天然气水合物钻井井壁坍塌风险评估与控制研究

水合物地层未固结成岩且钻井过程中温压环境改变使得水合物地层稳定性下降，易导致井壁坍塌事故发生。针对天然气水合物钻井井壁坍塌风险，借助模糊证据理论与T-S模糊门处理致因事件的认知不确定性，分析天然气水合物钻井工艺特性及井壁坍塌事故类型，划分事故后果损失等级，定量评估天然气水合物钻井井壁坍塌风险。为高效控制天然气水合物钻井井壁坍塌风险，提出基于成本的风险控制决策方法，考虑执行风险控制决策的效用和成本，依托遗传算法建立井壁坍塌风险控制优化模型，计算不同决策对井壁坍塌风险值的影响，综合考虑风险的可接受水平与决策成本，确定最优风险控制决策方案，为水合物钻井过程中的井壁坍塌事故风险管控提供支持。     

用模糊综合评判法评价井壁的稳定性

针对影响油气井井壁稳定性的因素多、判别难度大等问题,通过对影响井壁稳定性诸因素综合分析的基础上,结合不同油气井工程实践的具体情况,提出了利用多级模糊综合评判法判别油气井稳定性的有效方法,并利用实例对该方法的运用过程进行了较为详细的阐述.该方法增强了井壁稳定性分析预测的科学性和稳定性,该方法可操作性强,克服了以前靠经验判别井壁稳定性的缺陷,为现场施工决策者判断作业井的稳定性提供了一种新的方法.     

钻井井下事故风险模糊评估技术研究与应用

介绍了钻井井下事故风险的基本情况,分析了影响井下事故风险的钻井液密度、流变性、滤失量、岩石类型等7种因素,并在此基础上建立了"井下事故风险评估指标体系",明确了各项指标的评估标准与等级。应用风险模糊综合评价方法、权重层次分析法,将模糊语言转化为量化的"事故风险概率",从而实现了井下事故风险的模糊综合量化评估。应用井下事故风险评估方法对CB钻井业务项目部下设的7个钻井现场进行了评价,得到了钻井井下事故风险量化分值。     

基于可靠度理论的斜井井壁失稳风险评价方法

由于地质环境的隐蔽性和复杂性,地质力学参数和岩石力学参数具有很大的不确定性,井壁稳定分析中忽略不确定的影响可能导致钻井液密度设计不合理,进而直接影响钻井井壁稳定。国内外学者对确定参数条件下的井壁稳定开展了深入的研究,但对不确定参数条件下井壁稳定影响的研究并不深入,尤其是对于任意斜井失稳风险的评价。为此,在井壁稳定孔弹性力学模型和崩落宽度模型基础上,建立了基于可靠度理论的井壁失稳风险评估方法,采用Monte-Carlo随机方法模拟了四川盆地CW气田直井、斜井和水平井的井壁失稳风险,并系统分析了参数均值和方差对井壁失稳的影响规律。研究结果表明：①随着井斜角增加,井壁坍塌当量密度显著增加,井壁破裂当量密度显著降低,不同井型失稳风险与常规井壁稳定规律基本一致。②考虑参数不确定影响后,坍塌当量密度增加、破裂当量密度降低,安全密度窗口逐渐变窄,说明参数不确定影响不可忽略。③崩落宽度对井壁坍塌影响显著,崩落宽度越大则井壁坍塌可靠度越高,在不发生井壁失稳事故的前提下,允许适当的井壁崩落有助于提高成功钻井概率。④4参数均值和变异系数敏感性分析结果表明,影响井壁稳定最为显著的因素为地应力,其次为孔隙压力和岩石强度;随着变异系数的增加,坍塌当量密度逐渐增加、破裂当量密度逐渐降低,安全密度窗口逐渐变窄,井壁失稳的风险越高。     

地应力场对水平井井底临界坍塌压力的影响

井壁的剪切垮塌,是钻井过程中经常遇到的井壁稳定性问题,严重地影响着钻井的速度、质量及成本。为减少井下事故、规避钻井风险,降低钻井成本,基于线弹性力学模型,运用Drucker-Prager(德鲁克-普拉格)准则针对地应力场对水平井井底临界坍塌压力的影响进行了计算分析。结果表明,在井壁稳定性问题中,水平井井底临界坍塌压力的大小不仅受地应力场中应力大小关系的影响,而且与水平井方位角、井周角存在着一定的关系。在实际钻井过程中应根据实际地应力大小、方向及储层条件确定最佳钻井方式,以期达到最佳钻完井效果。     

