋于地下的岩盐在一定地应力和温度作用下发生蠕变,对井中的套管产生随时间而变化的外载,致使套管变形甚至挤毁,为此,针对塔里木油田羊塔地区岩盐层的温度、应力状态及其蠕变特性,建立了岩盐层、水泥环和套管耦合的三维有限元力学模型,研究了地应力状态及其大小、井内液体支撑压力对岩盐层套管受力的影响规律。研究表明,非均匀地应力作用下,盐岩蠕变产生的套管外载是非均匀的,在最小地应力方向的套管外载最大,此时若按上覆地层压力计算套管外挤载荷局限性较大。应用新模型对深井、超深井封固岩盐层的?250.83 mm套管、?177.8 mm套管和?206.38 mm 3种技术套管的强度进行了分析,计算结果与该油田技术套管挤毁的情况吻合,可见新建模型是合理的,可为深井岩盐层套管强度设计提供理论依据。     

倾斜盐岩层段井眼蠕变缩径分析

文章用盐岩蠕变的非线性有限元法建立了具有倾斜盐岩夹层的地层有限元模型。研究了新疆某油气田钻遇的盐岩层段钻井液密度、地层倾角与井眼蠕变缩径的关系。研究表明，增大钻井液密度，可有效地减缓蠕变缩径。地层倾角对井眼蠕变缩径的影响较复杂，对于上覆岩层压力大于水平应力的情况下，井眼初始蠕变量随地层倾角增大而增大。地层倾角对井眼后期蠕变（稳态蠕变）缩径的影响不仅与倾角大小有关，还与蠕变应力差有关。当蠕变应力差较小时，即钻井液密度较大时，蠕变速率随地层倾角增大而减小。当蠕变应力差较大时，对于该井蠕变岩层段，地层倾角小于15°时，蠕变速率随地层倾角增大而增大，地层倾角大于15°时，蠕变速率随地层倾角增大而减小。该研究结果为盐岩段井眼稳定性分析和提供合理的钻井液密度具有指导意义。     

套管损坏过程的计算机模拟研究

根据某油田地质构造图、地质资料、地震资料以及测井资料等，用ABAQUS软件建立了该油田套管损坏区块注水和采油开发过程的计算机仿真有限元力学模型，模型中包含了地层温度梯度、地层岩石密度、初始孔隙压力、注水压力、生产压差和注采时间为5a的复杂力学系统模型，根据弹塑性理论、非线性数学理论建立了数学、力学模型以及地应力与注水开发的耦合力学模型，用非线性数学理论对其进行理论求解。根据该研究成果，模拟了不同参数下地层的滑移对套管的损坏机理与预防措施，反演出了该油田油水井套管剖面注采5a后的位移场和地应力场的分布，为分析套管损坏机理提供了定量的理论数据。     

溢流关井水击压力的计算及结果讨论

关井水击压力的大小直接决定了现场是采用“软关井”还是“硬关井”方式关井。通过对该问题的研究，认为无论采用何种方式关井，其求解过程相似，只是初始条件有变化。在描述关井时一阶拟线形偏微分方程组的基础上，提出采用LW有限差分法进行求解具有可行性和收敛性，并编制了相应的计算机程序。研究表明该方法适用于“软”、“硬”关井的水击压力计算，具有工程指导意义。     

盐岩层钻大斜度井的井壁稳定性研究

针对盐岩井段易发生蠕变缩径,引起卡钻、固井后又易发生挤毁套管等事故的现象,应用有限元方法,建立了描述盐岩层中斜井井眼蠕变缩径的空间力学模型,从岩石力学角度分析了塔里木油田羊塔克地区盐岩层钻大斜度井的井壁稳定性,论述了一定地应力状态下井斜角和方位角对井眼缩径的影响规律.该研究成果为盐层段定向井井眼轨迹设计、合理确定泥浆密度和盐岩层钻井施工提供了理论参考,已成功应用于塔里木地区钻遇盐岩层时钻井工程的设计和施工.     

潮水流速对钻井隔水导管入孔影响的有限元分析

在钻完导管段后下隔水导管时,受潮水流速的影响,若潮水流速较大则会导致隔水导管入孔困难。通过有限元分析软件ADINA,建立了流体?海水与固体?套管相互作用的流固耦合有限元模型。经过分析可知,潮水流速越大,导管入孔时最终平衡状态下的横向偏移量越大;由于隔水导管的阻流作用,靠近导管前端潮水产生很强的绕流,导管后端附近区域产生局部涡流;在4种潮水流速（0.60、0.70、0.80、0.90 m/s）下,雷诺数及当量绕流阻力系数均处于合理区间;当钻井井眼扩径后井径为889.0 mm、下入508.0 mm隔水导管时,在潮水流速小于0.59 m/s时,不会发生遇阻现象;在潮水流速大于0.83 m/s时,会出现入孔困难现象。因此,建议潮水流速下降至0.59 m/s以下再下入隔水导管。模拟分析结果对海上油田钻入法下隔水导管具有较好的指导意义。