钻柱内孔变径结构条件下微波传播衰减规律研究

为掌握钻柱內孔微波传输的最佳频点,获取微波信道的衰减规律及有效传输距离,将钻柱内孔视为超长不规则有耗圆波导,采用微波耦合理论计算了其微波最佳传输频点,分析了信道中的微波模式。采用微波传输等效电路法建立了信道模型,研究并建立了钻柱内孔微波信道信号衰减规律模型。同时针对超长钻柱,提出单位长度平均功率损耗系数对有效传输距离进行简化分析。研究结果表明,钻柱内孔沿轴向存在内径渐变段和突变点,微波传输存在大量反射过程,信道的阻抗变化是影响传输质量的主要因素。建立的衰减模型比仅考虑表面电阻涡流损耗的模型更准确,更具有现场指导意义。     

气体钻井地层动态出水量预测计算模型

气体钻井地层出水容易导致井眼清洁困难、井壁失稳等井下复杂问题。为了准确预测气体钻井打开水层过程中的地层动态出水量,综合考虑了非稳定渗流对地层压力分布的影响和水层被打开的程度,建立了气体钻井地层动态出水量定量预测计算模型。采用该模型的计算结果表明:1钻开水层的厚度小于井径、钻头进入水层但未完全钻穿水层、钻头部分钻穿水层而未完全脱离水层时,出水量主要受水层打开程度的控制,水层打开程度越高出水量越大,在钻头完全钻穿水层时出水量达到峰值,该时间段较短,出水量大,应当严密监测,以便在钻井过程中及早发现水层;2完全钻穿水层后,出水量主要受到地层非稳定渗流的影响,随着地层压力的衰减,地层出水量随之衰减,最终趋于稳定,该稳定值为气体钻井适用性地层筛选和转换钻井方式时机的参考值。现场随钻监测验证结果表明,井口返出气体的湿度变化规律与计算结果相吻合。结论认为,该模型能更真实地反映地层出水量的实际变化情况,为气体钻井适用性地层筛选和转换钻井方式时机提供了理论依据。     

泡沫缓蚀机理研究

模拟泡沫钻井腐蚀环境，对配制的防腐稳定泡沫的缓蚀性和发泡能力进行了评价，用电化学测量方法，研究其钝化行为，通过扫描电镜和X射线能谱分析等表面分析手段对腐蚀产物膜形貌与组成进行了分析。结果表明，泡沫具有一定的缓蚀能力；地层水腐蚀后的钢片表面有蚀坑，蚀坑中有类似于食盐状的晶粒出现，添加泡沫后腐蚀层表面颗粒均匀细小，结构更紧密，添加泡沫和缓蚀剂后钢片表面基本无明显腐蚀，但有水流冲刷和钻屑磨蚀的微小痕迹存在。结合实验现象和理论分析，首次总结提出泡沫钻井中泡沫的缓蚀机理，泡沫的缓蚀性主要在于：发泡剂在钢铁表面的吸附；稳泡增粘剂能与地层水中的多价金属离子络合；泡沫对氧的隔绝；泡沫能固定砂粒，减少冲蚀。在泡沫中添加缓蚀剂和除氧剂，泡沫缓蚀能力进一步得到提高。     

气体钻井配套技术破解难题

四川盆地碳酸岩裂缝性气藏勘探开发主要分布在川(渝)东北部地区20余县,勘探面积近6万平方公里,大部分为高陡构造。由于复杂的构造应力作用,倾角变化大,钻遇断层、裂缝、溶洞多,井漏频繁,井漏的深度从表层到3000米,漏层地层压力梯度大多低于静水柱压力,采用了多种堵漏治漏方法和措施,效果并不理想,严重制约了钻井工程进度,造成巨大经济损失。东安1井、罗家3井、天东89井等井因溶     

合理的井底压差设计及应用效果分析

钻井施工中,合理的井底压差可以达到提速增效和保护储层的目的。为此,应用计算机仿真系统、岩石破碎学理论研究了不同压差下井底应力场分布及岩石变形状况。结果表明,与正压差相比,在负压差钻井条件下更利于井底岩石破碎,提高机械钻速。但井底压差不能无限制地降低,需要结合具体井位的地质和工程特征,在保证不发生溢流和井壁垮塌的前提下,将井底压差设计在一个合理的范围值内:在渗透性地层钻井时,静液柱压力小于地层孔隙压力时,地层流体将流入井筒,这时设计的最低液柱压力应略高于地层孔隙压力(约0.02MPa)。现场应用表明,井底压差在合理的范围内越小时,机械钻速越高。     

