三维弯曲井眼钻柱接触非线性问题求解方法

目前研究钻柱与井壁多向接触问题普遍采用罚函数法、间隙元法、形式刚度法和放松约束法等,其计算速度慢,难以满足工程应用要求。通过建立三维弯曲井眼钻柱有限元模型和钻柱与井壁接触碰撞的定解条件,利用元胞自动机的基本理论,提出了一种基于元胞自动机的钻柱多向接触非线性有限元方程的求解方法。该方法具有编程简单、收敛速度快等优点,能够较好地解决钻柱在三维弯曲井眼中与井壁接触碰撞的复杂边界条件问题,适用于三维弯曲井眼钻柱接触非线性问题的求解。     

油气井试油作业数字井筒建设实践

为提高复杂深井、页岩气井试油作业的安全性、精准性、可控性,将无线传输技术、传感器技术、专家系统等技术结合为一体,把井下压力计数据通过无线电磁波经过"井筒-地层"复合介质发送到地面接收天线,再经过专家系统解析获取井下数据,形成了井下与地面沟通的数字井筒信息平台。在试油期间,既可以实时获取井下温度、压力等数据及时掌握井下情况,又可以通过地面的下传信号实现对井底仪器的控制,达到动态调整作业程序、降低安全风险、提高试油数据录取质量的目的。该技术在四川地区10余口油气井的试油作业期间开展通井刮管、酸化、返排等作业工况试验,实现了井下与地面的数据信息互联:井筒深度适应性达到4 500 m,可连续工作时间450 h以上,信号分辨率达10~(-5)V,具有较好的可行性和可靠性。该技术进一步拓展,有望实现远程遥控井下测试作业,应用前景广阔。     

井下测试数据地面直读技术发展现状

为在试油测试期间快速获取井下压力、温度数据,实现储层快速解释和评价,及时制定下步施工方案,以及确定合理的压井液密度等,井下测试数据地面直读技术的研究成为科学试油发展的必然方向。通过对国内外地面直读技术进行广泛的调研,归纳总结出4大类试油测试以及投产期间井下测试数据地面快速直读方式,主要包括井下永久式压力监测技术、电缆有线地面直读技术、全井无线传输地面直读技术以及井下电子压力计投捞工艺技术,在此基础上,进一步对各种技术的原理、影响因素、适用条件详细进行阐述,并对比分析了各技术的优缺点,为下一步地面直读技术的应用和发展提供了指导依据。     

金属套管对井下电磁波无线传输的影响

电磁波无线传输技术可以实现井下数据实时传输至地面,以便地面工作人员及时获取地层参数,但受井下套管的影响,地面接收到的电磁波信号要远弱于裸眼井所传输出的信号。文章通过对电磁波在有套管的井的无线传输信道进行阻抗分析,发现其传输信号受影响的关键机理与电磁波发射器部分阻抗的分布有关。文章在此基础上建立了套管与油管耦合模型,提出了一种新的分布参数的计算方法来计算耦合模型的阻抗分布参数,同时定义了穿透系数,对发射器部分长度、信号频率、管柱物理参数等影响电磁波传输的关键因素进行定量描述,经仿真数据和现场试验验证,理论结果可靠。在有套管的井中,可以通过选择合适的信号频率、提高套管电阻率、降低套管磁导率等方法,来调整阻抗分布参数,对保证信号的稳定性、提升传输的深度具有重要意义。     

井下油气分离器试验装置设计

运用试验的方法进行气液两相流的流体运动分析，是井下油气分离器研究的重要组成部分。文章重点介绍了井下油气分离器试验装置的设计方案及试验方法，详细论述了该装置的设计原则、装置组成、工作原理及特点。该装置主要用于不同结构的油气分离器的性能测试，通过对不同工况下各种流动参数的测量，有助于研究和揭示气液两相流运动的本质规律，为新型油气分离器的开发和现有油气分离器的结构优化提供了试验依据。     

