摆线型大位移井轨道设计的数值计算

摆线型大位移井轨道由"直井段—圆弧井段—摆线井段—稳斜井段"构成,与其他类型的大位移井轨道相比,摆线型大位移井具有最小的或很小的摩阻和摩阻力矩。摆线型大位移井轨道设计问题归结为求解一个二元方程组,当未知设计参数为摆线井段初始井斜角或稳斜井段井斜角时,该方程组为非线性方程组,没有解析解。通过数学变换和化简,得到了等价的三角函数方程,根据区间搜索和二分法提出了求该三角函数方程近似解的数值迭代算法。算例表明,该算法具有很好的迭代稳定性,计算精度高、速度快。新算法可用于大位移井轨道设计的计算机软件开发,对于提高软件的适用性和稳定性具有较大的帮助。     

大位移井悬链线剖面设计的数值计算

悬链线剖面是大位移井轨道的经典类型,在进行设计时需要求解一个以悬链线初始井斜角为未知数的非线性方程。由于未知数包含在多个三角函数和对数函数中,计算工作量较大,而且常用的迭代求解方法存在一些问题。通过数学变换将该方程转换成一个只包含对数函数和多项式函数的新方程,对新方程的函数性态做了几何分析,进而提出了寻找求解区间的步长搜索算法和自适应步长搜索算法。利用二分法在求解区间上能够快速求出新方程的数值解。利用大位移井设计实例验证了本文算法的有效性,并对圆弧井段井眼曲率与方程解的关系进行了讨论。本文提出的算法可用于大位移井轨道设计的计算机软件开发中。     

长水平段大位移井井眼轨道优化设计

摩阻和扭矩是制约长水平段大位移井水平段延伸的主要因素,井眼轨道优化是减小钻具摩阻和扭矩的方法之一。模拟了不同造斜率和靶前位移情况下长水平段大位移井的摩阻和扭矩,分析了不同轨道类型对摩擦系数的敏感性。结果表明,长水平段大位移井应优先选用较低造斜率的轨道,无特殊需要时尽量简化轨道类型。     

盘2-斜192井七段制大斜度长裸眼定向井设计与施工

盘2-斜192井是沿断块高部位,紧贴断层走向部署的一口多目标、长裸眼段、七段制的大斜度定向井,该井的裸眼段长2400m,设置6个控制点,采用直—增—稳—增—稳—增—稳的七段制剖面,设计最大造斜率25°/100m,设计最大井斜66.44°位移915m。该井的主要难点在于裸眼段长,造斜拐点多导致摩阻扭矩大,三增造斜率要求高,井下事故风险高,第三稳斜段井斜大、段长长、贴近断层,控制难度大。但在该井轨迹设计和施工中很好地解决了上述问题,在轨迹优化设计、摩阻扭矩分析计算、钻具结构优选和防止井下事故方面均取得了一些经验,事实证明这些数据经验可以在同类复杂轨迹定向井的设计和施工中进行进一步的推广和应用。     

渤海油田大位移井下套管设计难点及对策研究

渤海油田大位移井套管下入困难的问题亟待解决。本文以渤海油田一口大位移水平井A井为例,从设计的角度分析了该井?244.5 mm套管下放技术难点,并利用LANDMARK软件对影响套管下放的因素进行了分析,结果表明,轨道造斜点的提高、表层套管下深的增加、超大稳斜角条件下套管磅级的减轻、摩阻系数的降低、漂浮段长的增加均能减小套管下放的摩擦力,提高套管下放悬重。通过逐一优选A井轨道造斜点、表层套管下深、套管磅级、摩阻系数、漂浮段长,最终设计A井?244.5 mm套管采用漂浮法下入,漂浮段长1200 m,预测套管下放到位的悬重与实测值的相对误差为6.34%,在工程误差允许范围内。制定了渤海油田大位移井下套管设计流程,设计过程中,应综合考虑轨道造斜点、表层套管下深、套管磅级、摩阻系数、漂浮段长对套管下放悬重的影响,优选最优方案,确保套管顺利下放。     

大位移井延伸极限预测技术研究

大位移井钻井技术代表了当今世界钻井技术的一个高峰,是一项综合性很强的技术.目前大位移井钻井研究的重点和难点主要集中在摩阻/扭矩、轨道设计、定向控制等几个方面,管柱的摩阻扭矩问题是大位移井技术的核心问题之一,它决定水平位移的最大延伸.而增大极限延伸的问题正是综合上述问题的重点难点.根据大位移井的特点,建立大位移井动力学模型,进行大位移井动力学分析,编制极限延伸软件,针对不同钻具组合、井眼和摩擦系数、钻井液体系,按设计的井斜方位算出最大延伸长度.对大位移井的摩阻/扭矩、延伸极限进行预测和控制,达到有效指导大位移钻井的目的.     

