超深井钻柱粘滑振动特征的测量与分析

粘滑振动是引起钻具失效、影响钻井时效的复杂振动形式,国内外学者对其产生机理进行了大量研究,但至今没有定论。采用ESM钻柱振动测量工具测量了某超深井井下钻柱的三轴加速度,通过分析三轴加速度的特征,研究了井下钻柱的粘滑振动特征。结果表明:实测井段发生了大量的粘滑振动,粘滑振动频率约为0.11 Hz,粘滑振动周期约为9.0 s,粘滞时长达4.0 s,滑脱阶段井下钻柱转速最大达330.0 r/min,约为地面转速的2.75倍;粘滑振动与地面测量扭矩波动具有很好的对应关系,说明可以通过地面测量扭矩特征初步判断井下钻柱是否产生粘滑振动。频域分析结果表明,当发生滑脱运动时,径向加速度的频谱中粘滑振动频率对应的能量幅值最大,同时还包含横向共振频率和与井壁接触产生的外激励频率等,但轴向振动的频谱中粘滑振动频率对应的能量幅值较小,表明钻柱粘滑振动过程中扭转振动最为突出,并存在强烈的横向振动和较弱的轴向振动。研究结果对描述粘滑振动的特征、判断超深井钻井过程是否发生粘滑振动和及时采取消除粘滑振动技术措施具有指导作用。      

PDC钻头粘滑振动机理分析

建立扭转摆理论分析模型及钻头的运动方程,分析钻头粘滑振动的边界条件,研究钻头的运动形式及粘滑振动机理与影响因素。结果表明:钻头切削岩石时主动扭矩的循环积聚与释放以及钻柱与井壁的摩擦是引起粘滑振动的主要原因;钻头不稳定的受力是造成PDC钻头失效的主要原因。粘滑振动与钻井参数、地层特性、钻具参数及钻井液性能等有关,调整钻井参数,或使用水力加压器、扭转冲击器等工具可以减少振动。     

油气井钻柱粘滑振动研究进展

粘滑振动是造成深井钻井井身质量下降、钻具寿命减短、钻进效率降低的主要原因之一,严重影响到钻井成本和完井周期。复杂的钻井环境也使得钻柱粘滑振动的研究进展缓慢,突破性成果较少。从理论分析、现场及室内试验研究和模拟仿真3个方面对钻柱粘滑振动的国内外研究现状进行阐述。介绍了当前关于钻柱粘滑振动的主要研究方向、方法以及研究过程中存在的问题,为后续开展钻柱粘滑振动的深入研究提供借鉴和指导。     

钻柱的粘滑振动规律分析

钻柱的粘滑振动是由强烈的扭转振动和井下摩阻导致的一种破坏性极强的扭转振动。这种振动表现为,在一段时间内钻头静止不动,当加在钻柱上的扭矩足够大时,钻头突然高速转动。首先建立一个钻柱粘滑振动力学模型,分析了粘滑振动的运动方程,得到钻柱粘滑振动的一般规律。钻柱的粘滑振动是一种强烈的低频振动,在振动过程中钻头的瞬时转速很高,最大转速甚至超过了转盘转速的2倍。讨论了钻柱长度对钻柱粘滑振动的影响,随着钻柱长度的增加粘滑振动的频率降低,钻头最大转速增加,粘滑振动更加剧烈。     

井下粘滑振动强度量化评估方法研究与应用

井下钻具粘滑振动是影响钻头破岩效率,引发钻具失效的主要因素之一。建立井下钻具力学模型,能够量化评价粘滑振动强度、提高钻头破岩效率、降低钻具事故。为此,依据粘滑振动表现特征定义了三种主要类型粘滑振动。在牛顿运动方程的基础上,建立了频率域下,单自由度、有阻尼钻柱受迫粘滑振动预测模型,对描述井下钻柱受力状态更加准确。在此基础上,采用半解析传递矩阵方法建立粘滑振动状态下钻柱各点内力波动变化与地表参数变化特征响应关系,减少了模型求解所涉及到的未知变量,提高了计算效率。同时,将粘滑振动状态下的钻柱响应特征的表征参数整合成一个综合指数,实现了粘滑振动强度量化评价。井下振动存储式测量短节对模型计算结果现场试验验证,振动强度计算结果与实际测量值基本相符,机械钻速同比提高20%以上。 建立的井下粘滑振动强度评价方法能够改善钻头破岩效率并保护钻具。     

深井钻柱粘滑振动特性分析

粘滑振动严重影响钻柱系统的机械钻速,进而增加钻井成本,影响完井周期。为研究深井钻柱系统的粘滑振动特性,采用集中参数模型,通过钻头与岩石相互作用原则,既考虑钻头的摩擦作用,又考虑钻头的切削作用,建立钻柱系统轴向和扭转的耦合振动无量纲控制方程。基于MATLAB/Simulink软件对钻柱系统振动响应进行数值求解,分析了无量纲化控制参数,即转盘角速度、钻压以及粘性阻尼比、刀翼数对钻柱粘滑振动特性的影响。结果表明,确定的钻柱结构和系统参数存在发生粘滑振动的临界值,增大转盘转速、减小钻压、增大阻尼比到临界值时,钻头粘滑振动消失,同时增加刀翼数也会使粘滑振动得到抑制。     

