小井眼环空循环压耗预测系统方法

结合小井眼钻进的实际工况建立了适合小井眼的循环压耗计算模型。该模型考虑了钻杆接头、钻柱旋转和钻柱偏心对循环压耗的影响，适用于幂律和HB钻井液流变模式。应用该模型编制的软件对某井进行了循环压耗校核计算，相对误差小于10％，表明该方法具有较高的准确性，能够应用于小井眼水力参数设计、现场分析和指导施工。     

小井眼环空循环压耗计算

小井眼钻井的技术关键是环空水力学。小井眼钻具外径与内径之比较大,环空间隙较小,引起环空压耗、钻井液流变性发生较大变化,许多常规钻井中可忽略的因素在小井眼中却显得尤为重要。用Her-schel-Bulkley模式描述钻井液的流变性,考虑钻柱偏心和旋转对钻井液在环空和钻柱内流动的影响,导出了计算小井眼环空循环压耗的模型,将所建立模型和传统方法的计算结果与实测数据比较表明,该模型具有较高的精度,可以满足现场作业的要求。     

小井眼环空压力损耗计算

在大井眼环空压耗计算模型的基础上，根据小井眼钻井的特点，从理论上分析了影响小井眼环空压耗的诸多因素，建立了以钻井液流变性、钻柱偏心，钻柱旋转和钻柱接头为主要影响因素的直井、近直井小间隙环空压耗计算模型，同时给出了模型中诸因子的确定方法。为便于现场应用，给出了计算步骤和计算实例，定量分析了钻柱偏心、钻柱旋转和钻柱接头对小间隙环空压耗的影响。     

小井眼环空循环压耗计算

小井眼钻井的技术关键是环空水力学。小井眼钻具外径与内径之比较大，环空间隙较小，引起环空压耗、钻井液流变性发生较大变化，许多常规钻井中可忽略的因素在小井眼中却显得尤为重要。用Herschel—Bulkley模式描述钻井液的流变性，考虑钻柱偏心和旋转对钻井液在环空和钻柱内流动的影响，导出了计算小井眼环空循环压耗的模型，将所建立模型和传统方法的计算结果与实测数据比较表明，该模型具有较高的精度，可以满足现场作业的要求。     

小井眼环空压耗模式的建立及其在吉林油田的应用

小井眼环空压耗计算与常规井不同。文中通过对大量试验数据分析,回归得到了钻柱旋转和偏心弯曲对小井眼环空压耗影响的经验模式,并在常规井压耗模式基础上建立了小井眼环空压耗模式。给出了小井眼中由轴向流动雷诺数和旋转泰勒数共同判别钻井液流态的经验表达式。编制了小井眼水力参数优化和钻井液流变参数优选的程序。计算结果表明小井眼中的环空压力损失与钻柱内压力损失的比值高达25%~30%。利用吉林油田庙1-40井的数据,对理论模式及室内试验结果进行了现场验证。验证结果表明,利用文中建立的小井眼压力损失模型去预测现场小井眼中的压力降,相对误差在6%以内,证明所建立的压耗模型完全可以满足工程施工的需要。对该油田庙5-40井水力参数进行了预测计算,计算结果同样表明了模式的准确性。     

小井眼环空压耗的室内试验研究

小井眼环空水力学与常规井区别很大。在室内小井眼环空实验架上对小井眼环空压力损失进行了试验研究。模拟环空钻井液返速、钻柱旋转速度、钻柱偏心弯曲程度、钻井液性能和钻具接头等对压耗的影响,取得上千组试验数据。试验结果表明:随环空返速增加,小井眼环空压耗增加很快;在转速较低时随转速增加压耗反而有所下降,但下降幅度很小,在转速较高时钻柱旋转时压耗的影响很大;随偏心度增大,环空压耗降低;随环空间隙减小,压耗对钻柱旋转变得更为敏感;随钻井液幂律流性指数增加,环空压力损耗增大;随宾汉塑性粘度增加,环空压耗增加;随钻井液密度增加,环空压耗增大;钻具接头对小井眼环空压耗的影响很显著。     

