大斜度井岩屑床分析及新型井眼清洁工具应用

在钻井过程中,大斜度井段易堆积形成岩屑床,引起卡钻、摩阻增大、机械钻速降低等问题。为解决岩屑上返问题,利用Landmark软件对岩屑床沉积规律进行了模拟分析,并研制了一种新型井眼清洁工具。岔X井的试验应用表明,新型井眼清洁工具能有效解决大斜度井岩屑返出问题,明显降低井眼摩阻,下入工具后两次收集的岩屑量是不使用工具的4.1倍、1.3倍,摩阻最大下降54.9%。     

大斜度井环空岩屑床厚度评价技术及其应用

大斜度井段和水平井段极易在钻井过程中形成岩屑床，为解决定向井井眼净化问题，在考虑钻杆旋转、钻井液性能和岩屑颗粒尺寸等多种因素的基础上，推导出了一套适合大斜度井、水平井的无岩屑沉降的环空临界返速模型。在此基础上，修正了环空岩屑床厚度评价模型。利用该模型对冀东柳103-平1井环空岩屑床厚度进行了评价。结果表明，该井在井斜角为66°左右时岩屑床厚度达到了最大，但没有达到发生复杂事故临界点。实践表明：该方法可为现场工程师在大斜度井段和水平井段水力参数的设计提供指导，能有效避免钻井复杂事故。     

冀东油田大斜度井及水平井岩屑床厚度分析

针对冀东油田在大斜度井及水平井钻井过程中岩屑颗粒易在井壁低边堆积形成岩屑床、造成井下复杂情况并影响后续作业这一问题,对井下环空岩屑床形成与否及厚度大小、影响钻井液携岩效果的主要因素如井斜角、钻井液环空返速及性能、钻杆偏心及旋转等问题进行了研究,建立了环空岩屑床厚度计算模式,并用该模式对冀东油田高104-5平56井进行了具体分析。分析表明:该井二开钻进时预测最小排量与实际排量接近,钻进过程比较安全;三开钻进时上部二开井段实际排量远低于预测最小排量,致使该段岩屑床厚度达到危险情况。建立的岩屑床厚度计算模式的计算结果与实际情况比较吻合,该模式的应用可为现场施工人员了解井下岩屑床厚度提供参考。     

一种用于大斜度大位移井岩屑床清洁的新装置

大斜度大位移井岩屑易在井眼井斜段中沉积,形成岩屑床,导致蹩泵、蹩钻或卡钻,甚至造成井下事故。在分析岩屑床的形成及危害的基础上,对岩屑床的清除办法进行了探讨,并设计出了一种新型岩屑床清洁装置。该装置能有效地解决大斜度大位移井岩屑床的清洁问题,提高钻井效率,优化钻井工程设计,为实现安全快速钻进提供了新的途径。     

大位移井岩屑床危害及处理措施研究

在钻井过程中钻头破碎岩石所产生的大小、形状各异的岩屑颗粒堆积在井底,如不及时清理将会使钻头重复破碎,影响钻井速度,增加钻井成本。在大斜度、大位移井中,钻头破碎的岩屑易在井中形成岩屑床,导致钻井过程蹩泵、蹩钻甚至卡钻,因此,井眼净化是钻大斜度井的关键技术。在分析岩屑床的成因及危害的基础上,分析了井斜角、环空返速、钻井液性能、钻井液流态、钻具旋转等因素对携带岩屑效果的影响,提出了一些有效预防和解决高难度定向井携岩问题的办法和措施,指出最有效的方法应是适当地利用大排量、改善钻井液性能和借助岩屑床清除工具等相结合的综合措施除岩。     

钻杆旋转影响大斜度井段岩屑分布的数值模拟

为了研究钻杆旋转对复杂结构井大斜度井段环空岩屑分布状态的影响规律和钻井液-岩屑两相流动压降的变化规律,应用三维建模软件建立了复杂结构井大斜度井段物理模型,应用CFD动网格运动模型模拟钻杆在环空的旋转效果,流动域内采用Realizable涡黏模型近似求解钻井液-岩屑两相纳维-斯托克斯方程。模拟结果显示,钻杆旋转作用使岩屑沿井眼周向呈非对称状分布,钻杆旋转能够提高钻井液对岩屑沿切向的拖曳程度,显著提高了井眼清洁效果。根据CFD数值模拟结果,应用最小二乘法,结合Buckingham-π定理,建立了岩屑床比面积模型和环空压降计算模型。     

