从井底岩石受力分析研究气体钻井对机械钻速的影响

采用气体钻井时机械钻速较高,目前已被钻井界普遍认可;但对气体钻井是如何提高机械钻速的研究还不多。为此,通过有限元软件对井底岩石所受应力及其垂向应力积分曲线进行分析,结果发现,气体钻井过程中井底岩石上凸,表现为类似"张力"的外张趋势,其垂直于井底平面向下应力影响范围也比常规钻井液的大,由于没有钻井液静液柱压力的压持效应,岩石开始从塑性向脆性转变,这和所预期的结果一致;这一转变更利于钻头切削面与岩石接触,提高岩石破碎效率;也就是说,如果在使用相同的钻头、钻具组合以及机械参数等作用下,岩石破碎的区域更大,钻进速度也更快。     

空气钻井提高钻速机理研究

我国一些地区为提高深井和大尺寸井眼的机械钻速，降低钻井成本，采用了气体钻井技术，因此需要对气体钻井技术提高钻速的机理进行研究。首先对石油钻井过程中降低井底压降、旋冲钻井、提高清洁效率、避免重复破碎等提高破岩效率的方法进行了简单总结．然后通过对相关文献提供的数据和图表资料的分析，比较了空气钻井与常规钻井液钻井的差别，最后指出空气钻井能大幅度提高机械钻速的主要机理是：负压差作用、井底岩石力学性质和应力状态发生变化、钻头旋转；中击破碎岩石、井底清洁及热应力等。这为进一步研究提高空气钻井的机械钻速机理提供了参考依据。     

气体钻井岩石应力应变场对井斜的影响分析

井斜问题是气体钻井技术应用过程中的主要技术瓶颈,因为井底负压差条件使地层岩石的视强度显著降低,一方面有利于地层岩石破碎与提高机械钻速,另一方面也容易在较短的时间内形成较大的井斜角.目前对气体钻井过程中的岩石力学特性研究甚少.以传统的井周应力模型为基础,考虑地层孔隙压力和原始地应力的作用,利用Ansys软件分析了气体钻井井周与井底岩石应力应变场分布.分析结果认为,气体钻井井底岩石应力分布的差异是造成井斜的主要原因,井眼轨迹有向最大水平主应力方向漂移的趋势.     

低压脉冲射流井底欠平衡钻井提高钻速机理分析

理论分析了井底欠平衡压力对井底岩石应力状态的影响以及负压差促进岩屑脱离井底的机理。通过对压力波在井底岩石中的扩散特点的分析 ,得出脉动性井底低压比持续性低压更有利于提高渗透性岩石的破碎效果。对于钻进大多数中渗透性地层 ,建议单个低压脉冲的持续时间应为几毫秒 ,而相应的低压脉冲之间的间隔应为几十毫秒。     

气体钻井井斜有限元岩石应力分析

气体钻井易井斜,钻井施工主要通过调整钻具组合和钻井参数进行轨迹控制,然而在高陡构造地区,气体钻井井斜变化严重超出井身质量控制要求,为后期作业带来了严重影响。因此,气体钻井井斜变化必须考虑井筒中不同循环介质的影响和井壁稳定程度的影响,而现有的数学模型复杂,计算量大,不能真实地模拟井下钻井的力学变化。为此,利用有限元理论,建立了实体三维力学模型,可以充分考虑井筒中不同循环介质的影响和井壁稳定性的影响进行Von Mises应力计算,根据地层应力值的变化,可以直观地分析出气体钻井井斜规律。通过对该模型力学计算结果的分析表明：在相同地层倾角和岩石强度下,气体钻井井斜幅度大于钻井液钻井的井斜幅度,井壁更不稳定,钻井时更易出现井眼扩大现象;当地层倾角小于45°时,井斜具有上倾趋势;地层倾角等于45°时,井斜趋势不明显;地层倾角大于45°时,井斜具有下倾趋势。     

新疆地区大直径井眼提高钻速的若干问题浅析

根据新疆地区大直径钻井实践的认识和理论分析，较为深入地讨论了影响其钻速提高的原因，针对这些因素提出了一些有价值的建议，对大直径井眼机械钻速的提高有一定的指导意义。     

水力脉冲空化射流欠平衡钻井提高钻速技术

研究了水力脉冲空化射流欠平衡钻井破岩、清岩、提高机械钻速机理,并在准噶尔盆地金龙3井进行了水力脉冲空化射流欠平衡钻井现场试验。研究结果表明,井底欠平衡状态下产生水力脉冲、空化冲蚀和局部负压效应,可改善井底流场,降低岩石的破碎强度,促进井底已破碎岩石及时脱离井底,减少反复切削及压持效应,从而达到提高机械钻速的目的。金龙3井相邻井段机械钻速对比表明,在钻井参数基本不变的情况下,采用牙轮钻头+水力脉冲空化射流发生器欠平衡钻井方式钻2 590~2 655 m井段和采用牙轮钻头+水力脉冲空化射流发生器+螺杆钻具欠平衡钻井方式钻2 655~2 759 m井段的机械钻速分别比采用欠平衡钻井方式钻2 485~2 590 m井段的平均机械钻速提高19.8%和87.1%。图5表2参14     