一种地震裂缝预测与岩石力学相结合评估井漏风险的新方法

钻井过程中发生井漏的情况较为复杂,引起井漏的因素有多种。准噶尔盆地玛湖油田A井区二叠系上乌尔禾组储层低孔、低渗、横向非均质性强,井漏主要是由裂缝和地层破裂引起,常规利用地震裂缝预测评估井漏风险的方法效果不佳,需要探索更有效的井漏风险评估方法。通过对玛湖油田A井区已有钻井井漏、裂缝、岩石物理和地震的综合分析,形成了利用地震预测裂缝相对强度和裂缝视长度与利用叠前地质统计学反演预测岩石力学参数杨氏模量相结合的一种评估井漏风险的新方法——井漏综合指数法。该方法同时反映了裂缝和地层破裂对井漏的影响,并建立了井漏综合指数风险评估模型及分级评价标准。应用该方法对玛湖油田A井区2口最新完钻井进行井漏风险评估,评估结果与实钻情况吻合。基于井漏综合指数的井漏风险评估方法能有效评估储层低孔、低渗、横向非均质性强及水平井钻井地区的井漏风险,为油田现场钻井井漏评估,特别是水平井钻井轨迹优化提供了新的手段。     

考虑多弱面的非连续煤夹层井壁坍塌模型与规律分析

煤层多弱面结构会导致井眼力学稳定性更差,在钻井过程中极易发生掉块垮塌。为研究煤层井壁坍塌规律,文章基于MG-C和岩石弱面双准则建立了考虑地层产状、井眼轨迹和煤层多弱面的坍塌压力计算模型,分析了煤层多弱面对坍塌压力影响的主控因素和影响规律,并针对含砂岩和煤层的非连续煤夹层进行坍塌压力实例计算。结果表明：随着井斜角增大,影响坍塌压力的主控因素由割理面转变为层理和本体;当井眼方位与割理面互成约45°夹角时,割理面为主控因素;综合来看煤层多弱面结构对坍塌压力的影响更大,且以沿弱面发生破坏为主;随着层理倾角的增大,坍塌压力先增大后减小,在层理倾角约45°时坍塌风险最大;随着层理倾向增大,主要影响坍塌方位,对数值大小影响不大。文章研究成果可为含煤夹层在钻井过程中预防井壁垮塌提供更好的理论指导。     

井壁稳定问题的不确定性分析方法探讨

井壁稳定性失效是钻井工程中主要的复杂情况之一,给钻井作业带来了很大的困难和安全隐患。针对井壁稳定性问题,文中探讨了4种不确定性分析方法:蒙特卡洛(Monte-Carlo)模拟法、统计误差分析法、一次二阶矩法及一次可靠度法。分析发现,基于蒙特卡洛模拟法得到的结果更为保守,更有利于保持井壁稳定性。同时,对影响井壁问题的各个因素进行了敏感性分析,获取了井壁稳定性计算模型中最为敏感的因素:对于坍塌压力最为敏感的因素是最大水平地应力,对于破裂压力最为敏感的因素是最小水平地应力。研究结果有助于确定影响井壁稳定可靠度最为敏感的因素,并运用一定方法提高敏感因素的准确程度,最终减少坍塌及破裂压力预测结果的不确定性,从而提高井壁稳定的可靠度。     

基于模糊层次分析法的管道风险因素权重分析

以城市燃气管道风险特性分析为基础,对存在许多不确定性因素的管道风险及风险评价现状作了简要分析。引入模糊层次分析法,运用其严格逻辑性和两两比较法原理,确定管道事故风险因素的权重,有效解决了评价过程中的因素权重确定难题。通过实例计算说明了模糊层次分析法在城市燃气管道风险评估上的适用性和可靠性,使半定量评价法更合理且易于工程应用。     