大斜度大位移井岩屑床的解决方法

在大斜度大位移高难度定向井中,岩屑易在井眼中形成岩屑床,导致蹩泵、蹩钻甚至卡钻。本文在分析岩屑床的形成及危害的基础上,对岩屑床的清除办法进行了探讨,提出了将提高泥浆返速、改善泥浆性能与机械清除岩屑相结合的方法。胜利油田多口井的现场应用表明,该方法能有效地解决高难度定向井的携岩问题,为优质高效的钻高难度定向井提供了一定的技术保证。     

大斜度井段岩屑运移规律的微观研究

定向井井眼净化是钻井过程中的一大难题,与垂直井井眼净化有着本质的区别.井眼净化直接影响着钻井效率、钻井成本、井身质量及钻井安全等重要问题,因此一直为钻井工作者所重视.文章从微观的角度出发,首先建立了斜井段岩屑微粒运移的物理模型,对其受力情况进行简化,忽略次要影响因素,只考虑重力、钻井液的冲击力、上举力和悬浮力的影响,推导得出了斜井段岩屑微粒受力的计算公式.最后,以井斜角和钻井液的环空返速为例,应用文中所得的计算方法,研究了不同因素对岩屑微粒运移规律的影响.文章的计算分析结果满足Boycott效应规律,也从理论上探讨了增加钻井液排量对改善井眼净化的有效性.     

复杂结构井岩屑床清除技术

导致复杂结构井固井质量差的重要原因之一是在倾斜和水平井段存在岩屑床.分析了复杂结构井岩屑床形成的原因和目前现场主要采取的清除方法,研制了可以实现主动清除岩屑床的特殊井下工具--岩屑床清除工具,介绍了其结构及工作原理,并通过流体力学仿真模拟验证了该工具主动清除岩屑床的机理,阐述了在胜利油田CB26A-7井的试验情况.该研究对提高复杂结构井固井质量有较好的指导意义.     

大斜度井岩屑图像技术应用方法研究——以大庆油田葡萄花油层为例

岩屑图像技术通过计算机实现了岩屑表征信息的再现,在含油显示识别中避免了人为误差,大幅提升了岩屑录井技术含量,在垂直井录井中已得到广泛应用,但是在大斜度井中受岩屑床影响,含油岩屑分散、滞留、拖尾现象严重,该项技术按常规方法在大斜度井中应用时出现了明显的不适,无法准确判断含油显示位置,经常出现漏失显示的现象。通过应用岩屑荧光面积比值、差值两项参数将含油显示与基值动态分离,并将二者间的差幅放大,使含油显示位置得以突出,从而达到准确识别油气显示的目的,在实际应用中取得了很好的效果。     

考虑附加力的大斜度井抽油杆三维力学模型

根据抽油杆柱的约束条件和井斜角、方位角的变化等边界条件,充分考虑浮力、惯性力等附加作用力的影响,建立了大斜度井抽油杆的三维受力模型,研究了模型求解的边界条件及计算方法。应用VB语言编写计算程序,并在老168-斜56井进行实例计算,计算结果与实测数据的误差在10%以内,可满足工程要求。分析结果表明,在定向大斜度井中,抽油杆在井眼轨迹增斜段及狗腿处所受的支撑力、摩擦力较大,会造成局部应力集中;由于上冲程轴向力比下冲程大,轴向力分解出的支撑力、支撑力产生的摩擦力也比下冲程大,下冲程在中和点以下,抽油杆受压而可能发生弯曲失稳。因此,在增斜段、狗腿处及中和点以下需重点采取防偏磨、防弯曲失稳措施。     

Critical Fluid Velocities for Removing Cuttings Bed Inside Horizontal and Deviated Wells

Abstract

This study aims to estimate the critical fluid flow velocity for preventing the development of a stationary bed using empirical correlations valid for horizontal and highly inclined wellbores that can be easily used at the field. For this purpose, experiments have been conducted at METU-PETE Cuttings Transport Flow Loop for various conditions. Observations showed that a stationary bed is developed when the fuid velocity is less than 6.0 ft/s, and a critical fluid velocity of 8.0 ft/s is required to establish a no-bed condition. Results showed that the critical velocity and the thickness of the stationary bed, if developed, could be estimated with a reasonable accuracy.     