深水钻井机械钻速的优化：钻速限度的确定

美国墨西哥湾 (GOM )的深海钻井通常以极小的孔隙压力和破裂压力梯度窗口而著称。在美国墨西哥湾地区深水钻井中 ,需要对当量循环密度 (ECD)进行严格控制 ,使之不超过地层的破裂压力梯度 ,进而减少井漏并使停工时间最小化。深水钻井通常使用合成基钻井液 (SBM )。在接单根时井底钻具的周围常常会发生大块岩屑沉淀现象 ,对此 ,现场操作人员和钻井液供应商提出了几项技术措施以提高井眼清洗效率和优化钻井操作。经过对各种情况下井眼清洗效率的研究 ,可以准确地预测当量循环密度及确定给定机械钻速下的安全操作窗口。这个结果随后在美国墨西哥湾地区两口深海井中应用 ,井深分别为 2 80 0ft和 880 0ft,采用的是合成基钻井液体系。文中提供了水力研究和现场试验的结果 ,并给出了今后钻深海井的一些推荐做法     

利用水力脉冲空化射流复合钻井技术提高钻速

水力脉冲空化射流复合钻井技术是指在复合钻井过程中将水力脉冲空化射流发生器安装于钻头与螺杆钻具之间的一种新组合钻井方式,可以综合利用机械能量及水力能量来提高钻速。水力脉冲空化射流复合钻井的提速机理是:将常规复合钻井的高转速破岩与水力脉冲空化射流的有效清岩相结合,从而提高钻速。分析了在新疆英买、轮南区块4口井水力脉冲空化射流复合钻井的现场试验,结果表明水力脉冲空化射流复合钻井比常规复合钻井钻速平均提高12.67%,比常规钻具结构钻井钻速提高26.2%～55.36%,该技术具有较大的推广应用价值。     

气体钻井钻速方程的建立与验证

实践业已证明,优化钻井技术在钻井液钻井过程中能够提高机械钻速、降低钻井成本,但目前缺乏其对气体钻井过程中应用情况的研究。为此,以气体钻井过程中的优化钻井技术为研究对象,应用多元回归的方法,初步建立了气体钻井的机械钻速预测方程。所建立的方程考虑了钻压、转速、岩石强度等对机械钻速的影响,并将测井参数计算的岩石强度引入该方程,提高了预测的精度。为了验证所建立方程的正确性和实用性,对四川盆地元坝地区侏罗系已完成气体钻井的3口井进行了机械钻速分段预测,预测结果与实际钻井速度基本相符,平均相对误差小于15%,说明该预测方程能够满足工程需要。该方程的建立,为气体钻井过程中优化钻井技术的应用提供了理论基础。     

活性泥页岩快速钻井钻井液技术

为解决活性泥页岩水化分散而导致井眼缩径、井壁垮塌、钻头泥包、起下钻不畅、卡钻等井下复杂问题,以聚胺抑制剂和防泥包快钻剂为主要处理剂,研制出一套适宜于活性泥页岩钻井的快速钻井液体系。钻井液抗高温流变性能实验表明,钻井液能抗温150 ℃以上,通过钠膨润土造浆试验、岩心耐崩塌试验、钻屑滚动回收和泥岩黏附聚集试验,表明其抑制性能和润滑性能接近于油基钻井液,可解决强造浆活性泥岩钻井出现的钻井液黏切升高、流变性能恶化,能有效防止泥岩井壁失稳、钻屑分散、钻头泥包、泥岩黏附和聚结。钻井液体系抗污染性能好,且生物无毒,满足排放标准。在南堡17-×1511井的成功应用表明,该钻井液体系一定程度上有效解决了水敏性活性泥页岩安全快速钻进问题,可进一步推广。     

超深定向井钻井中钻井参数对套管磨损量的影响

由于超深定向井井深较深,在技术套管封固之后下部地层钻进时间长,期间钻具与套管发生接触磨损,套管强度降低。在套管钢级一定的条件下,影响套管磨损的钻井因素主要有转盘转速、机械钻速、钻井液密度与类型、钻具组合等。以XG-X井为例,研究了这些重要因素对磨损量的定量影响。计算结果表明转盘转速、机械钻速对套管磨损影响最大;定量计算了该井当前条件下在不同的机械钻速、转速下的套管磨损量,给出了机械钻速—转速—磨损量关系图版,由于机械钻速和转速在一定范围内可以调节,实际钻井过程中可根据本研究结果合理地搭配机械钻速与转速,以减少套管磨损,提高套管寿命,延长油井使用年限。     

