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。     

气体钻井井斜机理研究

气体钻井存在井斜不易控制的难题,其机理尚不明确。应用纵横弯曲BHA(底部钻具组合)分析方法和钻头与地层相互作用模型,根据实钻资料对比分析了气体钻井和钻井液钻井的地层造斜特性,进而探讨了气体钻井的井斜机理。结果表明,与钻井液钻井相比,气体钻井条件下地层造斜力和钻具降斜力都有增加,但地层造斜力增加的幅度更大,这正是气体钻井更容易发生井斜的原因。因此,建议在用气体钻井技术打直井段时,通过调整钻具组合和钻进参数适当增加钻具的降斜力,以提高井身质量。     

气体钻井井斜机理分析

随着气体钻井技术的广泛应用,气体钻井过程中的井斜问题日益受到关注,但其机理研究还有所欠缺。本文结合气体钻井井斜的特殊性,从破岩机理、温度、地层因素、井径扩大、下部钻具组合运动状态等方面分析了气体钻井的井斜机理。分析结果表明：与钻井液钻井相比,井底岩石应力状态变化导致地层各向异性指数显著增加,是气体钻井容易井斜的根本原因;井径扩大以及整体钻柱所受摩阻变化影响下部钻具的运动特性,是气体钻井易井斜的重要原因。为此,提出了几点解决气体钻井井斜问题的技术思路,供气体钻井防斜进行参考。     

气体钻井地层自然造斜力计算研究

气体钻井循环介质为气体,井底压力很小,井底岩石受力状态及对井底钻头及岩石的冷却性能等差异,造成岩石破碎方式与常规钻井液钻井的差异。常规钻井液钻井中地层造斜力的求取与气体钻井必然存在差异。以岩石力学为基础,分析了气体钻井破岩机理,认为气体钻井破岩机理不同于常规钻井液钻井,井底岩石破坏方式为体积破坏;建立了气体钻井地层造斜力的计算模型,实例计算表明该模型可用于气体钻井地层造斜力的求取,     

气体钻井井斜机理与控制初探

气体钻井由于能有效地保护低压油气层，解决恶性井漏、压差卡钻，提高机械钻速而得到了广泛应用。然而气体钻井井斜机理方面的研究文献报道甚少，井斜机理还不十分清楚。为此，基于气体钻井井底岩石受力状况，从温度、地层各向异性、井径扩大、下部钻具组合等方面对气体钻井不可控因素和可控因素2方面对气体钻井井斜影响进行分析，认为新的岩石破碎机理和地层各向异性是影响气体钻井井斜的主要原因；气体钻井井径的扩大对钻头侧向力产生较大影响，是引起气体钻井井斜的又一因素；并对气体钻井井斜控制做了初步讨论，这将对气体钻井井斜控制及下部钻具组合设计具有一定指导意义。     

气体钻井井斜的原因及防斜技术

在归纳气体钻井井斜规律的基础上,对比分析了气体钻井与钻井液钻井两种情况下,地层各向异性、地层倾角、井眼几何参数及钻井参数等因素对井斜的影响。结果表明：气体钻井与钻井液钻井相比,地层各向异性显著增加是气体钻井容易井斜,且井斜后较难控制的根本原因;在中、大钻压下,井径扩大是气体钻井容易井斜的重要原因;而地层倾角、钻压、钻头切削各向异性和钻具组合对气体钻井井斜的影响与钻井液钻井相似。建议在现场推广应用空气锤、钟摆钻具组合和空气螺杆钻具组合三项气体钻井防斜技术来防止气体钻井井斜。     

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.     

气体钻井井斜控制技术与应用

川渝地区的深探井,由于初次开钻井眼尺寸大,地层复杂,钻井机械钻速极低,不仅钻井周期长且极易发生断钻具、恶性井漏等井下复杂事故。如何提高钻井速度一直是该区钻井工作的一道难题。为此,总结了近几年来气体钻井的现场实践经验,结果发现：①采用气体钻井技术能够显著地提高钻井速度,钻井机械钻速可以提高3～15倍;②采用常规的牙轮钻头钻井容易发生井斜,虽然采用恰当的钻井参数能有效地控制井斜,但增加了气体钻井的难度,而且钻井速度会明显降低;③采用空气锤不仅能够保证良好的井身质量,而且能保持较高的机械钻速。通过几口井的试验研究已形成了有效地控制井斜的工艺技术和方法,大大提高了钻井效率,节约了钻井成本。     

