南海西江大位移井摩阻和扭矩数值分析研究

井下摩阻和扭矩,是影响大位移井设计与施工的2个关键因素。对三维井眼中管柱单元进行受力分析,建立了通用的井下摩阻和扭矩计算模型和算法,并开发出大位移井摩阻和扭矩的数值计算软件。该软件在南海西江大位移井钻井和下套管作业案例分析中得到成功应用,对井下摩阻和扭矩进行了数值模拟计算及预测分析,获得较好的结果,并可在今后的大位移井工程中推广应用。     

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文章根据高温高压油气井测试过程中存在的安全隐患，探讨了高温、高压对套管安全性的影响，提出了高温高压井井身结构设计需要特别考虑的事项。通过分析与计算发现，测试期间套管受到的威胁最大，开井流动期间高温油气引起井筒温度全面上升，密闭的套管环空流体受热膨胀，对套管内外表面施加附加压力，这种压力可以达到套管的抗内压或外挤强度极限；井筒温度升高将大幅度增加套管向压力，甚至出现上顶井口现象；高压油气泄漏会使油层套管乃至整个井筒的安全性受到威胁。在对高温高压井进行井身结构设计时必须考虑测试期间存在的隐患，和能保证套管安全。     

利用矿渣MTC技术解决复杂地层固井难题

分析了矿渣MTC浆失水、稠化时间、抗压强度、流变性、静胶凝强度发展等性能特点及技术优势，并与常规水泥浆进行了对比分析，认为矿渣MTC体系大部分性能指标优于水泥浆体系，可以满足现场固井技术要求。应用矿渣MTC固井技术解决了低压易漏失井、高压气井、调整井、长裸眼长封固段及复杂压力体系固井等固井技术难题，固井质量明显优于常规水泥浆固井。     

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许多热采井套管热应力计算模型忽略了地层影响，属于单轴热应力分析。文章首先将套管、水泥环、地层组成的井筒作为不同物质的组合体，兼顾高温条件下套管材料的弹性模量、屈服应力和热膨胀系数的变化，建立了套管三维弹性热应力计算模型。模型以全量和增量两种方式，计算常用套管的三轴热应力和单轴热应力。对比计算结果得到如下结论：三轴情况下套管出现较大环向应力，套管屈服与否不由某一轴向应力决定，而由3个主应力决定；按增量计算时，温度应力高于按全量计算的结果，因而套管承温极限低；按单轴计算时套管承温极限高于按三轴计算，随着钢级升高，单轴与三轴承温极限差别缩小；高钢级套管在抗高温方面并不具有绝对优势，要看材料的高温性能变化；如果同时考虑材料热膨胀系数随温度变化，则计算出的热应力更高，承温极限大幅度降低。     

考虑不同桩土接触模型的深水钻井导管承载能力数值分析

采用合理的桩土接触模型对正确计算深水表层导管的承载力具有重要意义。建立了深水导管横向位移和竖向承载力的计算模型,并用ABAQUS有限元软件,考虑初始地应力的影响,通过编写相应本构模型的有限元程序,用接触力学法和接触面单元法模拟了导管的横向位移,用库伦摩擦模型与Goodman接触单元模型模拟了导管的竖向承载力。结果表明:采用接触面单元法计算的导管横向位移大于接触力学法计算结果,采用(Goodman模型计算得到的导管竖向承载力大于库伦摩擦模型计算结果。同时,分析了导管顶部竖向力及弯矩对导管横向位移,以及导管尺寸对导管竖向承载力的影响规律,对深水钻井导管工程设计与控制具有参考价值。     

下部钻具组合上切点的位置确定方法

下部钻具组合的上切点始终处于井眼底边这一假设条件,并不适用于下部钻具组合静力学分析的所有情况。基于建立的适用于下部钻具组合静力学分析的三维坐标系及其变换关系,提出了描述井壁上上切点位置的方法;根据最小势能原理,提出了一种确定上切点位置的迭代计算方法;以光钻铤钻具组合为例,讨论了井眼几何参数与钻井参数对上切点位置及钻头侧向力的影响规律。结果表明:在二维问题的力学分析中,当钻头处井斜角很小、井眼的井斜变化率很大时,下部钻具组合的上切点将有可能处于井眼的高边;与对上切段长度的影响相比,井斜方位变化率对上切点井壁方位角的影响更大;与对钻头井斜力的影响相比,井斜方位变化率对钻头方位力的影响更大;钻压和钻头扭矩对上切点位置及钻头侧向力的影响都很小。      

复杂结构井钻柱解卡参数分析

在复杂结构井解卡过程中,为了优化旋转上提和旋转下放的解卡参数,确保载荷能够最大限度地传递至卡点,分析了遇卡钻柱与正常钻柱在摩阻扭矩计算方面的差异,探讨了旋转、减阻器和卡点深度对遇卡钻柱轴向力传递效率的影响。实例计算和分析结果表明,遇卡钻柱的摩阻系数与变形量存在耦合关系,且随载荷分布、卡点深度等参数的变化而变化;钻柱旋转可以提高载荷传递效率,下放解卡时旋转降阻作用更加明显;旋转上提解卡时卡点拉力随井口拉力的增加而增加,旋转下放解卡时最大卡点压力可能不是悬重放空时,通过优化解卡参数可以最大程度地增加解卡载荷;旋转上提和旋转下放解卡过程中,减阻器会降低最优解卡参数下的最大卡点载荷,减阻器轴向摩阻系数越大越不利于解卡作业。     

钻柱力学特性分析的剪变形理论

在现有三维空间钻柱力学基本方程的基础上 ,考虑横向剪应力和剪应变两因素对钻柱挠曲变形的作用 ,参照S P Timoshenko剪切梁理论 ,针对空间钻柱受力与变形特征 ,引入 ψN 和ψB2个广义位移函数 ,建立了钻柱力学剪变形理论的通用基本方程。以某水平井一单跨钻柱两端简支情况下的二维横向振动为具体算例 ,给出了计算公式。该公式综合描述了横向剪切变形和轴向钻压对钻柱横向振动固有频率的影响 ,是对现有钻柱力学基础理论的补充和完善     

海洋导管架平台结构动力优化研究

应用有限单元法 ,对海洋导管架平台进行了结构动力优化设计。建立了海洋导管架平台结构动力优化的数学模型 ,采用零阶法 ,以动冰载荷作为海洋导管架平台结构的主要环境载荷 ,对锦州 2 0 2MUQ平台进行了结构动力优化计算。优化结果表明 ,平台的重量比原设计方案减轻了2 0 17% ,获得了明显的优化效果。研究结果有较大的工程应用价值 ,可供有关设计人员参考。     

煤层气高效开发技术

煤层气储层与常规油气储层具有极大的差异性，其产出特点也不同，常规油气开发技术已明显不适用于煤层气开发。本文从煤层物性的特殊性和保护煤层的角度出发，指出我国煤层气开发的难点；根据我国煤层特点研究分析了煤层气泡沫钻井、波动水力压裂和定向羽状水平井技术的适用性，并对定向羽状水平井技术在沁水煤层气田开发中应用的可行性进行了论述。这些技术对我国煤层气的商业开发具有重要的指导作用。