深水超深井钻井井筒温度剖面预测

在深水海域进行超深井钻井时,钻井液温度变化幅度较大,温度剖面的准确预测对于深水超深井的安全钻进至关重要。为了准确预测深水超深井钻井温度剖面,为深水超深井钻井设计提供借鉴,通过能量守恒原理建立了钻井温度剖面的计算模型,考虑不同井段的传热方式不同,将井身结构分为海水段、套管段、裸眼段进行分析,并通过数值法求解。通过实例计算对影响温度剖面的因素进行了分析。结果表明,钻井液循环300 min后,钻井液温度剖面趋于稳定;钻井液在整个循环过程中,温度差可达150 ℃;排量对井壁温度的影响较小,对井底钻井液温度的影响较大,且排量越大,井底温度越高;由于目的层较深,入口温度对于井底温度的影响较小。研究结果可为我国深水超深井安全钻井提供参考。     

深水低温条件下油基钻井液流变性能实验研究

深水钻井过程中,海水低温环境对油基钻井液的流变性能有较大影响.文中采用Haake RS300流变仪测试了油基钻井液低温下的流变性能,并研究了基础油种类、提切剂、有机土和加重剂加量对钻井液低温流变性能的影响.结果表明,Haake RS300流变仪能精确描述油基钻井液低温下的流变性能,特别是低剪切速率下的流变性能;低温条件下,油基钻井液的剪切应力随剪切速率的变化呈现2个阶段（极低剪切速率下的线性阶段和中、高剪切速率下的剪切稀释阶段）;基础油种类、提切剂、有机土和加重剂加量对油基钻井液低温下的流变性能影响显著,特别是低剪切速率条件下的流变性能.     

基于地震资料的钻速预测研究

钻井的机械钻速与钻头结构、钻井液性能、钻进参数和钻具组合等因素密切相关,但理论和实践表明,地层因素仍是影响钻速的最主要因素,它不仅直接影响钻速,而且也制约着钻井参数对钻速的影响.针对新探区的特点,可从地震资料中提取包含地震层速度、地质年代、地质构造、地层产状、地层岩性等信息,发掘这些信息与地层可钻性以及机械钻速间的内在联系.在充分利用地震资料的基础上,运用数理统计等办法,模拟和优选出了层速度与地层可钻性以及层速度与机械钻速间的定量计算模型,并最终形成一套基于地震层速度直接预测机械钻速的方法和技术.通过计算机编程对HN油田近20口井的机械钻速进行钻前预测,符合率均达70%以上,表明该方法能较科学地预测新探区的机械钻速,能为钻前钻井周期设计以及钻井招投标价格预算等提供有益的帮助.     

Effect of drilled solids on drilling rate and performance

This paper describes the results of laboratory investigations into the effect of drilled solids on the drilling rate and drilling performance. Drilling fluid performance and a successful result during drilling operations are characterised by the fluid's properties providing hole cleaning and cutting transport. Various concentrations of bentonite which has the same specific gravity with drilled solids were used to simulate drilling performance. The results were discussed in terms of electric stability (emulsion stability), high-pressure high-temperature (HPHT) including the resultant filter cake, rheological properties of the active fluid Experiments show that the ES drops in half as the drilled solid (bentonite) concentration increases from 0 to 75 lb/bbl. The HPHT FL test produced thicker filter cake and the HPHT FL doubles while the YP quadruples as the bentonite concentration increases. Accumulation of filter cake on the bit or BHA during pull out of hole of a drill string and hole problems are attendant problems associated with inefficient solid control. The use of bentonite to simulate the drilled solid is good agreement with previous works.     

深水钻井条件下合成基钻井液流变性

目前合成基钻井液体系在深水钻井中应用比较广泛,其低温流动性也成为深水钻井中较受关注的问题。通过测定线性α-烯烃合成基钻井液在不同组成时的黏度-温度特性,研究了乳化剂种类、有机土加量、油水比以及钻井液密度等对合成基钻井液低温流动性影响,探讨了基油种类和黏度对油包水钻井液的黏度-温度特性影响。实验结果表明,乳化剂种类是影响线性α-烯烃合成基钻井液低温流动性的最主要因素,其次是有机土加量和油水比,而加重材料对合成基钻井液低温增稠程度影响较小;基油低温黏度是影响深水合成基钻井液体系黏度的重要因素。线性α-烯烃合成基钻井液较矿物油和气制油基钻井液具有更优的低温流动性,可以应用于深水钻井作业。     

不同注入条件下地层酸蚀蚓孔扩展规律

在碳酸盐岩酸化中,地层条件下酸液流动引起的蚓孔扩展情况与实验室条件下的不同,因此有必要对地层条件下的蚓孔扩展规律进行研究.应用1种二维双重尺度连续模型并耦合1个压缩区模型进行了研究,结果表明:与实验室条件相比,地层条件下的蚓孔扩展速度较慢;定压条件下,地层流体的压缩系数越小,蚓孔扩展速度越慢,反之亦然;定流量条件下,地层流体的压缩系数越小,入口压力下降越慢,出口压力上升越快,反之亦然;由于压缩区和施工条件的影响,地层条件下的蚓孔长度存在最大值;建立表皮系数模型,通过实例分析发现,蚓孔未突破污染区域之前,定流量条件下的蚓孔扩展速度和表皮系数下降速度均大于定压条件下的结果,蚓孔突破污染区域之后,二者几乎没有差异,且注酸量存在最优值.