小井眼水力压耗计算探讨

针对小井眼水力压耗研究存在的问题,根据普通钻井水力学理论,提出一种计算小井眼水力压耗的新方法,并推导出可供现场钻井技术人员直接应用的简易计算公式。指出了小井眼钻井水力学问题仍然属于传统流体力学范畴,导致小井眼水力压耗偏高的主导因素依次是钻杆本体内部沿程压耗、钻杆本体外部沿程压耗和接头外部局部水头损失。应用新疆3口套管段铣井对推导出的公式进行计算验证,结果表明计算结果误差全部在工程应用许可之内。     

小眼井环空压力损耗计算

在常规井眼环空压力损耗计算模型基础上，根据小眼钻井特点提出了小井眼环空压力损耗的理论模型，探讨了以钻井液流变性、钻柱偏心、钻柱旋转和钻柱接头为主要影响因素的直井、近直井小间隙环空压力损耗计算问题，同时给出了模型中各因子的确定方法。通过实例计算，定量分析了钻柱偏心、钻柱旋转和钻柱接头对环空压力损耗的影响。     

小井眼钻柱瞬态动力学研究及应用

考虑小井眼细长钻柱沿井深和井眼圆周方向的随机接触碰撞,建立了钻柱瞬态动力学模型。运用动力间隙元不仅能合理描述钻柱与井壁的接触碰撞过程,还能考虑井壁变形和泥饼的能量吸收,并用Newmark法求解钻柱动力学平衡方程。通过钻井全尺寸模型装置上的钻柱动力学试验,对理论计算结果进行了验证,也为钻头干扰力确定提供了依据。经大庆油田14口小井眼井应用表明,由钻柱动力学分析所设计的钻柱结构没有发生井下断钻具事故,防斜性能也比较好,机械钻速得到明显提高。     

窄环空中钻柱高速旋转对小井眼环空压降的影响

当一种流材在小井眼的窄球空中流动时环空的几何尺寸、偏心距及钻柱旋转速度的变化对流体压除影响很大．因此在小井眼中精确地计算和控制压降非常困难，钻井工业常用的原有的模型已不能精确地模拟高速旋转的小井眼窄环空的情况，所以需建立一个新的模型，以使精确地计算窄环倾空压降，达到安全控制地层压力和保护井筒完整性的目的。     

计算窄间隙环空循环压耗的新模型

影响窄环空中摩擦压降的关键因素为环空尺寸的变化、钻柱旋转及偏心。用Herschel—Bulkley模式描述钻井液的流变性，考虑钻柱偏心和旋转对钻井液在环空和钻柱内流动的影响，提出了一种新的计算窄间隙环空循环压耗的模型，将所建立模型和传统方法的计算结果与实测数据比较表明，该模型具有较高的精度，可以满足现场作业的要求。     

钻柱拉力扭矩模型在侧钻水平井中的应用

在油气井作业中,由于钻柱和井壁接触所产生的轴向阻力和扭矩损失对钻井和修井作业均有很大的影响，甚至成为作业成败的关键。钻柱的拉力和扭矩分析是水平井和大位移井设计和施工的重要内容。为此，介绍了钻柱拉力扭矩分析的数学模型、钻柱稳定性判别方法和屈曲后的附加压力和附加应力的钻柱强度校核方法。对钻进过程中的G104-5CP12侧钻水平井钻柱的各种运动状态进行了力学分析。计算表明，在正常施工过程中钻柱一直处于稳定状态，具有比较大的安全系数。     

