临界井径计算分析与工程应用

针对钻井过程中松散砂岩、易水化泥页岩等地层易发生井下井径扩大、缩径甚至卡钻等复杂问题,提出了临界井径的新概念,采用了理论分析与现场模拟等方法,研究了其形成原理、影响因素。建立了临界井径反映井壁受钻井液冲刷的相关规律。为了定量描述井壁受冲刷的程度与井眼变化态势,定义了井壁冲刷系数,并用其来反映在特定钻井液流变参数与钻井液排量联合作用的情况下钻井液对井壁冲刷能力的大小。针对不同地层井壁对冲刷能力的不同需求,提出了基于井壁冲刷系数的钻井液流变参数与排量优选的理论及工程应用方法,并在钻井设计与优化施工中得到了广泛地应用。结果表明,基于临界井径的钻井液流变参数与施工排量优化理论,为钻井液流变参数与施工排量的设计与实施优化提供了一种可行的技术方法。     

钻井机器人的连续油管钻压和钻速控制模型

连续油管钻井机器人利用机身内外的钻井液压力差作为动力源，可在牵引连续油管的同时加载钻压。以钻井机器人为基础，建立连续油管钻柱动力学模型，并推导出通过钻井液排量控制钻压和钻速的单参数控制数学模型；对钻井机器人引入调速回路，建立具有调速功能的钻柱动力学模型；在溢流阀调定压力大于机身内外压差时，推导出利用钻井液排量和节流阀流通面积两种参数控制钻压、钻速的数学模型，在溢流阀调定压力小于机身内外压差时，推导出利用钻井液排量、节流阀流通面积和溢流阀调定压力3种参数控制钻压、钻速的数学模型；以11.43 cm（4.5英寸）井眼为例，对上述3种数学模型进行了分析。分析结果表明：钻压、钻速随钻井液排量的增加基本呈线性增加，在钻井液排量大于0.005 m³/s时，钻井机器人能够向前爬行，在钻井液排量大于0.005 7 m³/s时，钻头能够正常钻进；调节节流阀流通面积和溢流阀调定压力，可以在一定范围内无级调钻压和钻速；3种控制方法相结合，可以实现小排量、大钻压，及大排量、小钻压等钻井参数的控制。以控制模型为基础，针对不同井下工况建立钻进工艺的专家数据库，以钻井机器人为"大脑"，结合井下随钻测量数据就能够实现闭环控制，自动钻进。     

两口短半径水平井钻井液技术介绍

介绍了胜利油田河９０－平１井和盘４０－４１侧平１井两口短半径水平井钻井液体系选择及应用情况。分析了两口井钻井液技术要点，探讨了钻井液流变性能控制、泵排量选择、保护油层等方面问题。两口井钻井实践表明，正电胶及强抑制性聚合物钻井液体系及相应技术措施适合于该类型短半径水平井钻井施工。     

深水表层导管喷射钻进过程中钻井液排量优化研究

通过喷射法下表层导管模拟试验,综合分析了深水表层导管喷射钻进过程中钻井液排量对钻进速度、表层导管承载力及钻井液携砂能力的影响规律,并在此基础上提出了钻井液排量优化方法。本文研究成果已在我国南海荔湾、流花,西非,以及赤道几内亚等深水钻井实践中取得了成功应用,经济效益显著。     

多约束条件下的钻井液排量优选研究

在考虑环空携岩、地面机泵额定压力、钻井液当量循环密度、钻头水功率和井下动力钻具等因素的影响前提下对钻井液排量优选进行了研究。以新垦601井的基本数据为基础,采用不同约束条件下的钻井液排量计算模型对排量进行了计算。计算结果表明,环空携岩约束条件下优选出的排量值最小,地面机泵条件下确定的排量值最大;ECD可确定一个排量范围,保证井眼不坍塌、不破裂;井下动力钻具在最佳工作状态时也可确定一个排量范围。在实际钻井中,为使所设计的排量具有使用价值,须确保优选的钻井液排量满足所有约束条件。     

