长水平段水平井机械水力延伸能力研究

依据刚杆模型和油气井流体力学理论研究了机械承载能力和钻井水力参数对水平段极限延伸长度的影响,计算了相应的水平段极限延伸长度值,并给出了合理解释。研究表明,水平段极限延伸长度受摩阻扭矩和循环压力损耗的双重制约,其值随地层破裂压力和钻井液润滑性的提高而增加,随钻井泵排量和钻井液密度的增加而减小。因此,为满足长水平段水平井作业的需要,应尽量选用低密度、润滑性良好的钻井液,并配合大功率的顶驱装置,在较低的排量下施工。     

气体钻水平井的钻柱振动分析

在水平井的钻井过程中,钻柱处于复杂的运动状态,振动是一种常见的现象,钻柱的共振是引发钻柱失效的主要原因之一。气体钻井过程中钻柱的动态响应很大,容易失效。以气体钻水平井的钻柱为研究对象,利用ANSYS软件分析了钻柱的轴向振动、横向振动、扭转振动及耦合振动,建立了钻柱各种振动的模型;通过实例分析获得了钻柱振动的规律,得到了水平井钻井过程中钻柱各种共振频率。该项研究为减少水平井钻具受损、优化钻井参数、避免钻柱共振提供了可靠的理论依据。     

水平井钻柱强度分析

水平井钻柱承受自重、钻压、钻头阻力、扭转矩、钻柱与井壁间的接触力等的共同作用。水平井钻柱受力属于拉压、扭转、弯曲,剪切等并存的组合变形,也属于接触问题。本文用接触有限元理论对复杂的水平井钻柱受力进行了分段分析,并以某油田水平井钻柱作为实例进行了钻柱各节点的强度计算。计算结果已被实践证明,文中方法是正确的。     

川渝地区三维水平井钻柱力学模型研究

近年来川渝地区的水平井多设计为三维水平井,特别是页岩气井多设计为丛式三维水平井井组。三
维水平井大幅度扭方位后均不同程度的出现摩阻、扭矩增大、钻具偏磨、定向托压等严重现象,严重影响了钻井安
全和钻井速度。为此,在调研分析国外钻柱力学试验数据的基础上,研究三维水平井整体钻柱三维力学模型,结合
有限元理论对钻柱受力力学分析方法,考虑井眼几何形状、钻柱屈曲、钻柱刚性对钻柱力学的影响,提出了三维空
间中的整体钻柱与井壁接触力、摩擦力分布的计算方法,采用微软ｎｅｔ平台ｃ^＃语言编制了相应的计算机软件,使现
场施工人员能够根据钻柱力学仿真数据及时了解井下钻柱形态与受力状态,及时调整施工参数,避免井下复杂情
况的产生。     

水平井钻柱系统动力学特性分析模型的建立

相较于直井及斜直井,水平井应用较广,但目前关于水平井整体钻柱动力学特性的研究不够深入。为探究其动力学特性,基于有限单元法以及钻柱动力学方程,综合考虑弯曲井眼轨道、钻柱与井壁非线性碰撞接触等因素,建立水平井钻柱系统钻进仿真模型,将仿真模型结果与Johancsik模型对比,验证了仿真模型的准确性。通过模拟钻进全程来剖析稳定器、大钩载荷以及卡钻情况对钻柱系统整体动力学特性的影响。研究结果表明：三维模拟分析钻柱与井壁接触力及钻柱振动验证了稳定器可减少钻柱与井壁的碰撞;当卡钻情况发生时,水平段和竖直段钻柱屈曲特性逐渐从螺旋屈曲转变为正弦屈曲;较之于未施加大钩载荷的情况,施加大钩载荷后降低了钻柱的钻进速度,缓解了钻柱的振动,验证了实际作业中施加大钩载荷的必要性;经模拟分析确定临界大钩载荷,当在钻柱端施加的大钩载荷大于临界值时,钻柱在钻进过程中会发生卡钻的情况;当其小于临界值时,大钩载荷的值越大钻柱轴向进给及横向振动越稳定,钻柱与井壁的接触力越小,在实际钻井作业中可依据井况调整大钩载荷的值。研究成果可为钻柱研究设计及结构优化提供参考。     

水平井钻柱接触摩擦阻力解析分析

建立了大斜度定向井及水平井起下钻过程中钻柱摩擦阻力微分方程，并推导得到钻柱摩阻的解析解。采用计算公式对长庆油田塞平－１水平井所用典型钻柱结构的摩阻进行了理论预测，预测结果与现场实测数据较吻合，验证了理论模型的合理性。     

分支参数对多分支水平井增产效果影响

多分支水平井是增加单井产能的利器,但其增产效果受分支参数(分支长度、分支数目、分支井筒造斜率)影响.针对实际钻井轨迹特点,采用分支井筒在一定造斜率的条件下逐步向外展开的方法对多分支水平井进行建模,研究了分支参数对多分支水平井增产效果的影响.结果表明:主井筒对分支井筒的干扰是影响多分支水平井增产效果的主要原因;分支井筒造斜率越大,多分支水平井增产效果越好.为了达到增产效果,可以采用“长分支、少支数”或“短分支、多支数”的方法.     

