考虑耦合效应的高温高压气井井筒温压分布预测分析

在气井的日常生产管理和动态设计分析中，温度和压力是两个非常重要的参数。依据动量、能量守恒定律与传质传热学基本原理，综合考虑影响温度和压力的因素，建立了测试温压分布耦合预测模型。该模型分为压力模型和温度模型2部分，在压力模型中考虑了井筒内流体重力、摩擦阻力以及动力变化的影响；在温度模型中，认为井筒中的传热是稳态传热，而地层中的传热是非稳态传热，并考虑了井筒热损失对温度产生的影响。采用四阶龙格-库塔法对该模型进行了耦合迭代求解，并利用四川某气田X井的实测数据进行了验证分析，以井底为基准分别对不同产量、不同气体相对密度和不同生产时间条件下井筒温度压力进行了敏感性分析，并对比分析了耦合模型与线性模型的预测结果。结果表明:随产量增加，井筒压力下降，温度升高；随气体密度增大，井筒压力降低，温度升高；随生产时间增加，井筒压力几乎保持不变，温度升高；井筒内温度沿井深呈非线性规律变化。该研究对选择合适性能的管柱和管柱安全作业具有指导意义。     

水力压裂基础研究进展及发展建议

中国低渗透、页岩、致密等难开采油气资源比较丰富，高效开发这类油气资源已成为保障国内油气供给的重要举措之一。水力压裂在难开采油气储层改造中得到了广泛应用，取得了显著的增储增产效果。为了更好地研究和发展水力压裂技术，介绍了国内外近年来水力压裂新工艺和水力裂缝起裂与扩展理论研究、数值模拟、物理模拟等基础研究成果，指出目前研究中存在的不足，分析认为工程与地质的匹配性、稳定与非稳态注入方式的选择性、水力压裂物理模拟与现场原型的相似性，是有效实施水力压裂新工艺的关键所在，并对未来循环注入和波动注入水力压裂研究方向提出了重点研究内容建议，包括非稳态注入流体形成机制研究、井筒压力波动行为研究、储层岩石起裂与扩展机理研究、压裂物理模拟试验与先导性试验、井下管柱动力学及控制技术研究等，以期尽快形成适合中国低渗透、页岩、致密等储层岩性的非稳态水力压裂工艺基础理论及配套技术，并制定非稳态水力压裂设计准则与施工规范。     

基于阿基米德双螺旋线原理的水力喷射压裂技术

针对水平井多级压裂双簇水力喷射效果不佳、上下游喷射器冲蚀不均匀和水平井筒内携砂流体中砂粒易沉降等问题，研究了基于阿基米德双螺旋线原理的水力喷射压裂技术。根据阿基米德双螺旋线原理，设计了双螺旋水力喷射压裂管柱及喷射器，并采用可视化试验方法对双螺旋特性进行了室内携砂评价试验；根据牛顿第二定律建立了水力喷射压裂工况下等径直管和双螺旋管柱内携砂流体中砂粒运移的动力学方程，得出了等径直管和双螺旋管柱内砂粒的运动速度计算模型。研究得出，双螺旋水力喷射压裂管柱及喷射器能起到螺旋旋流作用，均衡双簇水力喷射压裂效果和降低上、下游水力喷射器冲蚀的非均匀性；等径直管内砂粒的运动规律符合恒定加速度运动方程，双螺旋管内砂粒的运动规律符合变加速度运动方程。研究结果表明，采用双螺旋结构水力喷射压裂管柱及喷射器是可行的，在均衡多级水力喷射压裂效果和提高水平井筒内携砂流体携砂能力方面具有显著作用。      

波动注入压裂下井筒中不稳定流动的压力特性

为了准确地揭示波动注入水力压裂引起的井筒中不稳定流动的压力行为,考虑流体重力和摩阻的影响,根据膨胀管-弹性流体理论,建立了波动注入水力压裂下垂直井筒中不稳定流动的压力波动数学模型,指出压裂泵组与井筒之间存在波动干涉效应,研究了稳定和不稳定流动下环空压力的变化规律及其影响因素。研究结果表明:波动注入水力压裂作业中,井筒中产生了明显的不稳定流动,这种不稳定流动引起的压力波沿井筒呈现压力衰减现象;井筒中实际环空波动压力的振幅取决于井口处"变频压裂泵"强迫激励的波动压力振幅和波动排量振幅;与稳定注入相比,采用波动注入方式可以增加井底环空压力和降低井口环空最高压裂作业压力;井底环空压力会以脉动压力波的形式在裂缝中传播,不断加剧岩石疲劳损伤断裂,增加岩石微裂缝。研究结果对于更好地研究和应用波动注入水力压裂工艺具有重要的理论价值和现实意义,可为非稳态水力压裂工艺的先导性试验和规模化应用奠定理论基础。     

河南油田钻进参数的优化研究

结合目前广泛采用的钻进基本方程,对钻进录井资料、钻头磨损资料进行处理,运用优化反演法求取钻进方程中的各项系数,开发出基于系数反演法的钻井参数优化计算系统.应用该系统,对河南油田2口井的钻进参数和水力参数进行了优化计算,进而对累计进尺和钻进时间进行了预测分析,计算结果与实际数据吻合良好.     

