大斜度井偏心环空注水泥顶替数值模拟研究

为了进一步了解大斜度井注水泥顶替机理,提高注水泥顶替效率,借助计算流体力学软件Fluent,建立了大斜度井环空三维模型,采用流体体积法进行了水泥浆顶替钻井液的数值模拟研究。分析了井斜角、偏心度以及水泥浆与钻井液的密度差对顶替效率和顶替界面稳定性的影响规律:增大井斜角会降低注水泥顶替效率;在大斜度井偏心环空中,随着水泥浆与钻井液密度差的增大,顶替效率先增大后降低;在大斜度井中,套管偏心并不完全是降低顶替效率,当套管具有一定偏心(建议偏心度取为0.1~0.2)时,可在一定程度上阻止由于正密度差造成的水泥浆在环空低侧窄间隙突进,从而提高顶替效率。通过数值模拟,总结了大斜度井与直井注水泥顶替机理的区别,为大斜度井注水泥顶替参数设计提供了一定的参考和理论依据。      

定向井注水泥模拟试验——压降分析法研究

压降分析法建立了相应的模拟试验装置，利用该方法可以研究井斜角、流量、偏心度和粘度因素对注水泥顶替效果的影响，对定向井固井有指导意义。文中介绍了该方法的原理、试验装置和模拟试验结果及效果分析。     

定向井三向主应力模型及影响因素分析

定向井三向主应力受并眼轨迹、水平地应力方向等因素影响,求解困难,而目前多数井周主应力模型仅针对井壁位置,远离井壁多不适用.此文通过坐标转化方法,建立了定向井三向主应力的求解模型,并且对影响主应力大小的因素进行了研究,研究成果对于定向井井壁稳定、水力压裂等研究有一定的借鉴意义.     

用三次样条模拟定向井井眼轨迹

本文根据三次样条的特性及定向井井眼轨迹的形成规律,提出了用三次样条模拟定向井井眼轨迹。论文详细介绍了用三次样条插值确定定向井井眼轨迹的方法,利用这种方法可以计算定向井任一点的空间位置。实际计算结果表明,在已知任意个相邻测点之间,用三次样条插值计算未知测点的井斜角和方位角,与实测值相比,误差很小,满足实际井眼轨迹计算的要求,具有实用价值。     

定向井井底真实钻压的计算方法

本文依据力的叠加原理，对井底钻压在各个井段（直井段、增斜段、稳斜段与降斜段）所产生的钻柱内力进行了分析，并导出了井口钻压与井底钻压之间的关系。认为钻柱自重引起的摩擦力仅引起悬重的变化，不管钻压多大，钻柱自重引起的摩擦力对悬重的影响是一样的。井口指重表的钻压读数值仅是井底钻压的反映，而与自重引起的摩擦力无关。研究表明，井口钻压与井底钻压之比与井壁摩擦系数和井底井斜角有关，且与两者之积呈指数关系。水平井段，井口钻压与井底钻压相差最大，其比值达１．６０。     

模拟环空流动状态的堵漏试验装置设计

对比分析了缝板窄槽流动、室内建立井筒环空和搅拌器搅拌3种动态漏失模拟方法,发现这3种方法并不适用于堵漏剂室内效果评价。鉴于此,结合井筒工作液实际流动状态,将井壁剪切速率作为流动相似准则,建立了环空水力学模型并优化计算,设计出剪切速率达到100～1 000 s~(-1)且能够真实模拟环空流动状态的堵漏试验装置。采用分体式人造岩心漏失模块,解决了漏失模块与地层物性相差大的问题。在裂缝性漏失试验中,API堵漏试验仪为静态评价方法,不能准确反映井筒工作液的真实状况,而堵漏试验装置可以模拟地层压力、温度和钻井液在井筒中的螺旋运动状态等条件,因此能够准确评价堵漏材料的适用性和封堵效果,优选出适合现场的堵漏剂和防漏堵漏钻井液。研究结果表明该装置能够准确评价堵漏剂的封堵效果。     

防砂方法优选模拟试验装置

针对目前机械防砂技术种类较多,且新技术和产品不断涌现,以及由于防砂方法选择不当而使防砂效果差或失败的状况,研制了一种实尺寸防砂方法优选模拟试验装置。该装置可针对机械防砂技术的特点,进行实尺寸室内模拟试验,通过测试分析其性能优缺点,为防砂的优化选择提供依据;可对现有各种防砂技术进行有关参数的测试和评价,为防砂技术的正确实施提供可靠依据。该装置可根据用户要求对挡砂精度、抗堵塞能力、抗冲蚀能力和制造工艺等指标进行测评。已对石油专用网滤砂管、G.F纤维滤砂管、陶瓷滤砂管、多层金属毡滤砂管、异型丝金属纤维滤砂管、抗冲蚀高渗透率滤砂管、侧向流道长寿命滤砂管等新型防砂工具做了性能测试试验,缩短了工具研制周期,并大大完善了工具现场使用效果。     