子洲气田水平井产能影响因素分析

子洲气田2010年完钻2口水平井,试气无阻流量均超过60×10~4m~3/d,开发效果理想。该论文在地质研究的基础上,结合理论技术,分析水平井地质导向技术在子洲气田的实际应用,讨论水平井钻进过程中斜井段入靶和水平段轨迹控制的关键。     

钛合金钻杆在页岩气长水平段的延伸钻进能力分析

页岩气井的发展方向是垂深更深、水平段更长,长水平段延伸钻进困难已成为制约深层长水平段页岩气井效益开发主要的瓶颈,而采用轻质钻杆则是解决页岩气井水平段延伸钻进难题的方案之一。为了定量化评价钛合金钻杆在页岩气长水平段的延伸钻进能力,基于Hamilton原理建立全尺寸钛合金钻柱动力学模型并采用HHT-α法对模型进行求解;进而以钢制钻杆作为比较对象,分析钛合金钻杆的降摩减阻、抵抗变形和轴向力传递能力及其影响因素。研究结果表明:①钛合金钻杆能够有效减少钻柱摩阻,当钻井液密度为1.30 g/cm³时,?101.6 mm钛合金钻杆的接触摩阻比同规格的钢制钻杆减少18.5%,?127.0 mm钛合金钻杆的接触摩阻比?101.6 mm钢制钻杆减少34.8%;②较之于钢制钻杆,钛合金钻杆更容易发生屈曲变形,但通过调控钛合金钻杆尺寸规格可以缓解屈曲变形,从而降低屈曲导致的局部摩阻增加;③钻井液密度提高,能够明显增强钛合金钻杆的降摩减阻效果。结论认为,轻量化的?127.0 mm钛合金钻杆的降摩减阻能力高于?101.6 mm钛合金钻杆,更高于?101.6 mm钢制钻杆,更加有利于解决长水平...     

摩阻扭矩装置钻柱稳定性分析及可视化应用

钻进过程中钻柱的非线性屈曲影响着摩阻扭矩试验装置的安全和平稳运行.针对现有的水平井摩阻扭矩试验装置,基于动力学软件ADAMS,结合力平衡理论和相似理论,建立了与真实试验装置具有一致钻井参数的水平井段钻柱-井壁动态非线性接触模型.研究了不同钻压下钻柱在井筒中的运动状态与钻柱系统各测点的偏移量,通过分析得到钻柱屈曲的临界预...     

影响水平井压裂设计之参数分析

本文在分析国外有关技术资料的基础上，归纳并讨论了影响水平井压裂效果的一些因素，提出了在水平井压裂设计中所应考虑和注意的若干问题，对于提高水平井压裂效果具有一定的指导意义。     

水平井水平段长度计算及影响因素分析

由于水平井水平段的流动是变质量流,因此在水平井水平段存在流动压降,特别是当水平段较长时,会导致水平段井筒末端油藏和井筒的压降很小甚至为零。因而研究水平井水平段有效长度对水平井设计具有重要意义。在考虑水平段流动阻力的情况下,对水平段流动进行了简化,建立了计算水平井水平段长度的模型。对于一定的生产压差和预期达到的产量,利用该模型可以计算出所需水平段长度;反之,对于一定的生产压差和预期的水平段长度,利用该模型可以计算水平井所能达到的产量;并可利用该模型对影响水平井产量的因素进行敏感性计算分析。井例计算表明,对于具体油藏中的具体水平井存在一个最优的水平段长度。     

水平井钻柱摩阻力几何非线性分析研究

针对石油钻井技术的特点,探讨了编制钻柱力学有限元专用程序所遇到的问题;并在国家级重点攻关课题"水平钻井"中,首先提出引入非线性力学分析的论点。在接触非线性分析中,使用了"约束-放松法";在几何非线性分析中,首次考虑了四次非线性对钻具弯曲应力的影响;还建立了一个方便于钻柱分析的坐标转换系统;据此编制的计算机程序,为大港油田官H1水平井提供了较为准确的力学参数预测。     

侧钻水平井钻柱动力学分析及应用

以侧钻水平井中的整体钻柱为研究对象,建立了侧钻水平井钻柱三维动力学分析模型。采用三维动力有限元理论,建立了描述空间内的钻柱振动的动力学方程。用PASCAL语言编制了 1套侧钻水平井钻柱振动分析及疲劳极限应力分析的软件,通过对大庆所钻的第 1口侧钻水平井高 16 0 -侧平 38井设计井身和实测井身数据对应的疲劳强度及响应内力的计算结果表明,该分析具有工程实用价值,对大庆及其它油田的侧钻井技术的开展具有一定的指导意义。     

