使用螺杆钻具条件下钻井水力参数优化设计方法

螺杆钻具虽然应用广泛,但使用螺杆钻具条件下的钻井水力参数优化设计方法还不完善。为了指导钻井现场应用,以螺杆钻具的推荐工作参数为约束条件,应用数学规划方法建立了钻井液排量和钻头压降优选模型,给出了实用的钻井水力参数优化设计方法。研究表明,使用螺杆钻具时,应在螺杆钻具推荐工作参数内,以钻头水功率与螺杆钻具水功率之和最大为指标优选钻井水力参数;为了获得最优水力参数,螺杆钻具工作压降尽可能采用推荐工作压降,钻头压降尽可能接近螺杆钻具传动轴限定的最大钻头压降。      

基于贝叶斯理论的含可信度孔隙压力随钻修正方法

地层压力预测与监测一直是油气钻井的一项重要任务,准确预测地层压力是保证钻井从设计到施工顺利安全进行的重要前提。地层压力钻前预测法是通过地震资料来预测地层压力,但是预测结果精度不高,孔隙压力预测结果与井底实际压力之间存在较大误差。为了根据随钻测量数据动态更新孔隙压力预测结果,不断降低其不确定度,提出了基于Bayes理论的含可信度孔隙压力随钻修正方法。孔隙压力后验概率信息综合了钻前孔隙压力预测信息以及随钻孔隙压力观测信息,在钻前预测的基础上利用随钻资料进行修正与更新,最大限度地保证了钻进过程中钻头位置局部孔隙压力预测准确度。该研究可以为钻井作业过程中动态风险评估提供实时且更为准确的孔隙压力,辅助钻井作业人员快速、准确地进行施工方案的决策,减少由于压力信息不准确带来的钻井风险。     

一种转化钻柱振动能量的井底高压喷射钻井装置

通过转化井下钻柱振动能量来增加井底钻井液喷射压力是提高钻井速度的重要途径,而现有技术还未能充分合理地利用钻柱振动能量。为此,基于井下钻柱振动能量的利用理论,提出了钻井液井下增压、增排量的井底高压喷射钻井理念,设计出了井底高压喷射钻井装置,并对其进行了数值仿真研究。结果表明:(1)井底高压喷射钻井装置可以将钻柱振动能量有效转化给井底钻井液从而实现井下高压喷射钻井;(2)井底高压喷射钻井装置增加了喷嘴钻井液过流流量,在?215.9 mm井眼中,其输出的钻井液流量可以提高5 L/s;(3)增大了钻井液喷射压力,喷嘴处钻井液脉冲压力最高达到11.3 MPa;(4)深井内井底高压喷射钻井装置应用效果比上部地层更加显著。结论认为,井底高压喷射钻井装置为高压喷射钻井技术的实现提供了一种新的手段,可以解决现有高压喷射钻井技术设备费用昂贵、安全性差、适用范围有限的问题。     

深水钻井水下井口力学稳定性分析

深水钻井时水下井口承受的复杂作用力可能导致其稳定性存在问题。根据深水钻井水下井口系统整体受力分析，建立了井口力学稳定性分析方法，该方法综合考虑了海洋环境载荷、钻井船或平台漂移、隔水管力学性能、套管柱与地层之间的非线性响应等因素的影响，可以实现井口力学性能分析。算例分析表明，水下井口的横向偏移及弯矩随张力比和海流流速的增加而大幅增大，顶张力过大会引起井口稳定性变差；随着钻井船或平台漂移量的增加，井口的横向偏移和弯矩近似线性增加，控制好钻井船或平台的漂移非常重要；由于井口承受弯矩的能力有限，较大海流流速情况下可能造成井口失稳；提高导管抗弯强度、控制泥线处管柱冲刷、获取浅部地层的取样数据等措施可以增强井口稳定性。     

钟摆与偏轴钻具钻压波动规律对比试验研究

利用底部钻柱动力学研究试验装置对钟摆钻具与偏轴钻具的钻压波动规律进行了对比研究.结果表明,2种钻具钻压波动规律存在相同之处:①名义钻压一定,提高转速,2种钻具实际钻压略有降低,钻压波动幅度逐渐变大;②当名义钻压较低时,出现0钻压的情况;③转速一定,2种钻具实际钻压随名义钻压的增大而增大,钻压波动幅度逐渐减小.不同之处是:低转速低名义钻压、高转速高名义钻压时,偏轴钻具的钻压波动幅度比钟摆钻具大.     