基于ABAQUS的温度对钻井液漏失影响规律

深层油气储层高温、高压、高应力特点给钻井工程带来极大挑战，其中钻井液漏失是常见的钻井复杂工况之一，严重制约其勘探开发进度。为研究在深层钻井过程中温度对钻井液漏失的影响规律，以ABAQUS软件平台为基础，建立了考虑钻井液动态循环的热-流-固全耦合漏失有限元模型，分析了不同钻井液温度条件下的井周应力分布、地层温度场变化、漏失裂缝延伸规律和钻井液漏失规律。研究结果表明：当钻井液温度低于地层温度时，会产生“冷却”效应，导致地层遇冷收缩，井周应力降低；低温循环会降低漏失排量阈值，且相同排量下，低温循环漏失发生得更早。然而，低温钻井液对于地层温度场的影响仅存在于近井区域。短期内，诱导裂缝宽度和长度依然由钻井液排量主导，仅在近井区域的裂缝宽度上表现出了“冷却”效应的影响。建立的热-流-固全耦合模型可以描述动态钻井过程中温度对钻井液漏失规律的影响，可为高温地层钻井设计和现场施工提供研究方法和参考数据。     

M3井井漏原因分析及录井监测预防方法

在多年录井实践及综合研究的基础上,以M 3井下技术套管后循环钻井液时发生的井漏为典型实例,系统分析研究了钻井液静液压力、正常钻进时环空压耗、套管外循环钻井液时环空压耗等求解公式和方法,求证出在套管外循环钻井液时,由于环空较小,较大的钻井液排量产生了较大的环空压耗,是导致井漏的主要原因。就如何借助综合录井实时采集参数多、智能化等优势,实时监控、预测地层压力、地层破裂压力,实时计算出不同钻井液排量下的环空压耗,实时预测发生井漏的最小钻井液排量等,提出相应解决思路。由此得出的结论表明,充分利用好工程录井技术,可减少井漏事故的发生。     

高温高压气井井筒温度场计算与分析

为确保高温高压气井的安全钻井,有必要对高温高压气井的井筒温度场进行研究。考虑井筒流体与地层传热,根据热力学定律和能量守恒定律,建立了钻井液循环期间钻柱内及环空流体瞬态温度模型,分析了钻井液排量和循环时间对环空温度的影响。研究结果表明:循环温度与静温剖面的偏离程度随循环排量和循环时间的增加而增大;小排量时环空钻井液温度比排量较大时更接近于静温剖面;随着排量的增加,井底循环温度逐渐降低;在相同排量下,随着循环时间的延长,环空瞬态温度场偏离静止温度场越多,环空温度逐渐趋于稳定。基于该瞬态温度模型,结合顺北鹰1井参数,计算得到的钻井液出口温度与现场实测值很接近,相对误差均在7%以内,验证了模型的可靠性。     

非电动钻机用钻井液排量控制装置的研究

针对非电动钻机存在钻井液排量调节精度差、费时、费力及不安全等弊端 ,结合钻井生产实际 ,介绍了研制的非电动钻机用钻井液排量控制装置的基本组成、工作原理 ,技术关键、性能指标和使用操作规程等。该装置以远程控制为突破口 ,集液压、电气、控制于一体 ,结构原理简单 ,安装使用方便。采用该装置后 ,钻井液排量可以在小范围内较准确地调节 ,对于处理井下复杂情况及进行常规作业将起到积极的作用 ,具有广阔的应用前景     