SA-688井优快钻井技术

SA-688井是一口定向井,该井设计水平位移超过2300m,钻井施工中存在钻柱易屈曲、摩阻和扭矩大、井眼净化难等问题,而且根据地质及邻井已钻井资料显示,地层稳定性较差。针对该井可能存在的主要问题,重点对井身结构、井眼轨道设计、钻井施工摩阻扭矩预测、井眼净化等方面进行研究与应用,最终该井顺利完成施工,完钻井深5010m,钻井周期105d,较设计节约10%。最大水平位移为2430m,效益良好。     

大位移井斜井段下套管摩阻影响规律研究

套管柱在通过水平井斜井段和水平段时受力较复杂。井眼弯曲时部分套管柱紧贴下井壁,由于套管刚性大,使其在弯曲段下入困难。进入水平段后,水平段套管柱完全贴在下井壁,增大了地层对套管柱的摩擦阻力,使下套管更加困难。分析了水平井套管微元段进行受力情况,建立了大位移井斜井段套管力学三维数值计算模型,推导了套管柱摩阻计算公式,分析了斜井段影响下套管摩阻的因素,给出了2种降低下套管摩阻的方法。     

安岳101区块定向井摩阻分析与控制

安岳101区决大多以丛式定向井为主,该区块定向井靶前位移大,稳斜段长,岳101-71-X1井靶前距1051m,稳斜段长1520m,钻进过程中密度高1.7～1.9g/cm3,其主要表现为起下钻摩阻大,测井和下套管困难,在施工过程中摩阻力是导致机械钻速低的关键因素,通过对该区块施工过程中的摩阻进行分析,提出降低摩阻的一些方法,从而有效提高钻进速度.     

井眼轨道的软着陆设计模型的改进解法

井眼轨道的软着陆设计模型的求解可以归结为一个七元非线性方程组的求解问题.前人给出了数值迭代求解算法,然而并没有证明该迭代算法的收敛性,并且该算法是否收敛严重依赖于用户给出的迭代初始值.通过一系列的消元、化简的数学技巧,将七元非线性方程组化简为一元多项式方程,并在此基础上给出了软着陆设计模型的一个新算法.理论分析和实际算例表明,新算法的主要计算工作量是求多项式方程的非负实数根,其他未知数与实数根是简单的函数关系,计算量很小.新算法克服了迭代算法的初值依赖性以及迭代过程可能发散等缺陷,并且在设计模型有多个解的情况下,可以同时求出这些解.     

三维侧位抛物线型方位漂移轨道设计的数值算法

考虑方位漂移因素的设计约束方程组是一个具有3个独立未知数、多个隐含未知数的非线性方程组,需要使用数值迭代法才能求出其数值解。给出了解析形式的垂深增量公式,利用约束方程组中的垂深方程,将3个独立未知数中的一个未知数表示成其他2个未知数的函数,并用之对设计约束方程组进行降维处理。剖析了隐含未知数的计算细节,给出了隐含未知数的递推算法。提出了降维后的约束方程组的数值求解算法——缩半网格法,该算法可以快速、可靠地求出设计问题的数值解,适用于在开发计算机软件时编程实现。     

二维圆弧型井眼轨道设计问题的通解

二维圆弧型井眼轨道是常规定向井、水平井轨道设计优先考虑的剖面类型,应用比较广泛.但是由于井段组合形式很多,并且对于同一种井段组合还有很多种未知数求解组合,推导每种井段组合和求解组合情况下的解的计算公式的工作非常繁重和复杂.研究了任意井段组合和任意求解组合的通解问题,发现井眼轨道设计问题的约束方程组可以化归成线性代数方程组或者4种典型方程组之一;得到了4种典型方程组的实数解的计算公式,并给出了有实数解的判别条件.对于二维圆弧型井眼轨道设计问题的基础理论研究和计算机软件开发都有重要的意义.     

