气体钻井全井段钻柱动力学研究

采用有限元法开展气体钻井全井段钻柱的非线性动力学运动过程模拟研究。建立了某井全井段塔式钻具的三维模型和钻头与岩石以及钻柱与井筒之间的接触关系,分析了钻柱在动态钻进过程中的力学参数,得出气体钻井全井段钻柱的运动规律以及对钻柱寿命的影响。对气体钻井中钻柱力学、井斜控制等方面的深入研究具有指导意义。     

气体钻井下部钻柱非线性动力学分析

利用非线性动力学原理,建立以气体为循环介质的下部钻柱―钻头―地层有限元模型,并利用显式New-mark时间积分法计算求解。研究下部钻柱与井壁非线性接触碰撞时产生接触力的特点,分析下部钻柱受到钻压和扭矩的作用后的运动状态,认识下部钻柱危险点的瞬态力学行为以及下部钻柱受载荷后的位移变化规律。     

空气钻转为泥浆钻的技术分析与探讨

对空气钻转为泥浆钻的气液转化技术进行优化配方,为提高上部地层钻进速度找到了一条切实可行的成功之路。实践表明:(1)气液转化技术应从化学因素和钻井工艺因素入手,除选择高效钻井液体系、合理的钻井液密度外,还应采用封堵固壁技术,封固地层微裂隙,提高地层整体强度,达到稳定井壁的目的,并且稳定井壁必须采取多专业多学科共同治理才有成效。(2)建南地区巴东组以上地层相对稳定,适合空气钻井作业,如果配合使用空气锤,速度提高幅度会更大(在普光106井的气体钻井由于使用了空气锤,机械钻速达到10m/h以上)。     

利用钻柱形变实现气体钻井近钻扭矩监测

在气体钻井过程中,需要实时获取近钻扭矩的变化情况,以判断是否出现了卡钻、井壁垮塌等危险工况。目前钻柱扭矩信息的主要获取方式是地面测量和近钻测量,两种方式均有局限性。为此设计了针对钻柱形变所产生扭转角进行测量的方法,并推导出转角与近钻扭矩的关系式,通过室内试验验证了转角法测量近钻扭矩的可行性。     

气体钻井岩屑颗粒动力学分析

根据气固两相流流动理论,研究井筒环空岩屑颗粒动力学,分析岩屑颗粒几何尺寸的划分、受力与摩阻等因素对钻井过程的气体携岩影响。     

海洋钻柱运动补偿的非线性动力学分析

深海钻井作业中使用运动补偿装置对钻柱运动进行补偿,补偿后钻柱受力及运动将产生较大的变化.本文采取有限元分析方法对运动补偿后的钻柱进行非线性动力学分析.分析结果表明,运动补偿后的钻柱是安全的,而补偿装置的受力在海水的影响下发生了较大的变化.     

聚合物低固相泥浆水眼粘度与钻速的回归关系

寻求水眼粘度与钻井速度二者之关系和钻井液性能参数对水眼粘度的影响,对陕甘宁盆地使用聚合物低固相钻井液的性能参数和该参数下获得的钻井速度数据进行统计和优选,应用一元线性回归分析法和最小二乘法,拟合得出了钻井速度与水眼粘主匠关系的幂函数方程,密度和滤失量与水眼粘度之间的关系是幂函数方程;漏斗粘度和塑性粘度与水眼粘度的关系是一元直线方程,动塑比与水眼粘度二者之关系是一元二次方程,根据回归方程和回归曲线分     

钻柱动力学有限元分析及室内轴向试验结果对比

在石油钻井过程中,钻柱的受力运动过程相当复杂,而且还与井壁发生随机接触碰撞,使得人们对钻柱运动状态准确地理论上描述变得十分困难。运用结构动力学有限元和间隙元的方法研究了井底钻柱的运动状态,并将钻柱轴向运动计算和室内轴向振动的测量结果进行了分析。由于目前技术条件的限制在国内能做室内尺寸钻柱的轴向振动试验。     

水泥浆与泥浆比热的室内研究

井下循环温度是影响注水泥能否成功的关键因素之一,要准确计算循环温度,除了建立与井下实际情况吻合的模型外,还必须准确给出水泥浆、泥浆的热物性数据。首先根据测量液体比热的电流量热量法原则自制了测量装置,然后分别测量了15种水泥浆、5个密度的两类泥浆在7个温度范围下的比热,最后分别分析了水泥浆与泥浆的组份、密度以及温度的变化对水泥浆和泥浆比热的影响。结果表明：在相同密度温度条件下,水泥 浆、泥浆组份不同时,其比热不同;同组份的水泥浆和泥浆,在任何温度下,水泥浆、泥浆比热随密度减小而增大;对任何水泥浆、泥浆,其比热随温度升高而增大;一般在相同密度和温度条件下,泥浆比热比水泥浆的比热大。     

渝东南地区页岩气钻井泥浆优化技术

针对渝东南地区页岩气井页岩层段井壁失稳的钻井工程技术难题,研究有机胺复配甲基葡萄糖甙的新型强抑制钻井液。一方面利用了有机胺对泥岩高效抑制性能,另一方面应用了甲基葡萄糖甙仿油基的高效抑制性能。实验表明新型钻井液对ZY5井页岩段岩心滚动回收率达到97.60%,膨胀率仅为10.13%,钻井液润滑系数Ep达到0.163 4。钻井实践表明,应用新型强抑制钻井液,井径扩大率可控制在5.8%,较该地区已钻井井径扩大率下降了72%。新钻井液体系能够有效抑制页岩层段井壁失稳,满足渝东南地区页岩气井页岩层段井壁稳定的需要。     