充气控压钻井气液两相流流型研究

充气控压钻井是在充气欠平衡钻井技术的基础上发展起来的、针对具有窄安全密度窗口地层的一种钻井新技术。本研究将多相流体流动简化为气液两相流动,建立了充气控压钻井循环系统的物理模型,系统地总结和对比了气液两相流流型转换准则、压降计算模型,通过大量的模拟实验,验证、修正了常规气液两相流流型判别准则和压降模型,得出适用于充气钻井的压降计算模型。通过流型敏感因素分析,得出气液比、地面回压、流道的几何形状是流型主要影响因素,该研究结果为充气控压钻井的压力控制提供了理论依据。     

空气锤钻头应用研究

对空气锤钻头在国外的应用进行了调研。在冲击回转钻进中,根据地层条件不同选择不同的端面设计平底钻头能很好地控制井斜,平底钻头的钻速是三牙轮钻头的3~6倍,但平底钻头径向磨损严重,常用三牙轮进行扩眼。为解决钻头径向磨损问题从而发展了增强齿平底钻头,在以陡倾角而著称的Stillwater、Allegheny高原及Arkoma、Permian、Appalachian盆地进行了大量试验,结果证明:与平底钻头相比,钻速快,寿命长,成本低,更耐磨,能更好控制井斜和狗腿严重度,而且井眼更平滑。     

气体钻井随钻安全风险识别与监控

气体钻井对地质条件有较为苛刻的要求,地层失稳、产水、钻具失效以及井下燃爆等均有可能导致气体钻井失败,因此随钻井下风险识别及监测对于保障气体钻井安全具有重要意义。为此,提出将理论分析和现场案例相结合,总结气体钻井过程中井壁失稳、产水、产气、井下燃爆、钻柱失效等主要风险发生时的工况参数表征,建立风险发生与对应工况参数变化的关系模型,开发自动化分析平台对工况参数变化进行分析,以判断发生的风险类型。基于已有的地面监测技术,研发了地面—井下参数监测系统,用测量短接实时监测井下温度、压力、湿度以及钻具振动等参数,并通过中继短接传输到地面,可以更快速、准确地获知井下各项参数的变化情况。将关系模型、分析平台以及监测系统相结合,形成了气体钻井随钻安全风险辨识方法。在新疆塔里木盆地开展的现场试验结果表明,该方法能够快速反映出气体钻井各项参数的变化情况,准确判断井下发生的风险类型,可有效降低气体钻井安全风险,提高气体钻井效率。     

高压油气藏对砂岩力学特性影响的试验研究

 首先采用声波纵、横波测量方法,进行岩样筛选。然后根据高压油气藏地质构造特征,设计模拟高压油气藏内部孔隙压力变化条件下岩石力学特性测试的方案。在GCTS–1000型三轴压缩试验机上进行高温高压三轴岩石力学测试,结果表明：随着砂岩内部孔隙压力增加,外部围压保持不变的条件下,岩石的强度与围压不呈单调上升的变化趋势,而是随着孔隙压力的增加,净围压减小,岩石强度先随净围压减小而逐渐减小,之后则表现出反常的增大现象。在地压梯度为2.20 MPa/(100 m)时,产生最低强度值。随着地压梯度的增大,岩石强度值反而升高,形成一个V形曲线。砂岩的弹性模量为一波浪形曲线,上下波动范围最大差值为2 909 MPa。泊松比的值从低向高;在地压梯度大于2.00 MPa/(100 m)时,泊松比接近0.5。重复试验揭示了岩石三轴强度特性的这一特殊现象。该结果对于高压油气藏、水泥环和套管系统的真三维套管变形与损坏的模拟有着重要的参考价值,而且是必不可少的基础数据。     

从井底岩石受力分析研究气体钻井对机械钻速的影响

采用气体钻井时机械钻速较高,目前已被钻井界普遍认可;但对气体钻井是如何提高机械钻速的研究还不多。为此,通过有限元软件对井底岩石所受应力及其垂向应力积分曲线进行分析,结果发现,气体钻井过程中井底岩石上凸,表现为类似"张力"的外张趋势,其垂直于井底平面向下应力影响范围也比常规钻井液的大,由于没有钻井液静液柱压力的压持效应,岩石开始从塑性向脆性转变,这和所预期的结果一致;这一转变更利于钻头切削面与岩石接触,提高岩石破碎效率;也就是说,如果在使用相同的钻头、钻具组合以及机械参数等作用下,岩石破碎的区域更大,钻进速度也更快。