塔式钻具组合对气体钻井井斜影响研究

气体钻井技术由于其具有保护储层、防止井漏和大幅度提高钻井速度等优势而被广泛应用。但在实际钻井过程中暴露出一定程度的井斜不易控制问题制约着此技术的发展。为探讨塔式钻具组合对气体钻井井斜的影响,基于塔式钻具组合在钻井时的力学受力分析,建立了塔式钻具组合在气体钻井条件下的有限元静力学模型,并通过理论计算验证了其正确性。结合川西某气井实际钻井资料,进行了塔式钻具组合的防斜效果研究,探讨了井斜效果影响因素,表明其降斜能力随着井斜角和钻压的变化而变化,使用空气锤的塔式钻具组合比使用牙轮钻头的组合有更大的降斜防斜能力,为塔式钻具组合在气体钻井中的井斜控制研究和现场施工提供了理论指导。     

元坝地区气体钻井井斜控制技术与应用

元坝地区侏罗系上沙溪庙组及以上地层实施气体钻井技术提速效果明显,但是井斜问题一直是制约气体钻井优快钻进的技术难题。基于实钻资料统计,分析认为蓬莱镇组中下部~上沙溪庙组上部地层是元坝地区空气钻井的易斜井段;岩性软硬交错是引起井斜的客观地质因素,而大尺寸钻铤数量不够和钻进过程中钻压较大是造成井斜的直接原因。结合目前现场采用的吊测井斜监测手段,提出优化塔式钻具组合和钻井参数,选用大尺寸钻铤配合牙轮钻头,控制钻压不超过140~160 k N,现场成功应用10余井次,最大井斜控制在2°以内,目前已成为元坝地区海相井中最经济有效的防斜技术;陆相井通过应用空气锤钻井技术,易斜井段控制井斜在1°以内,同时提速效果显著,建议推广应用。     

空气钻井井斜问题与地层倾角的规律探讨

由于可以有效的保护储层、防止井漏和大幅度提高钻井速度等优点使得空气钻井得到迅速发展,然而在一些地层的钻进过程中,使用空气钻井时出现了在钻井液钻井时不会出现的井斜问题。针对这一问题,采用弹塑性有限元法建立了空气钻井和钻井液钻井中井筒在不同地层倾角情况下的高度非线性力学分析模型,重点从岩石力学的角度分析和探讨了空气钻井中井筒岩石的应力分布、破岩趋势以及井斜与地层倾角的变化关系,得到了空气钻井的井斜规律;同时与钻井液钻井进行了比较,证明了空气钻井比钻井液钻井更易发生井斜的观点。     

高压气井CX488井天然气欠平衡压力钻井技术

新场构造沙溪庙组地层压力梯度高达0．015～O．018MPa／m，采用微超平衡压力钻井，在高密度钻井液条件下钻进，不但机械钻速低，还不利于发现和保护油气层。为此，在制定了详尽的完井方案、带压起下钻技术措施、岩屑分离方案和相关的应急措施后，CX488井在钻进沙溪庙组产层段时试验应用了天然气欠平衡压力钻井技术。试验结果表明，在高压地层采用天然气钻井技术可以大幅提高钻井速度，该井平均机械钻速达11．46m／h，与邻井相比机械钻速提高1倍以上。该技术在高压气井CX488井的成功应用为在高压地层应用气体钻井技术积累了经验。     

大倾角地层防斜打直技术

从井斜的原因入手,分析了6种主要井斜控制技术的防斜、纠斜机理及特点;重点介绍了胜利区块大倾角地层防斜技术的研究与应用情况。     

Study of a Mechanism for Well Deviation in Air Drilling and Its Control

Abstract

Air drilling applied in an oilfield of western China shows its advantages in enhancing the rate of penetration (ROP) and oil reservoir protection. However, wells deviate more severely in air drilling than in mud drilling, which constrains the its application. The main factors resulting in well deviation are bottom hole assembly (BHA) and formation. This article analyzes these two factors in air drilling. The analysis shows that there is no significant difference in the behavior of BHA during air drilling and during mud drilling. BHA is not the critical factor that results in more serious well deviation in air drilling. The fundamental reason is that the bottom hole formation character changes in air drilling. Air replacing mud in a bore hole would lead to redistribution of bottom hole stress. Greater anisotropy index of formation in air drilling leads to more serious well deviation, and the increasing invasion depth of bit teeth in air drilling aggravates the well deviation. This article will analyze the above changes quantitatively by describing rock failure of anisotropy formation in air drilling. Based on the mechanism of well deviation, two types of BHA are recommended: air hammer and pendulum assembly with air motor, which have been proven as effective measures of controlling deviation in air drilling in Tarim oilfield.     