承扭式连续管开窗钻具组合力学特性研究

针对目前连续管侧钻开窗工艺存在的动力钻具容易反转、切削动力不足等主要问题,提出了一种承扭式连续管开窗钻具组合,并介绍了其工作原理,建立了纵横弯曲力学模型,进行了侧钻窗口形状设计和铣鞋力学特性分析,讨论了钻压、动力钻具长度、柔性短节长度和抗弯刚度等参数对磨铣过程中侧向力、转角的影响。计算结果表明:侧向力随铣鞋偏心位移增加呈线性增大,在骑套段侧向力和转角不发生变化;侧向力随钻压升高由降斜力变为增斜力,随动力钻具长度增加先减小后增大,随柔性短节长度增加由增斜力变为降斜力,随柔性短节抗弯刚度增加而减小;铣鞋转角受钻具组合参数的影响小。研究结果表明:通过改变钻压、钻具组合尺寸参数可以调节开窗钻具组合的力学性能,控制磨铣过程中铣鞋的侧向力,这对现场钻井作业具有一定的指导意义。      

考虑延伸极限的大位移水平井最优钻井液排量设计

钻井液排量的大小直接关系到大位移水平井延伸能力的高低,为获得最大的大位移水平井延伸极限,笔者从钻井液排量的角度出发,提出了排量的优化设计原则,并给出了最优钻井液排量的设计方法。综合利用大位移井的裸眼延伸极限原理和水力延伸极限原理,并考虑井眼清洁的需要从而确定钻井液的排量范围,最终以获得最大的水平段延伸极限为目标,确定最优钻井液排量值。应用该方法对1口大位移水平井进行分析可知,其排量允许范围为26.2~42.9 L/s,最优排量值为31.8 L/s,其对应的最大水平段延伸极限为6 251 m。进一步研究表明:首先,在任意排量下,基于上述两原理获得的两水平段延伸极限值的最小值可以作为大位移水平井的水平段延伸极限;其次,两水平段延伸极限相等时的值即为最大水平段延伸极限,其所对应的排量值即为最优钻井液排量值;最后,该最优排量值既可以保证大位移水平井获得最大的井眼延伸极限,又可以满足井眼清洁的需要,井内压力也不会超过井壁稳定和钻井泵的最大承载能力。     

井下电磁源磁场在铁磁环境下的衰变机理研究

为了分析在电磁导向钻进过程中井下电磁源所受到的铁磁干扰因素,对电磁源磁场在铁磁套管影响下的衰变原因进行针对性研究。利用镜像电流分析法在恒定磁场边界条件下对于不同磁导率介质交界面上的磁场矢量的变化规律进行了分析,得出在井下套管的铁磁环境下其磁感应强度的衰变规律。利用软件分析了套管对电磁场的阻碍作用,并通过试验进行验证。研究结果表明:电磁源在铁磁环境下的衰变主要是由于在井下铁磁物质磁导率与周围其他介质磁导率存在的差异而导致的。     

大位移井钻井延伸极限研究与工程设计方法

大位移井在海洋、滩海、湖泊及山地等复杂地区油气资源的高效开发中应用广泛，大位移井钻井技术具有约束因素多、作业难度大、作业风险高等基本特点，其井眼延伸极限的预测和控制对于安全钻进意义重大。在概述国内外大位移井钻井延伸极限研究进展的基础上，重点介绍了大位移井钻井延伸极限的预测模型和分布规律，提出了基于延伸极限的大位移井钻井优化设计方法，并应用大位移井钻井延伸极限理论分析了萨哈林地区Z–42大位移井的水平段旋转钻进极限及完井管柱下入极限，认为提升钻机性能可大幅度提高井眼延伸极限，旋转接头和减阻接头可提高完井管柱的下入极限。研究结果表明，开展大位移井钻井延伸极限预测理论和控制方法研究，可为大位移井的风险预测、优化设计及安全控制提供科学依据。      

复杂结构井磁导向钻井技术进展

复杂结构井可以有效提高复杂油气田单井产量和最终采收率，磁导向钻井技术是复杂结构井钻井的核心技术之一。总结了近年来磁导向钻井技术的主要研究进展，包括邻井距离随钻电磁探测系统、螺线管组随钻测距导向系统及三电极系救援井与事故井连通探测系统等主要研究成果，重点论述了磁导向钻井的技术原理及井下磁信标、弱磁探测仪、测距算法及纠偏控制方法等关键技术，并介绍了磁导向钻井技术在SAGD双水平井、连通井、救援井及丛式井钻井防碰中的现场应用情况。其中，邻井距离随钻电磁探测系统已在稠油SAGD双水平井钻井中得以成功应用，不仅在注入井水平段实现了磁导向水平钻进，而且在造斜井段也实现了磁导向钻进。分析认为，需加强多学科协同创新研究，以进一步提高磁导向钻井系统的耐温性能或研发新型耐高温磁导向钻井系统，实现磁导向钻井技术在复杂结构井的推广应用，提高钻井效率，保证钻井作业安全。