伊朗TABNAK气田低压裂缝性地层泡沫钻井液技术

伊朗TABNAK气田地层岩性以灰岩和白云岩为主，石膏夹层较多；碳酸盐岩地层裂缝发育，连通性好，漏失严重；海平面以上是干层，无孔隙压力，海平面以下至井深2450m是盐水层。长城钻井公司采用了空气—泡沫钻井流体，即：空气粉尘、雾化空气、稳定泡沫钻井液和硬胶泡沫钻井液。通过实验，优选出发泡体积大、稳定时间长、抗盐抗钙能力强和耐温性能好的发泡剂和稳定泡沫液及硬胶泡沫液配方。现场应用表明，空气—泡沫钻井流体密度低；钻速快，平均机械钻速是常规钻井液的3—5倍；携砂性好，井眼清洁；能顺利穿过严重漏失地层。其中，空气粉尘用于干层钻进，速度快，无钻井液材料消耗，但必须有足够的空气排量；雾化空气适用于出水量较小的水层，但需要的空气排量更大，而且对钻井腐蚀太严重；泡沫钻井液适用于低压干层和水层，需要的空气排量较小，钻速快，抗盐钙和携砂能力强。     

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。     

控压钻井自动节流管汇压力调节特性研究

现代控压钻井作业中,依靠自动节流管汇施加和控制井口回压,从而间接控制井底压力。但由于阀门的压力调节特性与阀门开度存在较大的非线性,常规节流管汇很难通过单个节流阀实现全开度范围内的精确调节。为了提高控制精度,利用节流阀工作的3个状态,建立了压力调节特性与流量调节特性的对应关系,进而建立了节流管汇的压力调节特性模型,并对压力调节精度及流量对压力调节特性的影响进行了分析。 研究分析表明,现有节流阀压力调节特性呈现一定非线性;通过优化阀芯可以增大节流阀的有效工作区间,但不能完全消除超调区间;钻井液排量对节流阀的压力调节特性影响较大,设计节流管汇时应考虑排量问题。      

连续油管钻水平井岩屑运移规律数值模拟

连续油管钻水平井过程中,井底岩屑在重力作用下容易沉积在井壁下侧,形成岩屑床;连续油管又受到排量小、钻柱无法旋转等因素限制,造成井眼净化效率较低。针对这一问题,在欧拉坐标系下考虑相间滑移速度和颗粒流的影响,建立了微小井眼水平井岩屑运移的混合物漂移模型,采用Realize κ-ε湍流模式及SIMPLEC算法进行数值计算,研究了钻井液排量、环空偏心度、岩屑直径、井斜角和钻井液黏度等参数对偏心环空岩屑运移的影响,得到了各种条件下环空岩屑速度和浓度的分布规律。研究表明:随着钻井液排量增大、环空偏心度减小、岩屑直径减小、井斜角减小及钻井液黏度提高,连续油管水平井岩屑运移效率提高。      

废钻井液固化干粉室内评价与探讨

探讨了废钻井液固化干粉用作加重材料对钻井液流变性、滤失造壁性、抑制性、润滑性以及钻速的影响。室内实验表明，废钻井液干粉作为加重剂使用是可行的，为废钻井液的再利用和井场环境保护提供了一条可行途径。     

基于信号相似性的导向钻井下传信号处理方法

为了准确、高效识别导向钻井中以钻井液排量负脉冲间隔方式下传的指令信号,解决井下接收装置中指令识别和解释方法运算较复杂和误码率较高等问题,提出了一种基于信号相似性原理的信号识别处理技术。该技术通过比较各段采样信号幅值的自相关程度求取由钻井液排量脉宽所表示的导向钻井下传指令,并对井下采样信号按一定规律逐段比较,通过判断信号下传的开始点、解算信号各位的值和求取指令字等3个步骤,完成指令识别。给出了适合井下处理的递推式实用算法,设计了钻井液排量信号采集试验装置。研究和试验结果表明,利用该方法可简化运算程序、提高钻井液排量信号识别的可靠性和抗扰能力,特别有利于克服尖峰和周期干扰对计时求取的影响以及传输通道惯性及低频噪音对信号跳变沿判断的影响。图4参15     

