旋转钻井中岩石破碎能耗的分形分析

 通过旋转钻井中破碎岩石的能耗分析,应用分形岩石力学理论,从钻井过程中钻头破碎岩屑的粒度分布、能量耗散等角度,建立旋转钻井中钻头破碎岩石所需能量的分形描述模型,详细分析影响钻头破碎岩石能耗的因素。该模型显示出旋转钻井岩石破碎能耗不仅与钻压、转速等钻井参数关,还与地层岩石破碎体的尺度和粒度分布分形维数等因素有关。应用该模型不仅可以确定钻井过程中破碎岩石所需的能量,还可以反演计算,根据所需岩石的破碎能量优选钻进参数。将所建立的模型进行适当简化,可得到经典岩石破碎比功三大学说表达式,说明该模型具有一定的普遍性。     

天然气水合物试采中节流螺旋管段微米级砂粒运移沉积规律数值模拟

海洋天然气水合物（以下简称水合物）开采过程中需要考虑储层微米级砂粒突破井筒防砂设施后对井筒设备造成的磨损问题，而对于微米级砂粒（粒径小于44 μm）随地层流体进入井筒后的运移、沉积、堵塞方面的研究尚未见到有文献报道。为此，以水合物降压开采法中输送水流的节流螺旋管段的砂粒为研究对象，建立流道几何模型，进行数值模拟，研究微米级砂粒运移沉积规律，获得了不同条件下微米级砂粒临界不沉积水速。研究结果表明：①微米级砂粒主要堆积在复杂管路螺旋段，沉砂情况随着水速的增加而逐渐改善，其中螺旋段上部的砂粒清洁难度要大于螺旋段下部；②临界不沉积水速随着砂粒粒径和出砂浓度的增大而逐渐增大；③应用Buckingham-Π定理，对变量进行无量纲化，利用OriginPro 2019非线性拟合工具可以得到水合物试采局部复杂井段井筒沉砂浓度预测模型；④提出的砂沉积浓度比概念，结合沉积预测模型可方便计算微米级砂粒临界不沉积水速及判断井筒内沉砂情况。结论认为：提出了一种确定水合物试采局部复杂井段微米级砂粒临界不沉积水速的方法，得到了3种粒径、3种出砂浓度下微米级砂粒的临界不沉积水速；该项研究成果可以为安全合理安排水合物生产制度、降压幅度等提供依据。     

连续油管管内摩擦压降计算模型与敏感性分析

连续油管压裂作业过程中,压裂液除了在连续油管井下直管段流动,同时也会流入缠绕在滚筒上的那部分连续管,螺旋段的流动非常复杂,现有模型的计算结果与工程实际有一定的差距,基于流体力学基本原理,结合直管段摩擦因数公式和螺旋段几何特征,给出了连续油管螺旋段摩擦因数的一般关系式,最后经理论推导建立了完整的连续油管压裂作业管内压降的计算模型。分析了连续油管管径、滚筒直径、排量、黏度和流性指数等参数对管内压降的影响规律。结果表明:该模型的计算结果精度较高;相同条件下,螺旋段的压降总是大于直管段的压降;连续油管管径对压降的影响最大,管径增大近1倍,压降却减小了13倍,而滚筒直径对压降的影响最小,选择不同的滚筒直径,压降几乎未发生变化。     

考虑钻柱振动的底部钻具载荷传递规律研究

随着油藏开发难度增加,苛刻的地质条件给钻井作业技术提出更高的要求,特别是在大位移井及深井超深井钻井方面。对于极限延伸井钻井来说,不仅需要有良好的钻井设备,还需要依靠钻井工艺技术及基础理论支撑。底部钻具组合力学分析中的载荷传递规律对极限延伸井钻井有着重要影响。因此,在前人研究的基础上,对考虑钻柱横向振动影响下的底部钻具载荷传递规律进行研究,同时对影响底部钻具载荷传递规律的因素进行敏感性分析。研究结果表明:底部钻具横向振动对钻柱轴力及扭矩影响较大,随着摩擦因数及方位变化增加,消耗在底部钻具上的摩阻力及扭矩线性增加;随着底部钻压增加,钻具所受摩阻力及扭矩变化率变大。因此,对于大位移井及长水平段水平井极限延伸来说,不能忽略横向振动对钻具载荷传递的影响。     

