深水钻井导管及表层套管竖向承载能力分析

根据深水钻井工况和桩基理论,建立导管及表层套管竖向承载能力分析模型,并给出了相应的计算方法。分析结果表明:导管的侧阻力占到总竖向承载力绝大部分比例;在粘土层中,不排水抗剪强度对导管竖向承载能力影响很大;在砂土层中,重度对导管的竖向承载能力影响很大;随着导管入泥长度的增加,导管的竖向承载能力迅速增大;导管直径越大,其竖向承载能力越大;一般情况下导管及表层套管柱组成的组合管柱竖向承载能力都能满足设计要求。     

海上CO2埋存井井筒温度压力影响因素研究

准确预测CO₂埋存过程中井筒温度压力场以及CO₂的物性参数变化对安全埋存至关重要。为此,建立了埋存井井筒温度、压力与CO₂物性参数的耦合计算模型,计算得到了实例井井筒温度压力分布以及CO₂物性参数随井深的变化规律,并对注入参数对于井筒温度压力分布影响规律进行分析。研究结果表明：井筒内CO₂流体的流速、努塞尔特数和对流换热系数随井深的增加而增大,密度、黏度、摩阻系数、导热系数和普朗特数随井深增加而减小,定压比热容在温度压力综合作用下有一定波动;注入温度对井筒压力和井底温度压力影响很小;注入速率增大会使相同井深处温度降低、压力升高,调节注入速率可以在对压力影响较小的同时有效调节井筒温度分布;注入压力的变化对压力梯度几乎无影响,在压力较大时对温度梯度影响较大,通过调节注入压力可以有效调节井筒压力分布。研究结果可为海上CO₂埋存井井筒完整性的准确评价提供理论基础。     

以井斜趋势角为指标优化防斜钻具设计

应用钻头与地层相互作用模型，综合考虑钻头和地层各向异性、钻头侧向力及钻头转角对井斜的影响，提出了“井斜趋势角”概念。针对各向同性地层，推导了“井斜趋势角”计算公式。分析表明：进行防斜钻具设计、优选钻井参数时，综合考虑侧向力、钻头转角及钻头各向异性等因素对井斜的影响是十分必要的；与“钻头侧向力最大”或“钻头转角最小”等单一指标相比，“井斜趋势角”指标考虑因素更全面、设计(或评价)结果更可靠。     

井眼防碰技术存在的问题及主动防碰方法探讨

意外的井眼交碰会为人类及环境带来潜在的甚至灾难性的后果,为减小此类事故的发生提出了井眼防碰技术,该技术在钻井应用中效果较差。结合井眼轨迹测量及计算理论与实践,对现有防碰技术进行了分析,得出导致井眼防碰工作失败的因素包括施工井随钻测斜数据存在误差,邻井轨迹参数精度低、失真或缺失,轨迹拟合方法过于理想化,防碰扫描方法存在缺陷等4方面。基于低精度的数据,过于理想化的轨迹拟合方法拟合出的井眼轨迹偏离实钻井眼轨迹,防碰扫描出的失真的轨迹间的相对关系难以等同于实钻轨迹间的相对关系。为此,提出了主动防碰理念, 认为主动防碰方法将成为未来井眼防碰技术的发展方向,并列举了3种可能解决防碰问题的主动防碰方案,即声波探测防碰技术方案、电磁波探测防碰技术方案、射线探测防碰技术方案,并就这几种方法的原理及优劣性进行了介绍。     

基于有限元的套管可靠度概率分析方法

传统的套管强度设计是基于影响因素的确定值而分析计算的,参数的不确定性往往被忽略或通过安全系数来补偿。为此,借助概率有限元方法,充分考虑几何模型的复杂性以及套管功能函数影响因素的随机性,建立了多随机性因素作用下的套管可靠度的Monte-Carlo模拟方法,预测了套管的安全可靠性。通过敏感性分析可以看出,外挤载荷影响因素为主时,载荷大小及其不均匀性、水泥环厚度和套管内压力对套管可靠度影响最大,在套管强度分析时,重点考虑这些因素更有实际意义。灵敏度分析只能计算影响因素与响应间的相关性系数,对于影响因素与响应呈非线性变化的情况,需要结合其他方法进行分析。最后指出,套管可靠度概率分析方法建立的基础是套管功能函数随机输入变量的统计特征,可信度较高的随机影响因素概率数字特征是该方法计算精度的决定性因素,因此,需要在钻井过程中建立完备的参数统计特征库。     