顺北一区小井眼超深井井筒温度场特征研究与应用

顺北一区小井眼超深井井筒温度高,部分井超过国内现有测量仪器抗温能力,易引起测量仪器探管烧毁和无信号等问题。为此,建立了井筒瞬态温度场数学模型,分析了不同参数下的井筒温度场剖面特征,提出了“临界温度井深”概念。基于此概念,为了降低井底循环温度,使临界温度井深下移并到达井底,对钻井液的流变性、热属性、排量、入口温度及钻柱热属性等7个参数进行了敏感性分析,得到了能够显著影响井筒温度场的物理参数。分析发现:根据井筒温度变化曲线,可以把临界温度井深分为真实、过渡和当量3种类型;井筒温度场对钻柱导热系数、钻井液比热容、钻井液导热系数等3个参数敏感,其敏感程度为钻柱导热系数>钻井液比热容>钻井液导热系数,与之对应的是当量临界温度井深。研究结果表明,改变钻井液热属性或降低钻柱导热系数,能够有效降低顺北一区的井底循环温度。      

钻柱偏心旋转对环空摩阻压降影响的数值模拟研究

准确预测钻柱偏心旋转工况下的环空摩阻压降是复杂结构井控压钻井的重要理论基础,但常规钻井液环空摩阻压降计算方法无法直接计算复杂结构井的环空摩阻压降。为此,应用数值模拟方法,分析了偏心度（0～67.42%）和钻柱转速(0～114.65 r/min)对典型环空（Ф127.0 mm钻杆和Ф215.9 mm井眼）中摩阻压降梯度的影响。分析结果表明：偏心度小于45.00%时,转速和偏心度对摩阻压降梯度影响较弱,摩阻压降梯度随转速增大略有降低,随偏心度增大而增大;偏心度大于45.00%时,低转速（<60 r/min）下摩阻压降梯度随偏心度增大而降低,高转速（≥60 r/min）下摩阻压降梯度随偏心度增大而略有增大。基于数值模拟结果,建立了偏心度分类的无因次偏心环空摩阻压降梯度预测模型,计算了南海某水平井Ф215.9 mm井段的ECD,并与PWD测试结果进行了对比,平均相对误差为0.45%,表明该模型具有较好的准确性。研究结果表明,无因次偏心旋转环空摩阻压降计算模型可以精细描述环空压力场和准确计算ECD,为控压钻井水力参数优化提供指导。     

深水双梯度海底举升钻井系统水力参数优化设计

针对深水钻井中遇到的地层压力与破裂压力余量过窄的问题,Conoco和Hydril公司共同研发了深水双梯度海底钻井液举升钻井技术(Subsea Mudlift Drilling,简称SMD)。基于SMD钻井系统的工艺原理,结合钻井水力学基础知识,建立了一种适合SMD钻井系统的水力参数计算模型,以最大钻头水功率为目标进行SMD钻井系统水力参数优化设计。对国外发表文献中的实钻数据进行验证,该水力参数计算模型得到的各管汇压耗与实际压耗误差在5%以内,计算结果表明该水力参数计算模型具有较高的精度。     

气体钻井钻柱动态应力特征

气体钻井的循环介质为气体,黏滞效应远小于泥浆,因此气体钻井钻柱的失效情况比较严重。针对具有超细长比特征的全井钻柱,加入钻柱与井壁的碰撞模型,运用有限元节点迭代法,通过对碰撞冲击应力条件下气体钻井与泥浆钻井的动力学特性分析对比,探讨了气体钻井钻具的失效机理。分析表明,气体钻井的涡动频率和涡动速度明显高于泥浆钻井,气体钻井时钻柱与井壁的碰撞更为频繁且冲击应力比泥浆钻井更大,成为导致其钻柱失效的主要因素之一。     

钻柱失效机理分析

阐明了定向钻井过程中,钻柱由于弯曲交变循环应力而造成的疲劳损伤是可以积累的,钻柱的寿命与疲劳损伤积累有关。对钻柱进行了动载力学分析和疲劳寿命预测,提出了相应的计算模型,可以计算钻柱组合中任意钻柱单元在钻井过程中所受的疲劳损伤,预测使用寿命。对钻柱的合理使用与监控以及预防钻柱失效具有较大的参考价值。