基于实验基础上的油水两相流滑脱速度求取方法

为准确确定油水两相的产液剖面引入了滑脱模型.滑脱模型的关键在于滑脱速度的求取.通过三相流实验装置模拟井下油水两相流的流动状态,利用测井仪器记录的实验数据,总结出了滑脱速度与流量和持水率之间的关系和规律,并采用指数拟合的方法对实验数据进行处理,最终得到了滑脱速度的计算方法.将该方法运用到鄯善油田的3-181井进行产液剖面解释,解释的结果完全能够达到油田的要求,并且更为准确,为油气田的勘探开发提供了可靠的动态数据.     

呼和诺仁油田水淹层测井解释技术研究

呼和诺仁油田南屯组正进行加密调整,部分井含水高,已关井。该油田储层岩性复杂,以砂岩、砂砾岩为主,储层中蒙脱石含量高,水敏现象突出,注粘稳剂开发给水淹层解释带来困难。经调研,该类储层水淹层测井评价还没有成型的方法,亟待开展相关的研究工作。针对该油田储层地质特点及油田注粘稳剂开发现状,通过开展岩石物理实验研究,首次搞清了不同岩性注粘稳剂条件下水淹层导电机理和测井响应特征。提出应用岩石物理相分析技术建立储层渗透率精细解释模型,突出了水淹层测井响应信息。以取心、压汞及相渗岩电联测实验为基础,确立了不同岩性储层原始含水饱和度评价方法。优选了印度尼西亚模型作为计算含水饱和度的公式。建立了产水率与驱油效率的关系式,实现产水率的预测。形成了一套适合于砂岩、砂砾岩油藏注粘稳剂水淹层测井解释技术。经实际资料检验,见到了很好的应用效果,解释符合率达到80.0%。     

钻柱系统粘滑振动稳定性分析及减振方法探讨

随着深井、超深井的发展,钻柱系统粘滑振动严重影响着钻井速度、钻井成本和钻井安全。钻头切削岩石的摩擦力是钻柱系统发生粘滑振动的主要因素。针对钻头切削岩石的实际工况,分析了钻头—岩石的切削模型,建立了其相互作用的摩擦模型,得出钻头处扭矩随转速的变化趋势。从能量守恒出发,分析了钻柱系统粘滑振动的稳定性,计算得出了钻柱系统粘滑振动稳定时的临界钻压。将临界钻压公式描绘成钻柱振动状态的钻压—转盘转速关系图,并在此基础上探讨了粘滑振动的减振方法,以期为钻井过程中减少钻柱的粘滑振动提供参考。     

基于近钻头振动数据分析方法及应用研究

通过分析近钻头振动数据能够及时判断井下工况,可减少钻头磨损,提高钻井质量。从信号处理的方向出发,通过对多组近钻头振动测量数据进行时域、频域以及时频域分析,得到振动信号的均值、方差、均方值,以及功率谱密度和短时傅里叶变换,与正常钻进时数据进行对比分析,找出粘滑工况的一般特征。在发生粘滑时,X轴和Y轴振动数据的均值、方差和均方值均变大,X轴尤为剧烈; X轴和Y轴的功率谱密度频谱增多,幅值增大,整体偏移横轴;短时傅里叶变换的三维时频图能够更加直观的观察到这一特征。研究结果表明,通过功率谱密度和短时傅里叶变换能够及时判断井下粘滑工况,预防钻头早期损坏,优化钻井过程,降低钻井成本。     

大位移井钻柱粘滑振动机理分析及减振研究

通过将钻柱系统等统一成一个集中质量摆,分析了在非线性钻头扭长和钻柱与井壁间摩扭矩作用下钻柱系统的稳定性,并从钻柱氯转振动能量度,阐明了钻柱产生的粘滑振动的原因,在对非线性钻头扭矩和钻柱与井壁间摩扭矩进行适当简化的基础上,给出了钻柱产生的粘滑振动的判别式,分析了钻柱粘滑振动的影响因素及防止和消除钻柱粘滑振动可能 的途径和措施,并对顶部扭矩负反馈减振方法进行了讨论,给出了其数值模型拟结果。     

油田特高含水期不同沉积微相水淹层解释方法

特高含水期油田剩余油分布更加复杂,精细解释水淹层尤为重要.应用不同沉积微相的密闭取心井资料建立油、水相对渗透率与含水饱和度之间的关系,并将产水率划分水淹层标准转化为含水饱和度划分水淹层标准,分别建立了不同沉积微相水淹层解释标准,现场应用效果较好.新的解释标准可为测井解释、油藏模拟工程计算、射孔方案编制及油田开发分析调整...     