气体钻井钻具内气体冲蚀机理研究

采用计算流体动力学方法建立高速气体冲蚀无刺孔钻杆接头和具有腐蚀坑的钻杆接头模型。无刺孔的钻杆接头内,只有钻杆内产生腐蚀坑后,流场才变为钻杆本体刺漏的主要影响因素之一;钻杆带有腐蚀坑时,其钻杆内的最大流速远大于无腐蚀坑钻杆内的最大流速;钻杆的穿刺及断裂主要是由于裂纹从钻杆内壁向外壁不断扩展的结果。     

复配重晶石对水基钻井液泥饼质量的影响

泥饼质量对钻井复杂工艺的影响较大,而不同粒径的重金石颗粒相互填充堆积效果不同,密堆积程度迥异,泥饼质量差异甚大。通过研究单一类重晶石和复配重晶石对泥饼质量的影响,发现单一类重晶石的粒径集中程度远高于复配重晶石,泥饼质量远差于复配重晶石。不同的复配方式中大、小颗粒间的作用方式不同,泥饼质量也将产生较大的差异。实验发现采用0.89μm重晶石与250目—325目重晶石进行复配时,泥饼质量最好,采用其他复配方式得到的泥饼质量相对较差,但都远优于单一类重晶石。     

基于钻柱声波信道的随钻数据V-OFDM传输方法研究

随钻数据声波传输系统利用声波沿钻柱信道传播,实现井下和地面信息准确高效的实时通信。钻柱信道由钻杆和接箍周期性构成,通过理论分析和建模仿真,得到通阻带交替存在的梳状频谱特性,并采用FIR滤波器逼近,建立信道仿真平台。矢量正交频分复用技术（V-OFDM）可以将多径衰落信道分解为多个矢量子信道,通过加入适量的循环前缀,在消除符号间干扰（ISI）的同时,利用分集增益,可以减小由于信道频谱零点造成的误码,增加系统的鲁棒性。仿真和实测结果表明,该方法在满足低误码率的同时,能降低数据冗余,提高传输效率。     

气体钻井地层出水环空携液规律研究

气体钻井在钻井提速、缩短建井周期和保护储层方面具有明显的优势,但钻井过程中也容易发生一些复杂情况,如若气体钻井导致地层出水,会引起携岩规律复杂化、井壁失稳等状况,影响钻井速度、质量及成本。通过对气体在环空中携水机理的研究,建立环空液滴大小模型,并对影响因素进行分析。同时提出环空气体携水量计算模型,利用MATHCAD编程计算出的理论数据与环空气体携水模拟实验数据基本吻合。     

抑制钻屑形成泥球的钻井液研究

针对渤海DHD32－6油田钻井中钻屑形成泥球的突出问题，依据钻屑形成泥球的原因分析，采用粘结法、全角滚动法实验方法，评价了自己 “FNJ－1”型防粘结剂的抑制钻屑结作用效果，并应用该剂于渤海QHD－32－6油田上百口井的钻井试验中，取得抑制钻屑形成泥球的显效果。     

肯基亚克盐下油田复杂地层的泥浆工艺对策

肯基亚克盐下油田油藏埋藏深、压力高、地质条件复杂、钻井难度极大.其主要地质特点是:下二叠系盐层发育,盐层厚度可达3000m以上;石炭系灰岩油层孔隙压力系数高达1.90～1.94,钻井液安全密度窗口窄,溢漏同层,极易出现先漏后喷的复杂局面.由西南石油学院针对肯基亚克盐下油田复杂地质条件研究开发的钻井液系列技术,包括钻巨厚盐层技术、漏喷同层的压力控制技术、高密度盐水流变性控制等技术,大斜度井防卡、解卡技术、灰岩裂缝性油气层的保护技术等,解决了诸多直接影响钻井安全的问题.经2002、2003年肯基亚克盐下油田9口井的应用,钻井复杂事故率大大降低,钻井速度显著提高,油井原油产量大幅上升,钻井成功率达100%,取得了良好的效果.(该文是"肯基亚克盐下油田的钻井液技术研究"一文的续文.)     

深水钻井随钻气侵模型研究

以地层渗流理论为基础,建立了深水钻井随钻气侵模型,结合南海某井实际气侵情况,模拟深水钻井井筒气体膨胀规律。研究结果表明:发生气侵后,气侵量随气侵时间的延长而增加;当机械钻速加大后,在相同时间内打开产层的厚度变大,进入到井筒的气体越多,气侵量越大;渗透率增大后,在相同时间内流入到井筒的气体越多,气侵量越大。     

生物法处理磺化泥浆体系钻井废水的可行性初探

针对采用混凝法处理磺化泥浆体系钻井废水难以达标排放,采用其它物化法处理成本太高的问题,预期采用UV/Fenton氧化好氧生物法处理。对经UV／Fenton氧化后的磺化泥浆体系的钻井废水用水质评价法、生化呼吸曲线法和摇床模拟实验3种方法进行了可生化性评价,然后通过间歇式生物处理小试考察了好氧生物法对废水的处理效果,并测定处理钻井废水后污泥的脱氢酶活性（DHA）。结果表明,经UV／Fenton氧化后的磺化泥浆体系钻井废水的可生化性较好,但对其处理时仍需要先进行菌种驯化;污泥经摇床驯化后。在间歇式生物处理小试中,混合液悬浮固体质量浓度（MLSS）为3000mg／L左右,水力停留时间为4h时,出水化学需氧量（COD）去除率最大可达60．7％,生化需氧量（BOD）去除率最大可达94．2％,而且此时污泥活性较高。初步证明了用UV/Fenton氧化一好氧生物法处理钻井废水是可行的。