一种新型远距离无线双向通信检测系统研究

为满足测井过程中需要实时准确获得井下温度压力等相关数据,以及测试人员对井下工作系统的远距离实时操作的需求,设计了一种新型远距离无线双向通信检测系统。该系统由井下模块与地面模块组成。针对井下通信信道复杂,上行下行信号需在同一信道中传输,信号衰减严重且信噪比低的难点,设计了基于时频分复用协议的低频电磁场信道,并采用小波去噪等方法解决微弱信号测量的难题。试验表明,该系统在实地工况下首次成功实现套管井中的双向通信,对测井等远距离检测技术发展具有积极意义。     

页岩气生产动态井下无线监测系统研制与应用

目前页岩气生产过程中井下动态资料的获取途径主要采用生产测井或钢丝下压力计试井等方式,其存在井口装备多、工序复杂、井下数据获取不及时、监测覆盖时间短等不足,为此,开发了一套页岩气井生产动态井下无线监测系统。该系统采用“井下数据无线采集”+“井口物联网终端”+“基地数据中心”的技术架构,将井下数据无线采集工具随油管一起送到储层中,采集井筒中流体温度、压力、流量及含水率等生产动态数据,并直接通过电磁波发射器上传到地面,地面天线接收后再由井口物联网传输到基地监测中心,实现在基地即可远程实时观察页岩气井的井下生产动态情况,根据生产需要及时调整井口生产制度,以便提升生产井的产能。本系统适用井深3500m左右;在设定数据量为4组/d（可调）时,工作时长可达2～3年。系统在威204H36-6井及威202H22-7井进行了现场应用,获取的生产动态数据准确、及时。其中,威204H36-6井根据监控数据开展了控压调产,明显减缓了地层能量衰减速度,提高采收率2~3%;威202H22-7井在邻井的压裂液进入井筒时进行了及时的报警,防止了气井被压裂液淹死情况的发生。页岩气井生产动态井下无线监测系统的开发实现了页岩气井在生产阶段的长期实时监测功能,应用效果良好,具有推广应用的良好前景。     

九自由度牙轮钻头动力学模型研究

根据牙轮钻头动态和受力互为因果关系的特点,分别建立了钻头体和牙轮的动力学模型,并建立了9个自由度的牙轮钻头动力学模型。新建的牙轮钻头与岩石相互作用模型中考虑了扭矩、弯矩、横向力的平衡以及这些因素对钻头破岩过程的影响,并在此基础上建立了轮速比计算模型、牙轮钻头位移模型和岩石破碎仿真模型。通过仿真计算,得到了两种工况下牙轮钻头的位移和轮速比,模拟了破岩过程,为研究钻头与岩石相互作用机理提供了理论依据。     

射孔测试改造联作套管强度热结构耦合分析

高温高压深井试油多采用射孔测试改造联作的方式,施工时井底温度会降低很多,从而引起热应力。以SL16井为例,考虑了非均匀地应力与储层改造降温的耦合作用,进行了射孔测试改造联作套管强度热结构耦合场分析,建立了射孔套管-水泥环-地层三维空间有限元分析模型,采用ANSYS有限元软件的间接法分析了射孔套管在温度场和非均匀地应力共同作用下的应力。结果认为,射孔套管内最大等效应力随套管内壁温度与地层初始温度差值的增大而增大;射孔套管内最大等效应力总是在最小地应力方向取得最大值。     

提高钻井液粘度在线测量精度的标准化措施探索

随着数字钻井技术的发展,基于传感器技术的钻井液粘度在线检测设备应运而生。然而现行标准仅对钻井液性能人工检测方法进行了规范,其测量方法及内容、HSE相关要求等内容已不满足以自动化传感器为核心的钻井液性能在线检测的基本要求。目前聚焦于提高钻井液粘度在线检测精度和重复性的标准化措施研究尚属空白。本文通过对检测方法优选,检测条件因素分析等方面开展研究,旨在提高粘度测量结果精确性,对钻井液粘度在线计量技术标准化体系建立具有积极意义。