振动辅助化学剂降粘的室内实验及现场应用

油田现多采用降粘剂进行降粘,为了寻求一种更高效经济的降粘方法,通过实验研究了振动棒头产生的振动剪切和涡流剪切作用对油样的降粘效果.结果表明,振动时间越长、振动频率与原油本征频率越接近,降粘效果越好.振动辅助化学剂降粘与单独使用降粘剂时的降粘效果显示,由于振动产生的振动剪切和涡流剪切作用破坏了原油中部分长的碳链结构,同时阻止了蜡晶的形成并加速了降粘剂在井筒流体中的扩散使其分散更加均匀,复合法降粘效果更好,为此提出了振动与化学剂复合降粘方法.在辽河油区茨榆坨油田5口油井的先导性试验结果证实,单井最大增油幅度达103.8%,抽油机下冲程工作电流最大下降了22.2%,降粘效果明显.     

神经网络在油水两相流动分析中的应用

研究了采用前馈型人工神经网络有竽渍水两相流动生产测井解释具体的方法，并设计了相应软件。对在大应油田生产测井研究所模拟井上测得的实验数据进行试处理表明，人工神经网络在油水两相流动分析中的资料处理结果是可靠的，其精度可在室规定的要求，该方法在生产测井解释中可发挥重要作用。     

南海超深水取样钻柱纵向粘滑振动分析

针对南海超深水天然气水合物取样钻柱纵向粘滑振动问题,推导了纵向振动微分方程,采用非线性弹簧单元模拟了钻柱与岩层之间的粘滑摩擦。通过数值求解得到了钻柱纵向振动频率及振动位移,探讨了钻压、钻铤长度及作业水深对钻柱纵向振动的影响。结果表明:钻柱低阶振动频率所对应外载激励周期为1.5~4.0s,接近南海波浪运动周期,钻柱发生低阶共振几率较大;钻压的增加,使得钻柱振动位移减小;钻铤长度及作业水深的增加使得钻柱振动频率减小、振动位移增加,南海环境下钻柱更易发生低阶共振;钻柱发生1阶共振时振动位移约为近频率振动位移的8倍,共振危害程度较大。     

Φ23集流式流量持水组合测井仪产液剖面测井解释方法

随着吐哈油田大部分井进入开采后期,流体关系复杂,使得产出剖面测井解释与油田实际生产解释相差很大,低产井产液剖面测井解释结果无法准确反映井筒内的产出状况。利用地面三相流模拟井实验装置标定仪器,将理论与现场实验相结合,研制出流量、含水率的解释图版,形成吐哈油田一种新的低产井产液剖面资料油水两相图版解释方法。利用图版解释方法进行定量解释,减小了井下流体因轻、重相之间的流速差异所带来的滑脱影响。在油田实际应用中,该解释方法得到的解释结果与实际情况相差很小,具有良好的应用前景。     

油水两相流动生产测井解释中关键参数的确定

基于模拟井中油水两相流实验,本文提出了油水两相流动中关键参数——相分布系数与状态分布指数的确定方法,并用该模型求得的油表观速度与大庆油田、阿特拉斯、哈里伯顿测井服务公司模拟井中的实验结果进行了对比,取得了较好的效果。本文提出的确定油水两相流动生产测井解释关键参数的新方法为更好地把漂移模型用于生产测井解释奠定了基础。     

胜坨油田稠油催化降粘技术研究

介绍了稠油催化降粘机理,对胜坨油田催化降粘可行性进行了分析研究,对稠油降粘催化剂以及催化剂助剂进行了筛选和研究,研制出适合胜坨油田稠油特点的催化剂和催化剂助剂,降粘效率达到60％以上,制定了催化降粘的选井条件及现场施工注入工艺,为胜坨油田稠油蒸汽吞吐采收率的提高提供了新的工艺技术。     

胜坨油田稠油催化降粘技术研究

介绍了稠油催化降粘机理,对胜坨油田催化降粘可行性进行了分析研究,对稠油降粘催化剂以及催化剂助剂进行了筛选和研究,研制出适合胜坨油田稠油特点的催化剂和催化剂助剂,降粘效率达到60％以上,制定了催化降粘的选井条件及现场施工注入工艺,为胜坨油田稠油蒸汽吞吐采收率的提高提供了新的工艺技术。     

钻柱粘滑振动仿真和控制策略研究

在深井和超深井钻探过程中存在钻柱粘滑振动,不仅造成机械钻速降低,驱动能量浪费,而且会加速钻具的老化和失效,严重威胁钻井安全。以钻柱旋转系统为研究对象,建立转盘、BHA(Bottom-Hole Assembly)和钻头的二自由度钻柱系统扭转模型。该模型考虑了扭转刚度、粘滞阻尼和岩石钻头相互作用等高度非线性摩擦。通过MATLAB/Simulink仿真模块对该模型进行仿真试验,分析了实际钻井过程中钻柱产生的粘滑振动特性。为抑制钻柱的粘滑振动,设计1套基于PID控制策略的双闭环控制系统。该研究结论对工程实践中钻柱粘滑振动的抑制具有重要意义。