井下振动控制技术研究

为了获得高的油气钻井投资回报率,必须保证钻井过程安全、快速,以达到减少钻井事故、降低工程成本和尽早获取收益的目的,因此加强钻井过程控制十分必要。井下振动控制技术是保证安全快速钻井的关键技术之一,但是,目前该技术还不够成熟,特别是还未对钻井过程中发生的振动现象进行系统的分析,不能合理、准确地控制钻柱的振动状态和振动强度,以致可能造成能量大量损耗,甚至损坏钻具,无法实现安全、快速钻进。系统分析了振动现象的影响因素,包括:钻头、钻柱系统结构（特别是井底钻具组合,包括钻头类型）、钻井参数（钻压和转速）、已钻井眼几何参数和地层性质等,结合对钻柱固有频率的分析提出了井下振动控制的方法和程序,以最大限度地减小振动的危害,尽可能地提高钻井速度、缩短钻井周期、提高投资回报率。      

基于赫巴流体的页岩气大位移水平井裸眼延伸极限分析

大位移水平井的裸眼延伸极限主要与环空压耗和地层破裂压力等因素有关,不同的钻井液流变模式又会对环空压耗的描述产生较大的影响,而赫巴模式能够更好地模拟实际钻井液的流变特性。为此,建立了基于赫巴流体的页岩气储层大位移水平井裸眼延伸极限模型,进而用实际案例分析了赫巴流体的基本流变参数(流性指数、稠度系数、屈服值)和主要钻进参数(机械钻速、钻井液密度、钻杆转速)对大位移水平井水平段延伸极限的影响,并将其与幂律流体模型计算结果进行对比分析。结果表明:(1)在同样的条件下,采用赫巴流体所得结果小于采用幂律流体计算的结果,新预测模型可靠性更好;(2)通过参数的敏感性分析可知,水平段延伸极限会随着上述3个基本流变参数和机械钻速的增加而减小,而该极限值会随着钻井液密度的增加而先增加后减小,它也会随着钻杆转速的增加而增加。结论认为:所给出的赫巴流体流变参数和钻进参数的优选方法,有助于解决大位移水平井在页岩储层中究竟可以打多远的问题,并且更加精确地预测了其裸眼延伸极限。     

欠平衡钻井环空多相流井底压力计算模型

随着欠平衡钻井技术的发展,对井底负压值精确控制的要求越来越高,目前已经开发了随钻井底压力测量仪器。对井底压力的大小实测发现,原有的气液两相流井底负压控制计算模型的计算误差较大,达到13%。为此,在H.V.Nickens所建立的钻井过程气侵时的两相流模型基础上,建立了直井环空多相流井底压力流动型态新的计算模型。该模型充分考虑了岩屑固相和多相加速度压降的影响,精度较高,利用深层欠平衡钻井实测数据,计算表明误差小于3%,为欠平衡设计计算与精确控制井底负压值提供了理论依据。     

钻井工程设计与工艺软件ANYDRILL1.0的研发与应用

对钻井工程设计与工艺软件包含的欠平衡/气体钻井设计与分析系统、控压钻井设计分析系统、地层压力预测分析与监测系统、岩石力学分析系统等多个功能系统做了详细的介绍。钻井工程设计与工艺软件完成多井次的现场测试,应用结果表明,钻井工程设计和工艺软件功能丰富、计算准确、使用方便,可较好地满足现场钻井工程设计与施工需要,为钻井工程提供技术支撑和技术指导。     

大庆油田表层套管钻井技术

为了降低钻井成本，实现外围未动用储量经济有效地开采，大庆油田开展了表层套管钻井技术的试验研究，包括套管钻井总体方案及工艺、套管串结构及其附件、井下钻具及固井专用工具的开发研究。实现了非项驱钻机条件下表层套管钻井所需的设备改造，完成了表层和油层套管钻井所需仪器的配套、φ339．7和φ273．1mm两种规格表层套管钻井所需工具和管串的研制。在4口井进行了表层套管钻井试验，其中φ339．7mm表层套管钻井试验井1口；φ273．1mm表层套管钻井试验井3口。在套管钻井过程中．自行研制的设备、仪器、工具及与之配套的工艺技术均证明是成功的，套管钻井的平均机械钻速高于常规钻井。缩短了钻井周期。     

