锥形齿旋冲及扭冲的破岩过程与破岩效率分析

为了解锥形齿在旋转冲击和扭转冲击载荷作用下的破岩过程和破岩效率,采用数值模拟和试验数据验证的方法,研究了2种破岩方式下不同冲击幅值和冲击频率对应的岩石内部应力变化、岩石损伤特征、岩石破碎体积和破碎深度、破岩比功.数值模拟分析结果表明,锥形齿在旋转冲击和扭转冲击破岩过程中均表现为切削齿侵入岩石、岩石损伤贯通裂纹萌生、岩石...     

加强实践教学环节的途径探索

钻井工程是油田的高危行业,因钻井现场安全生产的要求和实际条件的限制,钻井方向的生产实习和实践教学环节的难度不断加大,加强实践教学的基础设施建设是目前许多高校面临的重要问题。随着计算机模拟仿真技术的发展,利用模拟操作装置和计算机模拟仿真技术开发研制实践教学设备,是解决实践教学问题的重要途径之一。利用该模拟装置,可实现钻进、井控、井下复杂情况判断及事故处理等方面模拟操作,为钻井方向的实践教学提供了条件。     

深井内壁磨损套管剩余抗内压强度研究

深井钻井过程中,钻柱对套管内壁造成磨损多为"月牙形"磨损。在弹塑性力学分析的基础上,应用长槽形磨损模型分析磨损套管的抗内压强度变化规律。采用有限元数值模拟计算分析了磨损套管剩余强度的变化规律。根据磨损位置产生的附加弯曲应力,对原有的长槽形磨损模型进行了改进,并与试验结果进行了对比分析。分析结果表明,套管接头直径对套管抗内压强度影响较小。使用目前套管柱强度设计中常用的均匀磨损模型进行套管强度设计,偏于安全。改进后建立的磨损套管抗内压计算模型能更准确地描述磨损套管的剩余强度,与试验值更为接近,可为套管柱强度设计提供更为合理的理论参考。     

基于有限元的套管可靠度概率分析方法

传统的套管强度设计是基于影响因素的确定值而分析计算的,参数的不确定性往往被忽略或通过安全系数来补偿。为此,借助概率有限元方法,充分考虑几何模型的复杂性以及套管功能函数影响因素的随机性,建立了多随机性因素作用下的套管可靠度的Monte-Carlo模拟方法,预测了套管的安全可靠性。通过敏感性分析可以看出,外挤载荷影响因素为主时,载荷大小及其不均匀性、水泥环厚度和套管内压力对套管可靠度影响最大,在套管强度分析时,重点考虑这些因素更有实际意义。灵敏度分析只能计算影响因素与响应间的相关性系数,对于影响因素与响应呈非线性变化的情况,需要结合其他方法进行分析。最后指出,套管可靠度概率分析方法建立的基础是套管功能函数随机输入变量的统计特征,可信度较高的随机影响因素概率数字特征是该方法计算精度的决定性因素,因此,需要在钻井过程中建立完备的参数统计特征库。     

深水钻井导管及表层套管竖向承载能力分析

根据深水钻井工况和桩基理论,建立导管及表层套管竖向承载能力分析模型,并给出了相应的计算方法。分析结果表明:导管的侧阻力占到总竖向承载力绝大部分比例;在粘土层中,不排水抗剪强度对导管竖向承载能力影响很大;在砂土层中,重度对导管的竖向承载能力影响很大;随着导管入泥长度的增加,导管的竖向承载能力迅速增大;导管直径越大,其竖向承载能力越大;一般情况下导管及表层套管柱组成的组合管柱竖向承载能力都能满足设计要求。     