基于层次分析法的坍塌卡钻风险预测

坍塌卡钻事故风险评估中确定引起坍塌卡钻风险因素的权重是一个重要环节,权数分配关系到评价结果的精确程度,应用系统工程中的层次分析法更加合理地确定了各风险因素的权重,减少了主观因素可能带来的偏差,为坍塌卡钻事故风险决策和风险管理提供了更可靠的基础数据。计算表明,用层次分析法确定各风险因素权重是比较实用可靠的,可以为系统地研究钻井事故、复杂风险评估问题提供有益的借鉴。     

模糊层次分析法确定管线风险因素权重

采用美国W.K.Muhlbauer提出的管线风险因素评分法,用模糊层次分析法和改进层次分析法分别计算其权重,并与层次分析法得到的结果进行比较,得出如下结论①层次分析法和改进层次分析法计算得到的结果并不理想,甚至严重偏离W.K.Muhlbauer提出的权重;②模糊层次分析法计算得到的结果和W.K.Muhlbauer提出的权重非常吻合;③层次分析法存在需要检验判断矩阵一致性的缺陷,改进层次分析法存在步骤繁琐,操作不便的缺陷;④模糊层次分析法可以应用于管线风险因素和其他类似因素权重的确定。     

利用地震属性钻前预测井壁稳定性

钻前准确预测井壁稳定性是防止钻进过程中井壁失稳的有效手段。声波时差和地层密度是井壁稳定分析的两个关键参数。根据地震记录与地层声波时差及密度之间存在的非线性关系，提出了利用地震属性钻前预测井壁稳定性的方法。从井旁地震记录中提取地震属性，通过RBF神经网络在已钻井段的地震属性与声波时差及密度之间建立起映射模型，以此为基础预测待钻地层的声波时差和密度。运用预测结果结合井壁稳定力学模型，确定岩石力学参数和地应力状态，计算井壁坍塌压力和破裂压力，确定安全钻井液密度窗口，实现钻前井壁稳定预测。该方法在塔里木油田的应用中取得了良好的预测效果。     

盐穴地下储气库稳定性评价系统及其应用

近年来盐穴地下储气库失效事件时有发生,因此提高其稳定性已经成为储气库安全运营的关键。为此,首先在对地下溶腔的内在特征、外界环境构成要素以及注采气运行状况进行详细分析的基础上,采用层次分析法构建了多层次、多指标的盐穴地下储气库稳定性综合评价体系,并根据实验和有限差分软件FLAC3D的数值模拟结果,建立了各评价指标的评分模型;进而结合模糊综合评判法确定了盐穴地下储气库稳定性评价的定量值和稳定性等级,并以此为基础设计开发了盐穴地下储气库稳定性评价软件以方便对储气库稳定性进行预测和管理;然后以江苏金坛储气库为例对地下溶腔稳定性进行了定量评价,并将该评价结果与历史评估数据相比较。结果表明:在2~8 MPa采气压力条件下,评价系统预测结果与历史评估数据相吻合,储气库稳定性得分为50.618,稳定性级别为不稳定。最后进一步分析说明盐岩地下储气库应重点控制低压运行、高压运行、周围盐岩层厚度以及套管鞋高度等影响储气库安全的因素。该方法可为盐穴地下储气库的管理提供参考。     

各向异性地层中斜井井壁失稳机理

深部层理性地层井壁稳定性必须考虑地层物理力学性质的各向异性,然而目前井壁稳定设计方面仍粗略地将其近似为各向同性体,使得预测的维持井壁稳定的坍塌压力和破裂压力不能满足安全钻井的需要。笔者在研究层理地层岩石力学特性的基础上,获得了一种考虑地层方向特性的井壁围岩应力分布公式,分析了横观各向同性地层的井壁应力分布特征,建立了新的斜井地层井壁稳定分析模型。研究结果表明,岩石的弹性模量、地应力和地层倾斜度的变化对井壁围岩的应力分布和坍塌、破裂压力均会产生影响,克服了常规各向同性井壁稳定分析模型不能准确预测层理性地层斜井井壁稳定的难题。因此在钻井施工设计当中,须根据地层特性选择合适的分析模型,以更好地指导现场实践。     

