钻头与地层相互作用分析及井眼轨迹预测

本文对钻头与地层相互作用进行了全面的三维分析,在综合考虑钻头各向异性和地层各向异性对井眼轨迹影响的基础上,建立了钻头与地层相互作用的三维钻速模式.利用该模式并结合钻柱力学三维分析,可以预测定向井井眼轨迹,还可以利用定向井井史资料,反求有关系数.通过对大庆油田萨中区四口定向井井史资料的分析,得出该地区10个层段3种常用钻头的10组数据.在此基础上,对该地区两口实验井分四个井段进行了跟踪预测,其结果是,井斜平均误差为0.162°/100m,方位平均误差为0.988°/100m.     

利用地层综合系数法评价及优选钻头

常规钻头选型或者通过钻头的实际使用效果(如钻头进尺、每米成本、机械钻速等参数)，或者通过地层岩石力学的一个或几个参数来进行，但由于钻头在井下受多种地层力学参数的影响，常规方法难以选出最适合本地区的钻头型号。阐述了一种既考虑钻头的经济效益又考虑钻头钻遇地层的岩石力学特性来进行钻头评价和选型的方法，即“地层综合系数法”，并给出了该方法的计算步骤。应用该方法既可以对钻头的预期表现进行评价，也可以进行钻头优选。     

考虑钻头与地层相互作用的侧钻水平井轨迹预测方法

在侧钻水平井钻井过程中，由于造斜率高，从造斜点到半点之间的井段长度有限，给侧钻井的井眼轨迹控制带来较大的挑战。考虑钻头与地层之间相互作用、钻头切削各向异性以及钻头侧向力等因素的影响，建立了侧钻水平井造斜井段采用弯外壳螺杆钻具滑动钻进时的轨迹预测模型，并用现场实钻数据对理论模型进行了验证，为侧钻水平井井眼轨迹预测及井眼轨迹控制提供了一种行之有效的方法。     

蠕变地层与油井套管相互作用力学模型

在油井生产过程中,地层的蠕变使套管承受的外部挤压载荷逐渐接近于上覆岩层压力。当套管的外部挤压载荷大于套管的抗挤强度时,套管将产生屈服、变形甚至破裂。目前采用的蠕变地层与套管相互作用的力学模型存在理论上的错误,无法正确计算套管的外部挤压载荷。根据实际建井过程和力学原理,建立了正确的蠕变地层与套管相互作用的力学模型。如果地层不具有蠕变性,地应力不会作用在套管上;如果地层具有蠕变性,且持续时间比较长时,套管所受的外挤载荷为地层的上覆岩层压力。现场检测到的套管非轴对称形变主要是由套管壁厚不均匀、材质不均匀、套管受到刮伤及套管一侧黏土膨胀等因素所致,而不是地层的非均匀地应力造成的。     

轮古区块深井复杂地层钻头选型研究与应用

文章针对塔里木油田 Ｌ Ｇ区块的钻头选型问题, 对目前的钻头选型方法进行了总结和评述, 采用岩屑能量法测定了地层上部的岩石可钻性, 为钻头选型提供了依据; 利用现场测井资料计算了地层下部的岩石力学参数, 指出奥陶系地层不适合使用 Ｐ Ｄ Ｃ钻头; 同时采用主成分分析方法对大量钻头使用资料进行了分析, 利用钻头入井深度、 钻压、 转速、 比能、 排量、 进尺、 平均机械钻速等七个因素构建综合指标来评价钻头的使用效果, 优选出了Ｌ Ｇ地区钻头型号, 经过钻头优选及参数优化后, 机械钻速有明显的提高。     

肯吉亚克油田地层评价及钻头选型研究

应用测井资料，结合室内岩心岩石力学参数测试结果。开展了肯吉亚克油田地层评价及钻头选型研究，建立了肯基亚克油田地层抗钻特性评价剖面；依据地层抗钻特性评价结果将肯吉亚克油田二开、三开井段划分为5段地层；再结合各段地层的岩石力学参数统计结果，给出了相应层段的钻头选型建议，并对相应层段的钻头性能进行了评价，提出了肯吉亚克油田的钻头选型方案。现场试验结果表明，该研究对于设计肯吉亚克油田个性化钻头具有重要意义。     