控压钻井气侵后井口回压的影响因素分析

控压钻井过程中,实时控制井底压力主要靠调节和控制井口回压。通过分析控压钻井中的瞬变过程,建立了各过程中的多相流计算模型,并利用有限差分法对模型进行了求解。通过仿真算例分析了采取控压钻井时井口回压随时间的变化规律,讨论了返出钻井液增量、气相渗透率、排量、钻井液密度、初始井底压差、井深和黏度等对井口回压的影响规律。结果表明:返出钻井液增量越大,井口施加的回压也越大;在返出钻井液增量一定的条件下,气相渗透率、排量、钻井液密度、初始井底压差、井深和黏度对井口回压均有影响,气相渗透率越大、排量越小、钻井液密度越小、初始井底压差越大、井越深、钻井液黏度越小,气体到达井口时需要施加的回压峰值也越大。      

充气钻井液的影响因素分析

井底压力的控制是充气钻井、井底欠平衡和防止井壁坍塌的关键，对其控制因素的研究和分析具有重要的现实意义。为此，利用Mukherjee和Brill的倾斜管两相流方法，建立了求解井底压力的数值模型。利用四阶龙格库塔算法，提出了该数值模型的求解方法，给出了求解的计算流程图。分析得出影响充气钻井液井底压力的主要控制因素为注气量、钻井液排量、井斜角以及钻井液黏度，通过编写的软件对4个主要控制因素进行了敏感性分析。随着注气量的增加井底压力逐渐降低，但当增加到某极限值后井底压力反而会增加；随着钻井液排量的增加，井底压力逐渐增加；井底压力随井斜角的增加而减小；随着黏度的增加井底压力增加。     

寄生管充气钻井环空多相流流动特性研究

针对寄生管充气钻井技术的特征,选用Hasan多相流计算模型,确定了井筒环空的流型和压降计算方法,给出了编程求解的计算流程。利用新疆某充气欠平衡井的数据进行计算,对井筒压力、流型变化、含气体积分数随注气量、钻井液排量、井口回压的变化规律进行了研究。在寄生管充气钻井的过程中,井筒环空压力随注气量的增大而减小,随钻井液排量的增大而增大,随井口回压的增大而增大。井筒环空中的含气体积分数随注气量的增大而增大,随钻井液排量的增大而减小,随井口回压的增大而减小。井筒环空中的流型转换点随注气量的增大而下移,随钻井液排量的增大而上移,随井口回压的增大而上移。     

煤层气欠平衡钻井环空注气工艺优化

充气欠平衡钻井技术是目前煤层气钻井中减少煤储集层伤害、保护煤储集层最常用的措施之一.针对煤层气羽状水平井充气欠平衡钻井技术特征,优选了水平及竖直井筒内多相流动压降计算模型,确立了井底欠压值的求解方法,给出了求解的计算流程.根据沁水盆地煤层气田某羽状水平井实际资料,通过对不同注气压力、不同注气量以及不同钻井液排量条件下井底欠压值的计算和分析得出:当环空注气压力一定时,井底欠压值随钻井液排量的增大而单调递增,且环空注气量越大,井底欠压值越小;在最佳环空注气压力条件下,当钻井液排量一定时,井底欠压值随着环空注气量的增大而单调递减,当环空注气量一定时,井底欠压值随着钻井液排量的增大而增大.利用该计算模型和计算方法,结合现场欠平衡钻井工程要求.可以优化出最佳的环空注气工艺参数.     

钻井液施工配合激进钻井提速技术的研究与应用

钻井液技术作为钻井作业的关键配套技术,其在钻井提速方面有着独特的地位和作用。本文通过对钻井液影响机械钻速的原理分析,提出了钻井液性能参数中的密度、黏度、切力、滤失性能及施工排量等配合激进钻井模式提速的优化思路,以期对钻井时效的提高提供借鉴和指导。