井底钟摆类钻具转动规律的实验研究

利用根据相似理论设计出的钻柱动力学模拟试验装置,对不同钻压、自转频率条件下钟摆类底部钻具组合转动特征进行了模拟试验研究。应用快速傅立叶变换(FFT),提取出底部钻具组合的公转频率并进行图表分析。结果表明,钟摆类底部钻具组合存在正向涡动、无规则转动和反向涡动三种运动形式,运动状态主要与自转频率有关,存在一个"临界自转频率",自转频率低于"临界自转频率"时正向涡动;在"临界自转频率"附近时无规则运动;自转频率高于"临界自转频率"时反向涡动。另外发现,钟摆类底部钻具组合发生反向涡动时公转频率与自转频率之比约等于钻柱直径与井眼间隙之比。     

水射流对PDC钻头齿纵向清洗力的实验研究

讨论了不同水力结构及参数下水射流对模拟ＰＤＣ钻头齿纵向清洗力的影响。通过对实验数据的多元统计分析，得出了各钻头齿受纵向清洗力随水力结构及喷速变化的关系式。结果表明，清洗力随喷速的增大而增大；要提高清洗力，应使喷嘴适当靠近并以一定的方位角和较大的倾角指向所清洗的刀翼。     

基于可靠性理论的钻柱疲劳寿命预测

钻井过程中极易发生钻柱疲劳失效事故,不仅影响钻进速度,而且大大降低了钻井效益,因此准确预测钻柱的疲劳寿命,对于提高钻柱的安全可靠性、减少钻井事故的发生具有重要意义。根据钻柱疲劳裂纹的扩展与钻柱的应力状态有关,首先对钻柱进行了应力状态分析,并进行了等效应力合成。在应力分析的基础上,结合可靠性理论,确定了影响钻柱疲劳裂纹寿命的随机性参数:钻压、转盘转速以及疲劳裂纹初始长度。结合Form an模型建立了钻柱I、III复合型疲劳裂纹扩展速率的计算模型。算例分析表明,该模型能够计算相应可靠度下钻柱疲劳裂纹的循环寿命,且计算结果与现场钻柱的使用寿命比较接近,能够满足现场钻井工程的精度要求。该模型具有一定的实用性,为钻柱疲劳寿命的准确预测提供了理论依据。     

井身结构变化及尾管回接对井控的影响分析

在深井井身结构设计中,为了解决悬挂尾管后继续钻进是否需要进行尾管回接的问题,建立了钻遇高压气层发生气侵时的环空气液流动模型,模拟了井筒横向尺寸变化对环空气液两相流动规律的影响,分析了不同尾管悬挂深度下气侵过程中的井底压力、钻井液增量、监测到一定钻井液增量所需时间的变化规律,以及压井过程中套压峰值和套压峰值到达时间的变化规律。结果表明:尾管回接改变井身结构后,随着尾管悬挂深度的减小,井底压力和钻井液增量剧烈变化阶段先提前后延迟;尾管回接到井口后,溢流发现时间比尾管不回接时要短,有利于溢流的早期发现;在相同溢流量条件下关井,尾管回接到井口后的压井套压峰值比尾管不回接时大;套压峰值到达时间变化不显著。      

理想钻柱中声传播特性理论研究

声波在钻柱中的传播特性还没有得到充分的研究。为此,分析了声波在管柱中的传播机理,建立了声透层单元模型周期分布的理想钻柱模型,依托该模型进行了声传播特性研究。研究结果表明,结构尺寸不一致对钻柱频带的宽度和分布有显著影响,对于周期性钻柱结构,钻杆、接头的长度和截面积决定了钻柱的频带结构,并且这种频带结构的变化分布呈周期性和对称性。在1个频带周期内随着频率的增加,通带先变窄再变宽,阻带则先变宽再变窄。随着钻杆根数和接头数目的增加,通带结构发生变化,通带内出现小透射峰,且小谱峰数增加。钻杆长度增加使通带变窄,接头截面面积减小使通带变宽。