限定入靶井斜的双圆弧型纠偏轨道设计问题的全解

井眼轨道设计问题具有多解性．目前常用求解方法无法求出该问题的全部解。从数学机械化思想出发,经过一系列复杂的数学化简过程．将井眼轨道设计问题所满足的多元非线性方程组的求解问题归结为求一个一元非线性方程全部正实数解问题。给出了求纠偏轨道设计问题全部解的具体流程。新方法能够根据已知设计条件自动判断设计问题是否有解和具体有几个解。新方法所使用的数学化简技巧不仅适用于本文所研究的限定入靶井斜的双圆弧轨道设计问题。对于圆弧型井眼轨道设计的其他问题也是很有效的一种数学手段。     

双层连续管双梯度钻井井筒钻井液当量循环密度分布特征

双层连续管钻井是一种新型双梯度钻井技术,为了分析双层连续管钻井井筒ECD分布特征,研究基于双层连续管钻井工艺特点,考虑井筒温度、压力和岩屑浓度等参数影响,建立了双层连续管双梯度钻井井筒ECD计算模型,分析了钻井液排量和钻井液密度等因素对井筒ECD的影响规律。案例井计算结果表明,井筒ECD随着钻井液排量和密度的增加而增大,机械钻速的增加对井筒ECD的影响较小,双层管尺寸需结合井眼尺寸和循环压耗进行优选。双层连续管双梯度钻井可有效降低井底ECD,在钻井过程中可通过调整钻井液排量和密度实现井筒压力的动态控制,为应对深水钻井压力窗口窄和浅层易发生漏失等难题提供了一种有效的解决方法。     

基于提高钻速的待钻井眼轨道设计方法

目前待钻井眼轨道设计时,通常以最短井段或最小摩阻/扭矩为设计目标,在通用轨道设计方法的基础上,依据现场人员工程经验进行轨迹调整,现用方法存在待钻井眼设计轨道工程适用性差、设计过程随意性及经验性强等问题.为此,利用定向钻井机械钻速预测模型,结合螺杆钻具造斜能力预测与计算,建立了以工程实际为限制准则的约束条件,采用通用井眼...     

考虑方位漂移时定向井待钻轨道设计方法

在方位漂移井中实钻轨迹更容易偏离设计轨道，经常需要进行待钻轨道设计。为了利用已钻井段的方位漂移规律更方便地控制后续井段的井眼轨迹，提出了一种考虑方位漂移的定向井待钻轨道设计方法。该方法构造了一种稳定性好、收敛快的迭代格式来确定一个特殊点，使以该点为目标设计的待钻轨道考虑方位漂移后正好穿过实际目标点。确定特殊点时，取实际目标点作为迭代初值，以其为目标设计的待钻轨道考虑方位漂移后必然与实际目标点所在水平面相交于一点，记下实际目标点相对于该交点的坐标增量，将其加到迭代初值上作为新的迭代初值，如此反复迭代，直至实际目标点相对于交点的坐标增量在一定误差范围内，则最后的迭代初值即为要找的特殊点。实例计算表明，该方法是可行的。由于该方法与不同单目标定向井轨道设计方法之间有很好的兼容性，可广泛应用于考虑方位漂移的单目标定向束轨道设计中。     

圆弧型井眼轨道设计模型的综合求解法

为让圆弧型井眼轨道设计模型的求解方法简洁、有效、快速且具有足够精度,提出了井眼轨道解析、扫描和迭代的综合求解法。讨论了三段制和五段制两种典型的圆弧型井眼轨道及其初值问题。对于三段制轨道,利用其几何性质直接给出解析计算公式;对于五段制轨道,分为约束目标井段的井斜角或方位角、约束中间稳斜段的井斜角或方位角两大类,并建立了简洁的参数约束方程,提出了先以图谱扫描初步求解、再以此为初值迭代求解的综合求解方法。研究结果表明,所提出的算法简单实用,易于编程实现,在三维定向井和水平井设计中具有应用价值。     

基于地质导向的给定井眼方向待钻轨道设计

在地质导向钻进过程中,井眼方向及其变化规律是井眼轨道监测与控制的关键参数,给定目标点井眼方向待钻轨道设计是水平井轨迹控制的重要技术之一。分析认为给定井眼方向的待钻轨道剖面由“斜面圆弧段＋直线段＋斜面圆弧段”组成,是最简单且合理的剖面形式,为了避开求解非线性约束方程组,使得求解过程具有一致收敛性,并且所有计算公式在理论上都是精确解,因此提出了逐点寻优设计法待钻轨道设计方法,并对其进行了改进,形成了非常有效的改进型逐点寻优设计法;算例分析表明改进型逐点寻优设计法是可行的,其计算过程、普适性、精确性及稳定性均得到了保证,因此可广泛应用于定向井、水平井、大位移井、多目标井的待钻井眼轨道设计。     