钻铤螺纹联接处载荷分布规律研究

根据弹性力学理论，通过对钻铤接头螺纹的受力分析，分别建立了上扣扭矩、轴向外载和内外水压力作用下的螺纹载荷计算模型。依据此模型，详细分析了钻铤螺纹的载荷分布规律，提出了改进钻铤接头受力状态，减少应力集中的主要措施。     

丛式井平台井口布置方法

为了进一步优化丛式井的设计,研究了丛式井平台井口和靶点的优选和分配问题。当井口分布呈多排多列且不均匀分布时,首先对井口和靶点进行直线或同心圆划分,再基于井口与靶点的连线在水平面上的投影两两不相交且水平位移平方和最小的方法(即不相交水平位移最小距离法),建立了不相交水平位移最小距离法计算模型,并编制了相应的分析计算软件。以吉林油田某丛式井组为例,利用编制的软件进行了井口和靶点的优选及分配,快速求出了最优分配结果。这表明采用不相交水平位移最小距离法可以快速求出最优的分配结果,可提高设计人员的工作效率。      

海洋钻井隔水管横向振动机理的研究

海洋钻井隔水管在连接海上钻井平台和海底井口中起着至关重要的作用,为了避免隔水管因产生涡激振动而造成疲劳失效,对于隔水管的横向振动和固有频率分析尤为重要。通过对隔水管横向振动微元的受力分析求解隔水管的横振方程,并采用分离变量法求解隔水管固有频率。具体算例表明:隔水管的自身性质会影响其固有频率,所以在不同海况下及时调整不同类型的隔水管和顶部张力可以有效避免隔水管产生涡激振动。     

欠平衡连续油管钻井中螺旋管段气液两相流摩阻压降特性研究

针对欠平衡连续油管钻井中螺旋管段气液两相流摩阻难以计算的问题,采用数值模拟方法,研究了气液两相流在连续油管螺旋管段中的流动,揭示了两相流在螺旋管段的流动特性。对影响摩阻压降的相关因素进行了分析,计算了不同的充气量、采用不同密度和黏度的钻井液以及不同曲率时螺旋管段的摩阻压降。结果表明：充气量越大,螺旋管段摩阻压降越大;钻井液的密度和黏度越大,螺旋管段摩阻压降越大;螺旋管段的曲率比越大,螺旋管段摩阻压降越大。该研究对于指导欠平衡连续油管钻井作业时选择充气量、钻井液和滚筒,计算水力参数和泵压具有重要的参考意义。     

水合物热力学抑制剂性能评价及变化规律数值模拟研究

针对水合物抑制剂用量大、应用效率低的问题,采用数值模拟方法研究了甲醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、乙醇5种热力学抑制剂在不同含量下对水合物生成抑制效果的变化规律,并对不同种类不同含量下抑制剂的性能进行了评价。结果表明:5种热力学抑制剂均对水合物有抑制作用,且随着总含量的累积,乙二醇单位含量抑制效果逐渐增强,二甘醇和乙醇单位含量抑制效果逐渐减弱,三甘醇单位含量抑制效果先变小后变大,甲醇单位含量抑制效果基本不变;摩尔分数小于10%或大于20%时,三甘醇抑制性能最好,中等含量下乙二醇抑制效果较好,整个范围内,乙醇和二甘醇抑制效果较差;研究结果可为水合物抑制剂的选用提供参考,以便节约成本,达到高效利用抑制剂的目的。     

利用邻层反演水平层理页岩地应力方法

水平层理页岩垂直和平行层理方向岩石力学特性的强差异及岩石的破碎性,造成现有地应力计算方法精度不够及地应力室内岩心试验困难。为了有效地指导钻井和压裂设计,开展了页岩地应力评价方法研究。利用单轴压缩试验,获得了不同层理面方向的页岩弹性参数,岩石呈现明显的横观各向同性特征。基于横观各向同性材料的本构关系、并假设在沉积和后期地质构造运动过程中地层和地层之间不发生相对位移,建立了利用邻层砂泥岩地应力反演水平层理页岩地应力的模型,并分析了地应力的敏感性因素及其影响规律。结果表明,页岩地应力受控于邻层砂泥岩的弹性模量、泊松比、地应力值和页岩自身的弹性参数,利用该方法计算的最大和最小水平主应力值比Terzaghi和Newberry模式高,处于黄荣樽模式的上、下限范围内。研究结果为评价水平层理页岩地应力提供了新的方法。