井眼防碰技术存在的问题及主动防碰方法探讨

意外的井眼交碰会为人类及环境带来潜在的甚至灾难性的后果,为减小此类事故的发生提出了井眼防碰技术,该技术在钻井应用中效果较差。结合井眼轨迹测量及计算理论与实践,对现有防碰技术进行了分析,得出导致井眼防碰工作失败的因素包括施工井随钻测斜数据存在误差,邻井轨迹参数精度低、失真或缺失,轨迹拟合方法过于理想化,防碰扫描方法存在缺陷等4方面。基于低精度的数据,过于理想化的轨迹拟合方法拟合出的井眼轨迹偏离实钻井眼轨迹,防碰扫描出的失真的轨迹间的相对关系难以等同于实钻轨迹间的相对关系。为此,提出了主动防碰理念, 认为主动防碰方法将成为未来井眼防碰技术的发展方向,并列举了3种可能解决防碰问题的主动防碰方案,即声波探测防碰技术方案、电磁波探测防碰技术方案、射线探测防碰技术方案,并就这几种方法的原理及优劣性进行了介绍。     

均匀地应力下水泥环应力计算及影响规律分析

套管试压工况下水泥环受力状态恶劣,容易导致水泥环发生破坏。运用弹性力学理论,对套管试压工况下的套管、水泥环和地层模型计算公式进行了推导,得出均匀地应力条件下水泥环二维应力状态解析解,并对模型进行了有限元数值模拟。分析了套管试压值、地应力、水泥环厚度、水泥石弹性模量、水泥石泊松比等因素对水泥环受力状态的影响规律。分析结果表明,水泥环无论在何种受力情况下,其内径处均易聚集较大应力;水泥环厚度的确定不但要考虑固井顶替效率和固井质量等影响因素,还应考虑水泥环与地层匹配情况以及水泥环可能的受力状况;水泥石弹性模量越小,水泥环受力越小,水泥环也就越安全。该项研究成果对注水泥固井设计及水泥环受力优化具有一定的理论指导意义。     

深水钻井导管和表层套管横向承载能力分析

根据桩基和材料力学理论,建立了适于深水钻井的导管和表层套管横向承载能力分析模型。模型中考虑了深水钻井中横向和竖向载荷的共同作用、可变的管柱抗弯刚度以及管柱与地基间的非线性响应等特征。通过对模型进行数值求解,对不同影响因素下沿管柱的横向位移、转角、弯矩、剪力和地基反力进行了分析,结果表明:载荷对管柱的作用集中在管柱上部较短的一段区域;竖向载荷对管柱横向承载力影响不大;套管下入深度超过一定值后,较大的下入深度对其横向承载能力几乎没有影响;海底浅部地层地基类型对管柱的横向承载能力有一定影响;有必要通过现场取样获得浅部地层的地质资料,对深水钻井井口力学稳定性进行分析。     

海上CO2埋存井井筒温度压力影响因素研究

准确预测CO₂埋存过程中井筒温度压力场以及CO₂的物性参数变化对安全埋存至关重要。为此,建立了埋存井井筒温度、压力与CO₂物性参数的耦合计算模型,计算得到了实例井井筒温度压力分布以及CO₂物性参数随井深的变化规律,并对注入参数对于井筒温度压力分布影响规律进行分析。研究结果表明：井筒内CO₂流体的流速、努塞尔特数和对流换热系数随井深的增加而增大,密度、黏度、摩阻系数、导热系数和普朗特数随井深增加而减小,定压比热容在温度压力综合作用下有一定波动;注入温度对井筒压力和井底温度压力影响很小;注入速率增大会使相同井深处温度降低、压力升高,调节注入速率可以在对压力影响较小的同时有效调节井筒温度分布;注入压力的变化对压力梯度几乎无影响,在压力较大时对温度梯度影响较大,通过调节注入压力可以有效调节井筒压力分布。研究结果可为海上CO₂埋存井井筒完整性的准确评价提供理论基础。     

以井斜趋势角为指标优化防斜钻具设计

应用钻头与地层相互作用模型，综合考虑钻头和地层各向异性、钻头侧向力及钻头转角对井斜的影响，提出了“井斜趋势角”概念。针对各向同性地层，推导了“井斜趋势角”计算公式。分析表明：进行防斜钻具设计、优选钻井参数时，综合考虑侧向力、钻头转角及钻头各向异性等因素对井斜的影响是十分必要的；与“钻头侧向力最大”或“钻头转角最小”等单一指标相比，“井斜趋势角”指标考虑因素更全面、设计(或评价)结果更可靠。