限定目标点井眼方向待钻轨道设计新方法

限定目标点井眼方向待钻轨道设计是定向井尤其是水平井轨迹控制的重要技术之一,对于提高井眼轨迹控制精度和中靶精度有极为重要的作用。从轨道的约束个数和未知参数个数相等的原则出发,分析认为"斜面圆弧段+直线段+斜面圆弧段"是最简单且合理的剖面形式。在此基础上,提出了一种新的限定目标点井眼方向待钻轨道设计方法——逐点寻优设计法,并对其进行了改进,将二元显函数的最优值问题转化为一元显函数的最优值问题,形成了改进型逐点寻优设计法,给出了该方法的计算步骤,并进行了算例分析,证明了该设计方法的正确性。计算过程和结果表明,改进型逐点寻优设计法避开了求解非线性约束方程组,是一种有效而可靠的限定目标点井眼方向待钻轨道设计方法。     

三维圆弧型井眼轨道设计模型的拟解析解

为了研究三维圆弧型井眼轨道设计方程组是否存在解析解以及如何有效求解,使用消去法从多元非线性方程组中推导出其中的某个未知数满足一个特征多项式方程,并且证明了该方程组的拟解析解可以由特征多项式方程的实数根和已知设计参数构成的解析公式计算得到;如果极点多项式非恒等于0,则当特征多项式次数不超过5时,如果有解则为解析解,否则为数值解。通过使用C++类实现多项式加减法、乘法的计算方法,提出了多项式实数根的分隔算法、并用二分法快速求解出多项式全部实数根的计算方案。该方法在数学上经严格推导,计算方案简洁、稳健,在三维井眼轨道设计、智能钻井定向控制中具有应用价值。     

三维圆弧型井眼轨道设计模型的拟解析解

为了研究三维圆弧型井眼轨道设计方程组是否存在解析解以及如何有效求解，使用消去法从多元非线性方程组中推导出其中的某个未知数满足一个特征多项式方程，并且证明了该方程组的拟解析解可以由特征多项式方程的实数根和已知设计参数构成的解析公式计算得到；如果极点多项式非恒等于0，则当特征多项式次数不超过5时，如果有解则为解析解，否则为数值解。通过使用C++类实现多项式加减法、乘法的计算方法，提出了多项式实数根的分隔算法、并用二分法快速求解出多项式全部实数根的计算方案。该方法在数学上经严格推导，计算方案简洁、稳健，在三维井眼轨道设计、智能钻井定向控制中具有应用价值。     

连续油管钻井技术

连续油管钻井 (CoiledTubingDrilling ,简称CTD) ,是国外九十年代发展起来的一项新技术 ,目前 ,国内油田尚无广泛应用。本文较系统地论述了这一新技术所采用的设备和中外油田的应用情况 ,分析总结了CTD的工艺特点及发展趋势 ,并对其在稠油开发 ,老井重入等方面的应用进行了阐述。     

对小井眼连续油管钻井技术优越性的认识

随着油气资源勘探开发不断向海洋和西部地区深入,钻井作业所面临的地质条件和自然环境更加复杂和恶劣,在技术、成本及环保等方面存在的问题更加突出。为此,小井眼井连续油管钻井作为一项优越性明显的钻井新技术,受到了国内外各油田和研究机构的重视和青睐。该技术具有降低成本、操作安全、利于环保、能应用于特殊环境和特殊的勘探开发中、易实现自动化和智能化等优点,体现了国际石油钻井技术发展的总趋势,必将成为21世纪主要钻井技术之一。     

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定向井井身轨迹的选择对于钻井施工的安全、高效、低成本起着重要的作用。文章依据钻柱在定向井井眼内的实际受力分析，建立了追求钻柱起下钻摩阻力最小的最优井身轨迹目标泛函模型，并利用求泛函极值的变分原理，采用里兹法和多维寻优法求解了最优井身轨迹。结果表明：给定边界条件下的最优井身轨迹，既不是悬链线，也不是抛物线，而是一条复杂的超越曲线；最优井身轨迹有着良好的力学性态，可在定向钻井中广泛应用。     

连续管钻井震击工具的设计及研究

在连续管钻井过程中,由于连续管自身的特性,其加压后易出现摩擦自锁,进而导致轴向力传递效率低下、在水平段延伸困难等问题。为此设计了一种连续管震击工具,该工具通过提升泵入排量来启动工具,同时产生轴向震击和周向旋转,一定程度上解决了连续管钻井过程中的加压和托压问题,并且能提高机械钻速,延长钻头寿命。对工具关键部件冲击砧和圆柱销进行了有限元分析,结果表明其强度设计合理。针对工具的工作机理、震击频率和密封强度进行了地面试验,工具在工作频率达17～25 Hz、工作转速为3～11 r/min时,经长时间反复震击,没有出现泄漏,可正常工作,证明其设计合理、技术性能可靠。研究结果为国内连续管震击工具的研制提供了技术支持。     