压裂完井工具高温高压性能模拟试验装置

针对常规试验装置不能满足压裂完井工具模拟试验要求的问题,研制了压裂完井工具高温高压性能模拟试验装置。该试验装置设计有可加热、可承高压的模拟井筒,可模拟井下工具的工作环境,对井下工具的性能进行有效检测;其地面加载装置可进行拉、压以及扭转等动作,满足井下工具坐封和解封等要求,可在2口井之间移动,操作台架可倾斜,操作台面可前、后、左、右4个方向调节,方便试验操作;试验井筒与加热系统采用油浴循环加热方式,加热效率高,能耗低。试验结果表明,装置的动作机构可提供500 kN的上提和下压力以及5kN·m的扭矩,满足拉、压、扭试验要求。该装置的研制成功可为真实而有效地评价井下工具的性能提供参考。     

常规二维定向井剖面计算的新方法

根据微分几何学原理得到了常规二维定向井井身几何参数的方程组。发现任何类型的常规二维剖面计算都可以归结为求解两种典型方程组之一。以直一增剖面、S形剖面、缓降稳剖面和双增剖面为例,介绍了新方法的具体应用。     

定向井有杆抽油系统动态数值仿真与预测

在建立定向井有杆抽油系统的预测数学模型时 ,计入了杆液管粘性摩擦和定向井井斜造成的杆管库仑摩擦 ,同时考虑了实际泵况对系统的影响。在系统非线性运动微分控制方程的解法上 ,为提高精度和速度 ,采用隐式有限差分形式表述同级抽油杆柱的非线性运动微分控制方程 ,而对不同杆柱级间边界节点的非线性运动微分控制方程采用变单元的显式有限差分表示 ,组成定向井动态参数预测数学模型的差分方程组 ;运用迭代法求解此差分方程组 ,得到系统各截面及悬点的示功图 ,进而计算系统的各动力学参数。开发软件计算结果表明 ,该软件的预测结果与实测数据吻合 ,预测精度和速度都得到提高     

定向井钻压传导计算方法

在定向井、水平井钻井过程中,钻柱摩阻的存在直接影响了钻压传导,井底钻压往往低于预定施加钻压,严重影响了钻井效率.因此,科学地进行钻压传导分析,准确地计算井底实际钻压是保证定向井快速钻井的关键.考虑钻井液对钻柱轴向力的影响,并结合定向井钻柱结构特点,分别对上部钻柱和底部钻具组合进行受力分析,建立了上部钻柱和底部钻具组合轴...     

用于斜井轨迹定向钻进的无角差定位接头

随着侧钻井、定向井、水平井等斜井钻井工艺的发展,原有的定位接头结构给随钻施工带来了许多不便和危险。针对这种情况,在原有定向接头的基础上,研制出用于斜井轨迹定向钻进的无角差定位接头,即对原接头的活塞和主体加以改进,采用花键式活塞配合结构,克服了原定位接头的不足。该接头在施工中拆装灵活,螺杆或工具弯方校正后具有径向自锁和密封功能,随钻数据输入时无需校正角差值。12井次的现场应用表明,使用无角差定位接头的一次定向成功率100%,并且大大降低了随钻施工的难度。     

河南油田大斜度定向井钻井液技术

河南油田张店区块地层倾角较大，岩性破碎，易斜，易垮，钻探难度较大，下第三系地层含油层位移，单层含油面积小，1999年引进了大斜度定向井钻井工艺技术，2年来先后在张店，官庄，孙岗等地区施工了近20口井，基本无井下复杂情况发生，电测成功率大于80％，平均井径扩大率除先期施工的几口井较大外，其他井均在10％左右，总结了河南油田大斜度定向井钻井液的施工经验，以及井眼净化，井壁稳定和润滑防卡3个关键技术问题的解决方法，张店地区直井段采用聚合物不分散低固相钻井液，斜井段采用聚合物－正电胶－混油钻井液，目的层段采用保护油气层钻井完井液，施工经验表明，选择合理的钻井液流变参数，采用适当的钻井液环空返速，配合适时短程起下钻具是解决井眼净化的3项主要技术措施，选择适当的钻井液体系和密度可以解决大斜度定向井的井壁稳定问题，低荧光润滑剂ZRH－2和白油复配使用，既能满足大斜度定向井工程施工要求，也能满足探井地质录井对钻井液低荧光的要求，同时又有利于环境保护，张店地区属低孔低渗储层，保护油气层工作尤为重要。     