深层多压力层系气层判断新方法

随钻地质录井只能对单一压力层系作出准确的判断,对于钻遇多压力层系的气层探井,由于下层岩屑经过上部气层时受到上层气体污染,影响气层位置的准确判断。针对流钻欠平衡钻井的特点,建立了气体侵入模型,并进行理论推导,该模型通过测量井底随钻压力、温度数据的变化进行气层位置判断,由于实测的井底压力、温度数据是在打开气层的第一时间检测到的变化,因此该方法能够比较准确地确定不同压力层系气层的位置,能够排除地质录井和测井解释带来的误差,完井测试表明,该方法测试的气层位置较为准确,为深层多压力层系的勘探提供了一种新方法。     

发展调整井固井技术满足油田开发需要

调整井固井技术的出现，是大庆油田开过程的必然产物。人们对油田开发中后期固井这个环节重要性认识的不断深入以及广大科技人员持之以恒的技术创新，使这项技术日臻完善。     

无意外风险钻井（NDS）技术探讨

无意外风险钻井（NDS）技术可以用于识别、预防和控制井下风险，防止井下意外事故发生，有效提高钻井效率和效益。对NDS技术内o?的把握是发展和应用NDS技术之前需要解答的问题，为此介绍了NDS技术概念、工艺过程和核心技术，列举了国内外成功应用NDS技术的实例。提出了NDS技术未来发展方向应以钻井力学为基础，实时测控技术（包括测量、风险管理、预测和控制等技术）以及3D可视化技术为手段，最终形成集风险分析、数据采集、传输与实时解释、井下监测和控制为一体的高度集成化、信息化、智能化和自动化的钻井技术平台。为国内逐步实现具有中国特色的NDS钻井技术提供了参考。     

实现窄密度窗口安全钻井的控压钻井系统工程

控压钻井是目前世界上最先进的钻井技术之一,能够对井底压力进行实时精确的控制、解决现场遇到的井下复杂钻井问题;理论研究与应用实践均表明,它可以有效解决国内外普遍遇到的窄密度窗口安全钻井难题。为了更好的掌握和运用该技术,从宏观角度将控压钻井看作为一项较复杂的系统工程,既要保证系统内任一组成部分能够正常运转,又要提高系统内各部分之间的协调能力,从而发挥其最大效率。为此,提出了控压钻井系统工程（MPDSE）的概念--控压钻井系统工程就是将系统工程理论应用到控压钻井技术中的一种研究方法,其主要内容是研究系统内部各组成部分的精确设计,系统分析各组成部分之间的相互关系和内部地位,优化处理各组成部分之间的相互制约性,实现系统的最优化;进而运用综合集成法分析了控压钻井系统的研究步骤;最后还对控压钻井系统的基本框架进行了初步设计。结论认为：应以系统工程的方法对控压钻井技术进行研究,并且框架内的任一部分都关乎整个系统能否成功应用。     

控压钻井过程中泥页岩井壁破坏分析

控压钻井过程中,控制井底压力与地层压力相当,可以减少井壁由于井底压力过小或过大引起的井壁坍塌或破裂问题。对于水敏性泥页岩地层,即使在压力平衡的情况下,由于水基钻井液和泥页岩之间的水化渗透作用,泥页岩井壁也有可能不稳定。为此,建立了控压钻井条件下泥页岩井壁稳定非线性流-固-化耦合新模型,考虑了离子扩散与岩石变形的全耦合以及流体流动和离子扩散过程的非线性;通过有限元分析泥页岩井壁周围孔隙压力场和应力场的变化,计算井壁周围地层破坏系数,检查井壁是否破坏。研究结果表明：①控制压力钻井与常规钻井相比,水化渗透引起的孔隙压力剖面变化较小,有利于泥页岩井壁稳定;②泥页岩井壁失稳主要有井壁破坏、井壁附近地层破坏两种方式且后者是有时间效应的;③现有模型与非线性全耦合模型相比,过大地预计了井周孔隙压力和总应力且其压力峰值传播较慢;④泥页岩井壁失稳后,新的泥页岩表面暴露在钻井液中继续进行水和溶质交换,井眼扩大到一定值后,发生进一步失稳的可能性较小。