水平井钻井减摩降阻工具研制及流场分析

在调研国内外现有降低摩阻和转矩的钻井工具的基础上,研制了新型水平井钻井用减摩降阻工具。介绍了该工具的结构,主要部件的作用,降低摩阻-转矩的原理及性能特点。该工具主要用于大位移井、定向井和水平井,不仅可以减少摩阻-转矩,还能减少套管磨损,接头磨损,防止压差卡钻,提高机械钻速。根据钻井流体携岩机理,并结合流场分析结果可知,特殊设计的导流槽还能提高井眼净化效率。     

深水钻井隔水管与地层管柱耦合力学分析

在深水钻井作业过程中,隔水管的安全对整个钻井过程至关重要。为了研究钻井系统在复杂海洋环境以及海底地质条件下的力学行为,综合考虑了海流载荷、海底地基反力、张紧力以及平台偏移量等因素,建立了隔水管与井口系统耦合的力学模型。采用解析法和有限元法结合,对力学模型进行了求解,并分析了张紧力和平台偏移量对隔水管和地层组合管柱力学行为的影响。分析结果表明:随着平台偏移量的增大,隔水管与地层组合管柱的横向位移相应增大;增加张紧力可以减小隔水管和地层组合管柱的横向位移和截面弯矩,有利于隔水管的稳定。研究结果对深水隔水管钻井作业具有指导意义。     

应力敏感效应的气井流量动态特征研究

在油气藏的开发过程中,特别是对于低渗透油气藏及火山岩油气藏的开发,储层岩石应力敏感性会明显影响油气藏的开发效果。文中考虑了表皮系数及孔隙受应力敏感效应影响而发生变形的问题,利用不稳定渗流理论建立了数学模型,并利用Stehfest数值反演法得到了模型实空间的解。根据实空间中无因次产量与无因次时间的变化关系,分析了表皮系数、无因次应力敏感系数、封闭边界以及定压边界对气井流量动态特征的影响。研究结果表明,科学合理地开发具有应力敏感效应的气藏,可保证气井和气藏的正常生产。     

探针式铣锥结构参数优化设计

针对套管大修时没有锥孔的铣锥其铣削效率低的问题,根据流体力学理论,对探针式铣锥结构进行了流体力学分析,推导出了流体对铣锥锥孔所产生周向力和扭矩的计算公式,计算了流体对6孔和8孔铣锥所产生的周向力和扭矩.对比计算结果得知,在相同条件下流体对8孔铣锥所产生的扭矩大于6孔铣锥.分析流体对铣锥锥孔所产生的周向力和扭矩的计算公式可知,存在一个流体对铣锥产生最大扭矩的锥孔流体入口角度,计算得这个最佳锥孔流体入口角度为45°.为有效增加流体对铣锥所产生的扭矩,提高铣削效率,可将6孔铣锥改为8孔铣锥,且将锥孔流体入口角度设计为45°.这为优化铣锥结构,设计新型、高效的套管修复工具提供了依据.     

裂缝性气藏不同完井方式渗流场分析

地层模型中具有多条不规则天然裂缝,有的裂缝直达井壁,有的裂缝相互贯通,造成渗流规律复杂,运用常规的解析算法很难对其进行计算求解。采用有限元方法,基于ANSYS软件进行建模,模型中对地层和裂缝采用同一种材料,通过引入裂缝放大系数来区分并描述裂缝对流体导流能力的增大。模型中考虑了钻井液入侵造成的井壁和裂缝污染带,通过引入污染系数来描述污染带的渗透率下降。通过模拟计算得出2种模型的渗流压力场分布、渗流速度场分布以及全井流量,并进行对比分析,为完井方式的选择提供较为直观的理论依据。     

套管破损修复新技术综述

近年来随着油田的不断开发,油井套管变形、损坏现象日趋严重,直接影响油井的产量和作业措施的实施,套管的补贴和修复技术在油田已得到越来越广泛的应用。     

插销式单闸板防喷器有限元分析

建立了插销式单闸板防喷器壳体、定位销轴和侧门的三维实体装配模型,并取出其关键部位做有效的简化得到有限元力学分析模型。考虑了材料的非线性以及接触问题的高度非线性问题,分析了在多种载荷情况下壳体、定位销轴和侧门上的应力、应变、位移情况和接触应力、接触状态,得出了应力集中区域,为防喷器设计的安全性和进一步优化设计提供了理论依据。     

轴向激励作用下钻柱的瞬态动力学建模与分析

在复杂结构井钻井过程中,由于摩阻转矩、粘滑、托压等影响,导致难以达到预定的靶点。近年来研制了一些辅助振动工具,例如水力振荡器、扭转冲击器等。这些工具的使用起到了提升钻进效率、延长水平段长度的作用。建立了在轴向激励作用下钻柱的瞬态动力学模型,该模型包括1个一维动力学模型和1个三维静态模型。运用该模型可预测复杂三维井眼轨迹和激励作用下钻柱的力学行为。分析了振幅、频率、摩擦因数、传播距离等影响因素,推导出了加入振动激励后钻柱和井壁之间的表观摩擦因数,并计算了振荡类工具的合理安放位置。该模型和计算结果为水力振荡器的设计和现场应用提供了理论依据。     

基于雨流计数法的减振器传动轴疲劳分析

针对常规钻井液条件下使用的钻柱减振器在应用到空气钻井中暴露出的缺陷与不足,分析了一种针对气体钻井特点而设计的新型空气钻井减振器。建立了这种减振器传动轴的三维模型,运用有限元计算了传动轴的应力和位移分布。然后定义了随时间变化的载荷谱,利用雨流计数法对载荷谱进行了简化和转换,研究了变载荷作用下传动轴的疲劳情况。结果表明,减振器传动轴断裂机理是疲劳断裂;传动轴上花键与光轴的过渡区和花键齿根底部过渡圆角部位是疲劳的策源区;花键齿根底部过渡圆角曲率过小是引起传动轴疲劳断裂的基本原因。     

多分支井连接段有限元流固耦合建模与分析

侧钻分支井会对原有地层应力造成扰动,改变2个分支之间连接段的应力分布。以岩石力学为基础,考虑了各向异性的地层应力以及稳态达西渗流的影响,建立了连接段的流固耦合模型。通过对所建模型的计算得出侧钻扰动后连接段附近的应力、位移和渗流场分布规律;采用摩尔-库仑准则图形化了连接段井壁的破坏情况,并且分析了模型中各种几何参数对连接段井壁稳定性的影响。分析结果表明,由所建模型得出的井壁破坏图可以正确地预测井眼周围哪些区域会出现井壁失稳现象;改变分支井眼直径对改善分支井连接段的应力集中作用不大,对连接段的力学稳定性影响很小。