陕242井天然气钻井实践

长庆油田在陕 2 42井采用了纯天然气钻井科学试验并取得了成功,进尺 15 7m,平均机械钻速 11.77m/h,天然气用量 7×104m3。对气体钻井的井壁稳定性、地层出水的综合评价、钻进中的注气参数、井控安全钻井技术以及相关的技术问题进行了分析,得出在干气钻井条件下井壁是稳定的结论。同时分析了 15个层段的出水情况,确定了 10个层段共 15 7m的段长出水量 0.5m3/h,适合于天然气钻井,从而为实施天然气钻井打下了基础。钻进中严格按天然气欠平衡钻井的技术规范操作,使得钻进过程顺利,填补了我国天然气钻井的空白。     

定向井稳斜段气体钻井井斜机理应用研究

国内各大油田在气体钻井试验过程中已经暴露出比较严重的井斜控制问题。在实际气体钻井过程中,为了控制井斜,通常都将钻压控制在较低的范围内,这就导致气体钻井提高机械钻速不明显,不能充分发挥气体钻井的优势。即使这样,井斜控制问题仍然未能被较好的解决。针对光钻铤钟摆钻具组合在定向井稳斜钻进过程中的问题进行研究。首先对光钻铤钟摆钻具组合在气体钻井过程中的井斜规律进行了探讨,给出了有关计算方法,对定向井稳斜段气体钻井设计中的几个关键参数进行了重点讨论,最后结合中石化川西地区DY1井四开稳斜段氮气钻井现场应用情况对光钻铤钻具组合的实际应用效果进行了分析评价。     

天然气藏欠平衡水平井钻井技术在HW801井的应用

HW801井是新疆油田第1口采用欠平衡方式实施的天然气藏大位移水平井,也是新疆油田首次部署水平段长达1000 m左右的水平井。长水平段延伸钻进中存在钻具摩阻、扭矩大,井眼净化困难,容易形成岩屑床,轨迹控制效率和精度低,采用液相欠平衡控压钻井作业,如何有效实现井控目标等技术难题。通过优化钻具组合和钻井参数,保证了钻压的有效传递,井眼轨迹平滑;FJQ-245型井下封井器和双节流管汇的合理应用,实现了三开全套欠平衡钻井作业;利用固控设备来控制好钻井液性能,以"净化"保"优化",满足有效携岩的要求。通过解决以上难题,HW801井安全钻进至井深3358 m,其中水平段长1051.92 m,为以后欠平衡大位移水平井钻井提供了成功经验。     

七里北101井气体钻井提高钻速试验研究

遭遇大段研磨性强、可钻性差的难钻地层,钻井液钻井钻速慢,井下事故频繁,建井周期长,已成为制约深层油气资源有效勘探开发的瓶颈。采用气基流体作为钻井循环介质,通过改变井底应力状态、消除压持效应、降低岩石强度和研磨性、延长钻头寿命和提高井底清洁效率可有效提高钻速。七里北101井采用气体钻井进行提速的试验结果表明,气体钻井可提高钻速1．7～13．3倍,有效减少钻具事故和克服井漏,大幅缩短建井周期;钻前进行井壁稳定性、地层出水和地层出气分析并配套相应的井身结构设计和钻进方案设计,钻进过程进行气体监测和设备工具配套有利于保证气体钻井安全顺利进行。     

气体钻井井底应力场数值模拟研究

通过分析气体钻井井底岩石边界条件,建立了轴对称井底岩石物理模型。利用有限元方法求解,对1 000～3 000 m井深条件下的井底岩石应力场进行数值模拟计算,并对井眼轴线、井底面、井壁进行岩石力学特性分析。分析结果表明,井轴最大主应力在1.6～2.8倍井径距离后,应力逐渐低至水平地应力,破岩难度增加;井底面0.0～0.8倍井径区域存在低应力区,有利于岩石破碎;在井底面向上0.0～0.2 m井壁范围内出现拉应力增加趋势,易出现井壁失稳现象。