定向井有杆抽油系统扶正器可视化设置及仿真

合理设置定向井抽油杆柱的扶正器,可有效降低杆柱摩擦,延长检泵周期,提高系统效率和抽油杆寿命。首先解决了测井录入方位角不连续问题,采用三次样条插值对连续化后的井眼数据进行计算机模拟,生成定向井抽油杆柱空间轴线;开发了可视的扶正器设置和系统仿真软件,通过文件读取或键盘与鼠标输入(均匀分布输入、井深数据输入以及鼠标点击输入)等方法设置各类扶正器;采用摩擦力等效原则,运用等效摩擦系数计入扶正器对组合抽油杆柱的影响;经过对等效有杆抽油杆柱系统动态仿真,得到抽油杆柱摩擦力分布和摩擦耗能等特性参数,运用这些数据可以对扶正器设置进行评价并进一步改进设置方案,实现定向井有杆抽油系统扶正器可视化优化设置。     

水平气井试井分析新方法

水平气井渗流机理复杂,对不稳定试井资料难以分析。根据以上特点,建立了水平方向无限延伸情形下水平气井的试井分析数学模型。利用拉氏反演算法,作出了识别和求取流动阶段地层参数的试井分析典型曲线。从压力导数曲线看出,水平气井压力动态出现4个明显的特征段,即纯井筒储集阶段、早期垂向径向流阶段、早期线性流阶段和晚期水平径向流阶段。利用这4个特征段压力导数曲线的特征直线,推导出求取气藏水平渗透率、垂向渗透率、表皮系数及原始地层压力的表达式,从而建立起水平气井试井分析的特征值方法。用实例论证了该方法的可靠性。     

定向井旋转射流物理法解堵装置研制与应用

在定向稠油井井下作业以及日常生产过程中易出现近井地带堵塞和砂埋防砂中心管的现象,目前,酸化以及光冲管对防砂中心管冲砂等工艺无法较好解决此类工艺难点.研制开发了定向井旋转射流解堵装置;对利用高压水射流技术的物理法解堵机理进行了分析;根据模拟试验结果,设计了装置的结构参数.经现场应用,取得了较好的效果.     

大斜度井双侧向测井响应数值模拟及电阻率各向异性校正方法

通过建立碳酸盐岩储层大斜度井双侧向测井响应三维有限元模型,分别模拟了井斜角、电各向异性系数对双侧向测井的影响,并制作了深、浅探测电阻率各向异性校正图板,该校正图板考虑了双侧向测井仪器的实际探测特性,比传统电各向异性校正公式具有更明确的物理意义。为了验证校正图板及校正方法的有效性,对四川盆地灯影组某碳酸盐岩储层钻取的水平方向和垂直方向岩心进行了高温、高压岩电实验,分别制作了该储层水平电阻率和垂直电阻率的温压校正图板,根据储层温度、围压条件分别校正水平、垂直电阻率,并求取储层温度、压力条件下电阻率各向异性系数。基于该校正方法对大斜度井储层双侧向测井数据进行电各向异性校正,结果表明,校正后大斜度井双侧向测井电阻率数据与邻近直井中对应储层段双侧向测井值具有更好的一致性,验证了该校正方法的有效性。     

定向井压裂前的射孔方位优化设计

针对定向井压裂过程中破裂压力高、易发生裂缝转向等问题,基于坐标变换,建立了任意轨迹定向井的井周三维应力场计算模型.在此基础上,综合考虑原地应力、孔隙压力、井底流体压力、井眼条件(井斜、方位)及其他物理力学性质等因素,确立了定向井的射孔方位优化设计方法,分析了不同井斜角、井眼方位角组合下的最佳射孔初始方位.通过现场应用,验证了模型的合理性.应用结果表明,经过射孔方位优化设计,能有效降低破裂压力,改善压裂措施效果.     

定向井钻井空间圆弧轨道计算的两个问题

在定向井轨道设计、实钻轨迹监控等一系列问题中,圆弧井段参数计算是一个最基础的问题。前人提出的圆弧井段井斜角和方位角的计算公式具有计算复杂、推导过程烦琐等缺点,为此以坐标增量恒等式为基础,使用初等方法推导出了一组新的圆弧井段井斜角和方位角的计算公式。这组新公式具有简洁对称、结构清晰等特点。基于井眼曲率是空间圆弧井段的不变量,还给出了井底参数预测的一种新方法。