岩石可钻性呈椭球型分布时地层与钻头相互作用模型

综合考虑钻头各向异性、地层各向异性、钻进效率、地层产状、钻头与地层的作用力和钻头转角等因素的的影响，建立了以矩阵形式表达的岩石可钻性呈椭球型分布时地层与钻头相互作用模型。     

应用钻头与地层相互作用模型优化防斜钻具组合设计

应用钻头与地层相互作用模型，综合考虑钻头和地层各向异性、钻头侧向力及钻头转角对井斜的影响，提出了“井斜趋势角”概念。针对各向同性地层，推导了简单实用的“井斜趋势角”计算公式。分析表明，进行防斜钻具设计、优选钻井参数时，综合考虑上述诸因素对井斜的影响是十分必要的；与“钻头侧向力最大”或“钻头转角最小”等单一指标相比，“井斜趋势角”指标考虑因素更全面、设计（或评价）结果更可靠。     

流花油田地层岩石力学参数评价及钻头选型技术

钻头的合理选型对提高钻进速度、降低钻井成本起着重要作用。应用改进的经济效益指数法对流花LH11-1区块的钻头使用效果进行了评价,结合地层岩石力学参数评价结果优选出了与流花LH11-1区块地层相适应的钻头型号。改进的经济效益指数法考虑了钻头磨损的影响,从而使评价结果更加客观合理。由于没有搜集到按垂深进行地层划分的数据,提出了按照地层岩石力学性质进行地层分层的新方法,该地层分层方法首先将地层的多种岩石力学性质进行聚类分析,然后根据层内离差平方和最小,层间离差平方和最大的原理进行地层划分,此种地层划分方法对于钻头优选、钻进参数优化以及合理制定钻进措施等具有重要意义。现场应用结果表明,文中给出的钻头选型结果和地层分层方法是合理的,能够在大位移井中应用。     

地层评价和地质应用实例研究——共享地层模型-岩石物理学家的新角色

这篇论文讲述的是岩石物理学家工作的新焦点，即在共享地层模型过程中提供几条重要的线索。     

钻头优选新方法及其应用

针对大港油田X区块地层特点、钻头选型的难题，利用现场测井资料及岩心实验结果建立了该区块岩石可钻性与声波时差、岩石可钻性与地层密度的单因素计算模型及岩石可钻性与多元测井参数计算模型，并利用多元测井参数与岩石可钻性的关系模型，对单一测井参数计算得到的岩石可钻性级值的误差进行了修正，建立了该区块横向地层岩石可钻性剖面及整个区块岩石可钻性纵向剖面，找出了该区块地层岩石横向及纵向可钻性变化规律，根据计算结果优选出适合于该区块的钻头类型，解决了钻井速度慢、钻井周期长的问题。     

三牙轮钻头与地层相互作用动力学数值模拟

三牙轮钻头与岩石相互作用时,牙轮不仅绕钻头轴心线公转,还要绕各自的中心轴线自转,较难用一种简单的几何曲线描述其运动轨迹,钻头破岩过程中的受力更加复杂。采用有限元法对三牙轮钻头与地层相互作用进行了仿真模拟,为分析钻头破岩过程及作用机理提供了一种有效的动力学分析方法。     

钻头选型方法综述

钻头的合理选型对提高钻进速度、降低钻井综合成本起着重要作用。对近年来国内外钻头选型的主要方法进行了比较全面的总结与评述。目前,钻头选型方法大致可概括为3种:一是钻头使用效果评价法;二是岩石力学参数法;三是综合法。钻头使用效果评价法把反映钻头使用效果的一个或多个指标作为钻头选型的依据;岩石力学参数法根据待钻地层的某一个或几个岩石力学参数,结合钻头厂家的使用说明进行钻头选型;综合法把钻头使用效果和地层岩石力学性质结合起来进行选型。详细介绍了各种选型方法的基本原理,并分析其不足之处。最后指出PDC钻头合理选型方法研究是今后钻头选型领域研究的重点。     