连续油管随钻地震测量技术

油气的有效勘探主要依赖于司钻精确选定井位的能力，但这对于小目的层、长分支井和水平井段特别困难。常规的电缆垂直地震剖面法能对此提供有价值的帮助，但此类作业要求从井中超出钻杆柱或通过钻柱泵送检波器，而这两种方法都会增加施工时间。在长的裸眼井段进行电缆作业可能会出现卡钻和潜在的打捞作业等形式的风险，这会妨碍进行先行的垂直地震剖面（ＶＳＰ）测量。理想的情况是在钻井过程分几步获取ＶＳＰ数据，确保采取正确措施，以帮助精确确定钻头方位，但从钻井时间的成本考虑通常会阻碍这种选择。成熟油藏和压力递减油藏的经济勘探技术的新发展，为连续油管钻井的更广泛应用提供了条件。地震仪与连续油管钻柱的组合能为降低钻井成本、优化井位提供理想的配置。本文讨论适用于钻头地质导向的方法和将地震仪引入销柱所带来的附加经济效益，并介绍了连续油管钻井中ＳＭＷＤ测量仪的开发。     

连续管钻井电液定向器工具面角度调整分析

针对连续管钻井(CTD)过程中无法实时摆正工具面的问题,在设计CTD电液定向工具(EHO)的基础之上,分析了该工具实时调整工具面的方法。以连续管钻水平多目标井为例,在建立大地坐标系与EHO局部坐标系的空间位置变换关系基础上,根据工具面角度调整特点及电液定向工具的结构参数,得到了适合EHO控制工具面角度的调整方法,即控制活塞的往复轴向移动,使工具面角度能够在-180°~+180°范围内精确调整,并得出工具面角度变化与活塞位移的关系。现场试验结果表明,在该调整方法的指导下,新型EHO满足实时精确双向摆正工具面的要求,解决了传统定向工具定向效率低下的问题。研究结果有助于国内连续管钻井技术的发展。     

连续管钻井水力加压器结构设计

连续管钻井过程中,底部钻具组合无钻铤,钻压施加困难。为此,设计了一种适用于88.9 mm微小井眼连续管钻井的73 mm三级水力加压器,建立了水力加压器串联在涡轮钻具上方时产生的轴向推力计算模型。为了延长水力加压器的工作寿命,设计了密封性能优良的车氏密封结构;主活塞杆与主缸体之间采用矩形花键连接方式,并进行了矩形花键连接副的接触应力分析。计算与分析结果表明,在钻井液排量5.0～6.0 L/s、密度1.05～1.20 g/cm3条件下可产生50～90 kN的轴向推力,完全满足88.9 mm微小井眼连续管钻井需要。     

连续油管开窗侧钻水平井技术

连续油管钻井（CTD）技术是90年代以来国外大力研究和发展的热门钻井技术之一，适于小井眼直井钻井、定向并钻井、水平井钻井及过油管钻井等多个领域，利用连续油管进行过油管开窗侧钻水平井，能显著节约钻井成本，是一种可靠、安全、经济的对现存老井眼进行侧钻的有效方法，文中全面地介绍了国外连续油管侧钻水平井所用设备、侧钻工艺及实例。     

连续管钻井电液双螺旋传动定向器的设计

针对目前连续管钻井液压定向器定向耗时、精度较低,电驱动和电液驱动定向器结构复杂等问题,设计了一种连续管钻井电液双螺旋传动定向器,针对该定向器双螺旋传动机构的性能及工具面角度调整等方面进行了分析。分析结果表明:所设计的定向器以双螺旋传动的方式传递精度与扭矩,可在0°~360°范围内逆时针单方向调整工具面,每次调整后液压缸活塞和传动机构复位,准备下一次调整;两级螺旋副螺旋方向相同且外螺旋副导程大于内螺旋副导程的双螺旋传动更适合作为该定向器的传动方式;推导出了任意时刻工具面调整角度与液压缸活塞位移之间的函数关系。所得结论为定向器电液控制程序的建立奠定了理论基础,可为国内高端定向器的研制提供一定的借鉴。     

连续管钻井液压定向器的研制

连续管钻井定向器是连续管钻井必不可少的一种工具,但现有液压棘轮式定向器存在单次转向角度大,转向精度低且单次转向角度不可调等缺陷。为此,设计了连续管钻井液压定向器。该定向器通过控制地面泵的排量和压力来完成转位和复位动作,实现对井下工具面角的调整;同时可以在入井前改变转角控制机构的长度,来控制单次转位角度。对该定向器的工作排量及输出扭矩进行了计算,确定其工作参数为:转角可调范围5°～30°,工作排量8.02～12.74 L/s,最大扭矩89.46～125.37 N·m。通过对关键部件进行强度校核,验证了工具结构设计的合理性。地面测试结果表明,该液压定向器能够根据排量的变化来控制转位动作,从而达到调整工具面角的目的。