水平状态下钻柱的屈曲分析

在现有的水平状态下钻柱屈曲研究中,一般把钻柱看作均匀的等直径杆,认为钻柱在其自重的作用下,紧贴下井壁,因而通常把水平状态下的钻柱简化为在整个长度上受到井壁均匀支承的轴向受压的简支梁。而实际上处于水平状态的钻柱是由一些钻杆连接而成,每根钻杆都有两个接头。由于钻杆接头的直径较钻杆本体部分直径要大,并且为了抗磨,在钻杆接头附近装有抗磨衬节,因此只有在钻杆接头这一段才会和井壁接触,受到井壁支承,而钻杆本体并不受井壁支承。因此文中将整个水平钻柱看作是一个两端简支轴向受压的连续梁,而将钻杆接头这一段简化为连续梁的中间支座。在此基础上利用矩阵传递法对处于水平状态钻柱的屈曲进行了分析研 究,推导出了水平状态下钻柱稳定计算的特征方程,求出了水平钻柱的临界压力。计算表明,在水平状态下构成钻柱的钻杆的长度对钻柱的屈曲载荷有很大影响。     

川西须家河组水平井提高造斜率可行性分析

分析川西须家河组已钻水平井的技术现状,发现低造斜率设计剖面的局限。从优化井身设计剖面的角度,提出了提高井身剖面设计造斜率,缩短增斜段长,缩短生产周期的新思路。通过分析摩阻、扭矩,确认了高造斜率可以缩短靶前距,从而减少整个斜井段长,总体摩阻、扭矩反而减小。进行钻具强度校核、套管下入分析及经济可行性分析,进一步论证设计25°～30°/100m高造斜率井身剖面的可行性。     

塔中超深水平井水力延伸极限研究

合理地预测水平井水力延伸极限对于塔中地区油气资源的开发具有重要意义。深井高温高压环境对钻井液的密度及流变性会产生很大影响,采用常规的循环压耗计算模型会产生较大误差,导致超深水平井水力延伸极限预测结果不准确。鉴于此,对超深水平井钻进过程中的温度剖面进行预测,利用高温高压条件下钻井液的密度与流变性计算模型,计算了系统压耗。计算结果表明:在高温高压条件下,环空钻井液密度与塑性黏度先减小后增加,但都小于地面恒定值;钻柱内钻井液密度和塑性黏度随井深的增加不断减小;系统压耗比未考虑高温高压时的系统压耗小,达到目的井深时两者差值较大。用该计算方法对塔中某超深水平井进行水力延伸极限计算,其极限井深为8 601 m;用常规计算模型计算得到的极限井深小于8 000 m,而实际钻井中该超深水平井的完钻井深为8 008 m。这说明考虑高温高压的压耗计算模型可以有效指导钻井作业。     

存在上凸弯曲的水平井眼中钻柱的屈曲分析

在铅垂平面内水平井眼轨迹为一条上下起伏的波浪线，因此在某一段井眼轨迹会呈现上凸弯曲，受其约束位于其中的钻柱也会存在上凸初弯曲。利用能量法对水平井眼中存在上凸初弯曲钻柱的屈曲问题进行了分析研究，推导出了屈曲载荷的计算公式。公式表明，水平井眼中当钻柱存在上凸初弯曲时其屈曲载荷的大小不仅与钻柱的长度、截面尺寸、材料以及钻柱与井眼之间的间隙等有关，还与钻柱上凸初弯曲的程度有关系，不可忽略其影响。算例分析表明，水平井眼中钻柱存在的上凸初弯曲会使其屈曲载荷减小，上凸初弯曲程度越大，屈曲载荷减小的幅度越大。     

扭矩和边界约束对水平井钻柱静力分岔的影响

分析了轴向力和扭矩对钻柱弯曲变形的影响,推导出在井孔约束下水平井段钻柱的非线性静力分岔微分方程。采用Galerkin方法对其简化形式的研究表明,在钻井工程中,水平井段钻柱的静力分岔主要取决于钻压和井孔尺寸,扭矩产生的影响可以忽略。在不计扭矩情况下,用解析法求得的两端铰支模型钻柱的临界钻压与用能量法得到的结果相同。对铰-固模型钻柱静力分岔的研究表明,当钻柱屈曲后形成的半波数达到4以上时,两种模型计算的临界钻压差别很小。因此,对水平井段较长的钻柱可用比较简单的两端铰支模型计算其临界钻压。     

控压钻井钻碳酸盐岩储层水平井水力延伸极限的研究

水平井是碳酸盐岩储层的有效方式,但是过低的漏失压力是限制碳酸盐储层水平段延伸极限的最主要因素。根据控压钻井工艺方法,文章建立了碳酸岩储层控压水平井水平段水力延伸极限的计算模型,确定了控压钻井方式下最优的钻井液密度,且根据流体力学理论,分别对环空非水平段循环压耗和水平段环空压耗进行计算,进而求出了水平井水平段的水力延伸极限。最后通过实例验证,与常规钻井相比得出控压钻水平井可有效延长水平段的延伸极限,并分析了排量、安全密度窗口度、岩屑床高度和井口回压对水平井水平段水力延伸极限的影响,为在裂缝性储层中开展控压钻水平井作业提供技术支持。