风险预探井哈深斜1井钻井工程设计

哈深斜1井是胜利油田部署的一口重点风险预探井,该井为双靶点定向井,具有井斜角大、稳斜段长、水平位移大的特点。作为风险预探井,可借鉴的邻井实钻资料少,地层岩性、地层压力及层段变化不确定性因素相对较大,确定合理的井身结构、轨道类型、钻井液性能以及相关配套工艺措施是保证该井顺利施工的基础。在对有限的邻井资料进行详细分析的基础上,总结出本井钻井工程设计的技术难点,并有针对性的从井眼轨道设计、井身结构设计、钻具组合及钻井方式选择、钻井液设计和固井设计5个方面提出优化方案及技术措施,为胜利油田风险预探井的设计与施工提供了技术支持和理论依据。     

盐井定向对接连通施工工艺

山东新汶矿业集团ZJ02—PJ02对接井,直井ZJ02设计深度为941.12 m,斜井PJ02井设计深度为1203.00m,两井相距252.00 m。设计井身为三开结构并合理配置钻探及造斜专用设备;为防止井斜采用塔式钟摆钻具;根据不同井段,合理选用钻压、钻速和泵量,配制不同的钻井液;采用高精度的PST随钻测斜和最小曲率法计算钻井轨迹,保证了两井的顺利对接连通。     

煤仓系统中双曲线漏斗方程的研究与应用

双曲线漏斗是煤矿生产系统中煤仓常用放料装置,而保持煤颗粒在漏斗内的流动性是防止其堵塞的关键。在煤质煤种稳定的条件下,漏斗的截面性质决定着煤颗粒的流动性。通过漏斗内煤的受力情况分析得出双曲线漏斗防止堵塞的根本原因是其拥有等截面收缩率的截面性质,由此推导出较为合理的双曲线漏斗工程设计方程、等截面收缩率方程、切线角方程,对相关参数的选取进行了分析,并简要地介绍了双曲线漏斗的设计实例,为今后的工程设计打下基础。     

考虑土拱效应的倾斜挡墙土压力研究

针对现有主要研究竖直挡墙间土压力,而缺少研究倾斜挡墙间土压力的现状,研究了具有一定倾斜角度的挡墙土压力。通过假定挡墙与水平面呈夹角α,对挡墙间土体沿竖向取水平薄层作为微分单元体,通过作用在单元体上的水平力和竖向力的平衡条件,得到考虑土拱效应及倾斜角度的挡墙土压力理论公式,及对应不同倾斜角度和摩擦角的系数Kw计算公式,并与Handy理论土压力公式进行了比较分析。结果表明：当墙体竖直时,本文公式与Handy理论公式得到的结果一致。倾斜角度越小,竖向应力值越小,而挡墙上土压力值则越大,土拱效应发挥效果越好;Kw随着摩擦角的增大而增大,随内摩擦角的增大而减小。Kw与K′之间的差值随着内摩擦角、摩擦角的增大而增大,随倾斜角度的增大则减小,当墙体非竖直时,采用侧压力系数K′计算挡墙上土压力值存在风险。     

煤层倾角对煤层气水平井产能影响的数值模拟

对于含倾角的煤层,由于重力势能的影响,不同煤层倾角下水平井表现出不同的产能规律。在考虑煤层气藏与水平井筒流动耦合的基础上,以煤田煤层实际资料为例,通过数值模拟的方法研究了不同煤层倾角下水平井生产过程中的压力和气相饱和度分布情况,并对U型水平井的后期生产方式给出了建议。模拟结果表明,水平井跟端位于煤层倾角低部位时排水效果更好,产气量更高;随着煤层倾角的增大,煤层气水平井累积产气量与产水量均减小;不同煤层倾角下,受气水重力分异的影响在生产过程中会出现气体在倾角高部位聚集的情况,且倾角越大这种现象越显著;利用U型井开采倾斜煤层时,在开发后期可使其两端同时生产,以达到顶部产气底部产水的效果,使倾角高部位聚集的气体也得到有效开采。     

鱼骨状分支水平井井壁稳定性分析

鱼骨状分支井连接井段的井壁稳定性是保证鱼骨状分支水平井成功的关键,研究结果表明,随着主井眼与分支井眼方位夹角的增大,破坏深度是逐渐减小的,而随着造斜半径的增加,破坏深度是增大的; 随着分支井眼井斜角的增大,破坏深度逐渐减小,随着主井眼与分支井眼方位夹角的增加,破坏深度的降低程度变缓,当分支井眼井斜角是 90°时,破坏深度的降低程度显著; 当主井眼与分支井眼方位夹角接近 90°时,井眼连接井段破坏宽度值最小,表明在这个方向钻进时,对分支井眼造成的破坏最低,即井眼连接井段是最稳定的。