新型定向井PDC钻头的研制与应用

针对常规PDC钻头在胜利油田临盘区块定向井钻井施工中，工具面不稳定、难以控制、滑动钻进时钻压较小、钻速低的问题，研制出了一种新型定向井PDC钻头。该PDC钻头采用短剖面形状，特殊双重切削布齿结构，又对钻头进行了力平衡设计，把钻头的侧向力减到最小，增加了钻头工作时的稳定性。在临盘区块多口定向井的现场应用表明，新型定向井PDC钻头滑动钻进时钻压变化的敏感度小，工具面可控性好，复合钻进机械钻速和定向井机械钻速较常规PDC钻头都有较大幅度提高，且提高了钻井和下套管效率及井身质量。     

鄂尔多斯盆地北部工区测井优选钻头技术与应用

利用已完钻测井资料和地质资料对工区地层强度特性进行评价,建立地层声波时差和岩石可钻性的定量关系,估算各层段的岩石可钻性级值,并对地层岩石可钻性进行分级与对比。根据可钻性级值和地层硬度、抗压强度等岩石力学参数及钻井工程情况,利用钻头优选方法,选择适应研究工区的钻头型号,对不同层位使用的钻头型号进行可行性分析和评价。通过几口井实际钻头选型的试验研究和应用,达到了提高机械钻速及钻头进尺,缩短钻井周期,降低钻井成本的目的。     

基于矿物组分与断裂韧度的页岩地层脆性指数评价模型

利用岩石力学参数计算页岩地层脆性指数其结果存在不确定性,而由矿物组成得到的结果不能反映地层的实际脆性。为此,在用矿物组分计算地层脆性的基础上,引入断裂韧度作为每种矿物的加权系数,建立了页岩地层脆性指数评价新模型。用页岩地层的岩石力学模型、脆性矿物模型和建立的新模型分别计算了某井页岩地层的脆性指数,并对其结果进行了对比。结果发现,在岩石力学参数异常段,新模型的评价结果比岩石力学模型高10%左右,且评价结果与压裂效果一致。研究表明,新模型的脆性指数与断裂韧度之间呈负线性关系,地层断裂韧度越大,则脆性指数越小,反之亦然。分析认为,该模型有效避免了单一矿物含量模型带来的缺陷,同时新模型与页岩地层的含气量和有机质含量无关,对页岩地层来说是一种高效的模型。      

徐家围子地区地层岩石可钻性级值的确定

针对徐家围子地区下部地层的复杂情况，岩石可钻性级值较高，钻井机械钻速低、进尺慢和钻井周期长的问题，迫切需要准确预测徐家围子地区下部地层的岩石可钻性级值，为科学制定钻井计划提供有力依据。为此，通过对徐家围子地区大量实际钻井资料进行统计、分析、计算，利用通用钻速方程，得出徐家围子地区下部地层岩石可钻性级值规律，并对所求岩石可钻性级值进行分析，得出地层岩石可钻性与地层深度的剖面图，进而拟合出岩石可钻性级值与地层深度的表达式。     

下部钻具组合——不等截面、近钻头稳定器问题的分析

本文是在“纵横弯曲法对钻具组合的三维分析”的基础上,对钻井过程中常遇到的不等截面问题、钻具与井壁之间的接触问题(包括失稳)以及近钻头稳定器问题用纵横法理论作了进一步研究.提出了此类问题的求解方法,扩展了“纵横法”的应用范围.并根据这些方法较为洋细地分析了钻压、井斜角、间隙和井眼曲率等主要因素对钻头侧向力的影响.这些分析在现场进行了验证,达到了预期的效果.