锥形齿旋冲及扭冲的破岩过程与破岩效率分析

为了解锥形齿在旋转冲击和扭转冲击载荷作用下的破岩过程和破岩效率,采用数值模拟和试验数据验证的方法,研究了2种破岩方式下不同冲击幅值和冲击频率对应的岩石内部应力变化、岩石损伤特征、岩石破碎体积和破碎深度、破岩比功。数值模拟分析结果表明,锥形齿在旋转冲击和扭转冲击破岩过程中均表现为切削齿侵入岩石、岩石损伤贯通裂纹萌生、岩石损伤贯通裂纹扩展、裂缝贯通岩屑崩落4个阶段,拉应力是引起岩石内部到表面贯通裂缝产生的主要原因,压剪应力是岩石内部出现损伤和形成微裂纹的主要原因。随着冲击幅值和冲击频率增大,旋转冲击和扭转冲击破岩方式下,锥形齿破碎岩石的体积都会增大,但当冲击幅值和冲击频率增加到一定值时,岩石破碎体积的增加趋势趋于平缓;锥形齿旋转冲击破岩方式下的最大破碎体积高于扭转冲击破岩方式。常规切削、旋转冲击和扭转冲击3种破岩方式下,锥形齿常规切削的破岩比功最大,不同冲击幅值和冲击频率条件下,锥形齿扭转冲击破岩方式下的破岩比功普遍比旋转冲击破岩方式低。      

静态推靠式旋转导向工具造斜率预测分析

旋转导向钻井技术是目前钻井工程技术领域研究的热点之一。为准确认识静态推靠式旋转导向工具在给定导向力等钻进参数作用下的造斜能力,根据工具导向特点,对翼肋推靠井壁进行受力分析,考虑翼肋随非旋转套转动时所受的切向阻力作用,修正了翼肋导向合力计算模型;在钻进趋势预测模型的基础上,进一步建立了推靠式旋转导向工具造斜率预测方法。通过采用纵横弯曲梁法求解静态推靠式旋转导向底部钻具组合钻头力学特性,并考虑钻头切削各向异性指数,编程实现了静态推靠式旋转导向工具造斜率的定量预测计算。与现场试验数据对比发现:建立的造斜率预测误差在±0.5°以内,方位变化率预测值较不考虑翼肋与井壁间摩擦时更加符合实际方位变化率,预测结果与实钻井眼轨迹数据的对比验证了造斜率预测方法的合理可行性,为下一步进行井眼轨迹调控指令的准确制定提供了依据。     

修正的系统误差分析方法在随钻测斜中的应用

利用系统误差理论,对常规的定向钻井中所使用的测斜仪的测量性能进行分析,改进了原有的模型,将测斜仪井眼不对中所引起的误差纳入随机误差范畴而没有在系统误差分析中采用。经过分析,实际的测斜过程中的系统误差源主要有深度测量误差、真实倾斜角误差、钻柱磁化误差、陀螺罗盘误差和罗盘参照误差。在一次测斜过程中,各个误差源是相互独立的,并且所产生的误差影响具有系统性。而且钻柱磁化误差所表现出来的不确定性不对称,其余的4种误差对井眼位置的影响呈现明显的正态分布特性。根据这些误差源的特性得到了改进后的分析井眼位置不确定分布范围的系统误差分析模型,并给出了具体的算例。     

出砂井套管损坏机理及预防措施研究

在油田开发中,采油套管损坏造成了巨额的经济损失。套管损坏是由许多因素造成的,其中油层 出砂因素不容忽视。通过分析辽河油田特种油开发公司的油井出砂情况及套管损坏规律,总结出了出砂 井中套管损坏的原因,包括套管压缩、屈曲、剪切、弯曲、挤毁破坏等机理,然后提出了一些有效的减 缓套管损坏速度、延长油水井寿命的措施和建议。     

静态推靠式旋转导向钻井系统的钻压传递效率

国内研制的静态推靠式旋转导向钻井系统正全面开展现场试验及初步应用,该系统正常钻进时导向翼肋施加到井壁上的静态推靠力会产生较大的摩擦力,有可能影响钻压传递效率和钻井速度。为此,基于该系统的结构及工作原理,考虑井壁无台阶和有台阶两种情况,分别建立了钻压传递效率分析模型,模拟分析了钻压传递效率随名义钻压、井壁摩擦系数,以及导向翼肋推靠力和前倒角的变化规律。研究结果表明:(1)该旋转导向系统对名义钻压有最小值要求,适当提高名义钻压有助于提高钻压传递效率;(2)无论井壁是否有台阶,如果导向翼肋推靠力之和越大、井壁摩擦系数越大,那么钻压传递效率就越低,当井壁有台阶时钻压传递效率明显低于井壁无台阶时的对应值;(3)井壁有台阶时导向翼肋前倒角对钻压传递效率影响明显,前倒角越大则钻压传递效率越低(甚至自锁)。结论认为,该研究成果有助于指导钻井现场合理选择和调控钻压。