稠油油藏优先开发排序方法

稠油油藏开发是一项投资大、风险大的工程。我国目前有大量的未动用稠油油藏，如果在投入开发前对这些稠油油藏进行优先开发排序，将对稠油油藏的动用决策提供指导，从而避免重大经济损失。提出了模糊数学和层析分析相结合的稠油油藏优先开发排序方法，应用模糊隶属度函数对稠油油藏实际参数进行了归一化处理。应用层次分析法求取各层析指标的权重，通过综合分析得到一个综合评价值，评价值高的稠油油藏优先动用。该方法在11个已开发稠油区块进行了实例验证，结果表明，评价结果与这些区块的实际开发效果吻合较好。     

钻井风险评价方法与模型建立

提出了钻井风险的多因素多层次综合评价方法,以层次分析法建模,并实现了该模型的求解。文中系统研究了层次分析法,为建模提供了依据,所建立的模型,阐明了多因素多层次与风险的关系。通过对实例的分析,说明该方法可行,有助于钻井风险评价与防范,并提供了一个便于计算的风险定量化模型。     

基于熵权模糊综合评判的换热器系统可靠度分配

针对换热器系统可靠度分配模型中的各元件,基于熵权模糊综合评判的思想,以综合评分分配法为例,利用熵权法、层次分析法和专家经验相结合,修正各等级评判集权重,用二级模糊综合评判来实现综合评分的定性分析和定量计算,从而把可靠度分配到各元件上,为其可靠性的计算打下良好的基础。该方法使模型的应用更加符合客观实际,具有一定的工程实用性。     

探井二开以下地层井壁稳定性钻前预测方法

综合分析钻井过程中通常遇到的井漏、缩径和坍塌等复杂情况,确定已钻层段的坍塌压力和破裂压力,结合神经网络理论建立地震层速度与坍塌压力、破裂压力之间的非线性映射关系,提出利用地震资料钻前预测勘探构造第1口井二开以下地层井壁稳定性的方法。中国西北地区某油田钻探某构造的YS—D井二开层段钻进过程中出现泥岩垮塌,三开层段开钻前利用该方法对三开层段坍塌压力当量钻井液密度和破裂压力当量钻井液密度进行了预测,基于预测资料调整了钻井液密度,钻进基本正常。该方法自2001年4月以来已在52口探井中成功应用。应用效果表明利用该法预测的三开层段钻头下部300m内地层的压力变化结果与实际钻井中得到的数据较为接近,达到了钻前预测井壁稳定性的要求。图3表1参25     

A new well path optimization model for increased mechanical borehole stability

Borehole collapse is the commonly encountered wellbore stability problem during drilling. The precursor of such borehole failure can be often eliminated by a proper determination of the critical mud pressure. Recently, Al-Ajmi and Zimmerman developed a new 3D analytical model to estimate the mud pressure required to avoid shear failure (i.e., borehole collapse) at the wall of an arbitrarily oriented borehole. This was achieved by using linear elasticity theory to calculate the stresses around the borehole, in conjunction with the fully-polyaxial Mogi–Coulomb criterion to predict failure. This model was used to study the behaviour of the collapse pressure under different in situ stress regimes. We found that the optimal drilling trajectory is directly related to the principal in situ stresses. Accordingly, we now develop a new analytical solution to optimize well path. The stability model has been applied to several field cases, from the North Sea, Indonesia and the Arabian Gulf, and the new model in each case is consistent with the field experience. We conclude that the optimal wellbore profile can be ensured by employing this new analytical stability model.     

基于模糊综合评判法的地下储气库方案优选

地下储气库的设计方案涉及因素多,必须对方案从整体上进行综合评价,建立正确的决策模型,从而客观合理确定优选方案.介绍了改进层次分析法及模糊综合评价法的原理,提出了将改进层次分析法和模糊综合评价相结合的决策模型.将该决策模型应用于北京某地下储气库方案优选,在优选过程中考虑了影响地下储气库建设方案的8个主要因素,对备选的6个方案建立了“优、良、中、差”4个评价等级,利用改进的层次分析法确定了各因素的权重,并对各方案进行了模糊综合评价.结果表明该决策模型所选方案与实际所选方案一致,说明了该决策模型的适用性.