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。     

大型丛式井组平台位置优化方法

丛式井组钻井平台位置优选是丛式井钻井技术中的关键问题之一。根据地质靶点的分布情况,将“控制靶点位移之和最小”,或“控制井眼长度之和最小”,或“控制钻井成本之和最小”等条件作为优选平台位置的指标（目标函数）,建立了丛式井钻井平台位置优化数学规划模型,并根据遗传算法的理论原理对模型进行了求解。实例分析表明,所建立的模型及遗传求解方法能够在综合考虑地面限制条件等环境因素的前提下,优选出钻井平台位置,并满足现场安全钻井施工的要求,同时大幅度降低了钻井综合成本,发挥出了丛式井钻井技术的优势。     

邻井套管对井斜方位角的影响

为了明确邻近油井套管对井眼轨迹描述的影响,测试研究了套管在不同倾斜角状态、距离和方位对在钻井井斜方位角的影响。试验中用测斜仪记录井斜方位角数据,通过井斜方位角失真值来表征受干扰后的井斜方位偏转状态和趋势,总结了数据失真规律。试验表明,竖直套管引起的井斜方位角严重失真区域在0.9 m范围内,相对方位角0°~180°对应的方位失真值是正值,相对方位角180°~360°对应的方位失真值是负值;倾斜和水平套管引起井斜方位角失真区域分布类似,严重失真区域在1.5 m范围内,相对方位角0°~120°和300°~360°对应的方位失真值是正值,相对方位角120°~300°对应的方位失真值是负值。研究结果表明,可以用方位失真值表征邻井对井斜方位角的干扰,为有邻井存在时的井眼轨迹描述和矫正提供了技术支持。      

油井套管对地磁场的影响实验

油井中的铁磁质套管受到地磁场磁化作用会产生磁化磁场,引起套管附近的地磁异常。通过对地磁异常的分析,可以判断邻井的方位。实验中利用套管在地磁环境中分别模拟了竖直井、斜井和水平井3种情况,研究了套管对地磁场所造成的影响,总结了套管对地磁场影响的规律。实验表明:邻井为斜井、水平井时,二者所引起的地磁场强度异常区域分布相似,且异常区域较大,所引起的磁工具面偏角异常分布也如此,在井的NW、SE方向磁场强度异常较大,在NE、SW方向磁工具面偏角异常较大;邻井为竖直井时,引起的磁场强度和磁工具面偏角异常区域较小,其分布与斜井、水平井不同,在南北方向磁场强度异常较大,在东西方向磁工具面偏角异常较大。通过磁场强度异常和磁工具面偏角异常的分布可判断邻井的方位。     

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。     

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。     

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。     

“空中足球场”罩蓬网架施工

足球场观众席上的罩蓬多为高空悬挑式网架结构，而土建施工单位一般施工时均将观众席与主体同步施工，这就给后期的网架安装带来一定难度。本文结合悬挑30m的网架罩蓬，采用“推进式”吊装法进行施工的实例，介绍一种新的特定条件下的网架施工方法。     

网壳结构的“逆作法”施工

本扼要介绍了网壳结构采用“逆作法”进行施工的具体方法及其优点。     

地磁环境下井内装备的磁化磁场强度及影响

邻井套管受到地磁场磁化产生磁化磁场,影响附近的地磁场,并影响测斜仪的磁测量参数,对钻井施工中井眼轨迹防碰和定向施工造成影响。建立了邻近油井为磁干扰源的磁场模型,分析结果表明:竖直井筒在地磁场作用下受到磁化产生的磁化磁场在一定区域内对地磁场产生了干扰,从井筒外壁到距离井筒轴0.5m为强干扰区域,距离井筒轴0.5～2.0m为少量干扰区域,距离井筒轴2～3m为无干扰区域,设计的井间距应2m。