水平井岩屑床清除的应用研究

在紊流流态下,因受水平钻井条件和钻井液水力参数、流动特性的影响,水平段岩屑运移方式有所不同。简单介绍了水平井偏心环空岩屑运移模型,在此基础上引入了判别井下岩屑床清除效果的一种简化模式,讨论了模式计算与现场监测方法的一致性,两者结合能较好地满足清除水平井岩屑床的现场需要。     

大斜度井注水管柱载荷测试仪的设计

为了验证大斜度井注水管柱力学分析理论研究的准确性,并掌握井下管柱轴向力、井内液体压力和温度等参数,设计了基于应变测试技术和存储回放模式的大斜度井注水管柱载荷测试仪。介绍了载荷测试仪的基本原理和工作流程,着重阐述了载荷测试短节的机械结构和内部硬件系统组成,分析了应变片传感器贴片的设计原则。对载荷测试仪样机在拉压力机上进行室内检测试验,试验结果表明,载荷测试仪的实际测试输出值与拉压力机输入值的相对误差均小于5%,因此该载荷测试仪能满足设计性能指标要求。     

PRD射孔液在渤海湾大斜度井的应用

渤海湾的油田大部分为砂岩储层,地层胶结较为疏松,在完井作业负压射孔过程中,地层出砂较为严重,增加了射孔枪遇卡的风险,尤其是在大斜度套管井的射孔作业中,常规的射孔液不能满足作业的要求.采用PRD射孔液,能够在射孔段形成薄的泥饼,减少地层出砂,减少射孔液漏失进入地层,保护油藏,而通过后期破胶又可以清除泥饼,因而不会堵塞油流通道.PRD射孔液提高了射孔作业的安全性,减少了事故的发生,同时提高了油井完井的完善程度,值得推广.     

大斜度井修井作业卡点预测数值模拟方法

现在的卡点计算公式大多采用提升法,应用微积分理论计算卡点,只适应于直井,且单一管柱卡点计算公式只适合L形斜井模型,遇到不同井眼轨迹的定向井或水平井其合理性和准确性就无法验证。为此,基于有限元理论,提出大斜度井修井管柱力学数值模拟分析方法,对简化实例模拟仿真,并与理论模型的计算结果进行对比分析。分析结果表明,数值模拟仿真法能真实、准确地计算卡点位置;管柱在井眼中受屈曲失稳和摩擦的影响,上提力与管柱变形量之间将不再是完全的线性关系,可通过数值模拟的方法得到上提力的下限范围。     

大斜度井两层稳定模型岩屑传输规律研究

根据质量守恒定律和动量定理,建立了考虑悬浮层颗粒扩散、岩屑床中流体压力降的大斜度井中两层稳定岩屑传输数学模型。从环空返速、井斜角、岩屑床分数以及岩屑床中流体流动的附加压力降等方面进行了模拟研究,研究结果表明:岩屑床分数的增加、环空返速的提高有利于岩屑颗粒悬浮;随井斜角增加,悬浮层颗粒浓度减小;岩屑床面积较大时,进行大斜度井水力学设计时应考虑岩屑床中的流体压力降。     

大斜度井筒条件下沉积砂床表面颗粒起动临界条件研究

石油工程领域中,涉及到大斜度井筒条件下固液两相流动的作业,有大斜度井的钻井岩屑运移、管内砾石充填以及冲砂作业等,这些作业的过程其实质都是沉积砂床条件下的固体颗粒运移,其中固相沉积床表面的颗粒起动是其核心问题之一。将固相颗粒视为球形颗粒,考虑颗粒重力、水流推力、上举力、水柱静压力和粒间粘结力,以及各力臂与沉没度的关系,通过力矩平衡分析建立了井筒倾斜条件下沉积床表面颗粒起动的临界流速模型,并进行了计算结果分析。该模型考虑了沉积床表面颗粒沉没位置的随机性及由此引起的颗粒起动的随机性,引入颗粒无因次沉没度随机变量,将其概率密度视为均匀分布,结合无因次沉没度的概率分布函数,在临界流速与颗粒直径及颗粒起动百分比之间建立了定量关系。该模型用于预测大斜度井条件下砂床表面颗粒在水流作用下的起动临界条件以及给定水流条件下的起动百分比。      

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本文根据弹性梁的受力与变形平衡微分方程,在导出二维弯曲井段套管单元体摩阻计算模型的基础上,通过近似分析,导出了三维弯曲井段套管单元体摩阻计算模型;用四川隆40-l大斜度井的下套管数据进行验证,表明计算大钩载荷与实测大钩载荷有较好的吻合度。