冀东油田大斜度井及水平井岩屑床厚度分析

针对冀东油田在大斜度井及水平井钻井过程中岩屑颗粒易在井壁低边堆积形成岩屑床、造成井下复杂情况并影响后续作业这一问题,对井下环空岩屑床形成与否及厚度大小、影响钻井液携岩效果的主要因素如井斜角、钻井液环空返速及性能、钻杆偏心及旋转等问题进行了研究,建立了环空岩屑床厚度计算模式,并用该模式对冀东油田高104-5平56井进行了具体分析。分析表明:该井二开钻进时预测最小排量与实际排量接近,钻进过程比较安全;三开钻进时上部二开井段实际排量远低于预测最小排量,致使该段岩屑床厚度达到危险情况。建立的岩屑床厚度计算模式的计算结果与实际情况比较吻合,该模式的应用可为现场施工人员了解井下岩屑床厚度提供参考。     

钻具旋转对泡沫钻井岩屑运移规律影响的研究

考虑了气体溶解度对泡沫状态方程的影响,建立了钻具旋转作用下的水平环空岩屑床厚度预测模型,用于预测不同钻具旋转速度、偏心度、泡沫质量和流速下的岩屑床厚度、岩屑浓度和摩擦压降;并利用数值模拟的方法,研究了钻具旋转作用下的岩屑运移规律。研究结果表明,钻具旋转使泡沫流体速度重新分布,有利于岩屑床的破坏,显著降低环空中岩屑浓度,大大改善井眼清洁状况。     

水平井段钻井液携带岩屑的实验研究

采用八种不同流体作为携带岩屑的介质,利用正交设计法安排实验,对水平井段同心环空和偏心环空中钻井液携带岩屑的问题进行了实验研究.全面考虑了环空流体返速、钻具旋转、钻具与井限间的偏心度、钻进速度、岩屑粒径及泥浆性能对岩屑运移的影响.得到了影响岩屑运移的主要参数和次要参数,以及各因素间交互作用的影响,建立了水平井段岩屑床厚度的经验模式.利用7口水平井资料对模式进行了验证,提出了以2cm岩屑床厚度作为安全钻进时的合理厚度,并依次求出了合理环空返速的大小.结合现场实际情况及理论研究成果,推荐了水平井洗井措施.     

管内转向径向水平井携岩规律数值模拟

为了对管内转向径向水平井携岩规律进行研究,根据流体力学理论建立了管内转向径向水平井携岩过程的数学模型和物理模型,采用数值模拟方法研究了流量、钻速和井径等参数取不同值时,环空截面混合流体速度分布规律和岩屑体积分数分布规律。分析结果表明,随着流量的增大,混合流体紊流强度增强,悬浮层内岩屑体积分数增大,固定床层内岩屑体积分数减小,岩屑床总高度降低,偏心环空内高速流核区范围增大;随着井径的扩大,岩屑在偏心环空上的非均匀性增强,偏心环空底部岩屑床高度增加,偏心环空中高速流核区减小,零速度区范围逐渐增大,混合流体平均流速减小。     

空气水平井中钻柱冲蚀模型与分析

空气钻水平井中,水平段携岩是一技术问题,但携带岩屑颗粒的高速气体对水平段钻柱的冲蚀也非常引人关注。利用计算流体动力学（CFD）软件计算了给定偏心距条件下水平井水平段环空中气体的速度分布和环空中岩屑的运移轨迹。通过分析了岩屑对钻柱及下井壁的冲蚀,给出不同偏心距下岩屑对钻柱的冲蚀速率,从而定性上得到岩屑颗粒对钻柱的冲蚀规律。结果表明,大环空中空气流速随着计算段长度的增大而增大,小环空中则呈现相反的规律;小部分岩屑将滞留在小环空中;岩屑对钻柱的冲蚀速率随着偏心距的增大而增大,而且偏心距在0.04m～0.06m范围内冲蚀速率达到最大。     

大斜度井环空岩屑床厚度评价技术及其应用

大斜度井段和水平井段极易在钻井过程中形成岩屑床，为解决定向井井眼净化问题，在考虑钻杆旋转、钻井液性能和岩屑颗粒尺寸等多种因素的基础上，推导出了一套适合大斜度井、水平井的无岩屑沉降的环空临界返速模型。在此基础上，修正了环空岩屑床厚度评价模型。利用该模型对冀东柳103-平1井环空岩屑床厚度进行了评价。结果表明，该井在井斜角为66°左右时岩屑床厚度达到了最大，但没有达到发生复杂事故临界点。实践表明：该方法可为现场工程师在大斜度井段和水平井段水力参数的设计提供指导，能有效避免钻井复杂事故。     

基于漂移流动模型的水平井岩屑床高度瞬态计算新方法

水平井已成为常规和非常规油气资源开采的常用井型,但水平井钻井过程中造斜段与水平段环空极易堆积形成岩屑床,为避免岩屑床沉积所导致的埋钻、卡钻事故,需要对环空中的岩屑床高度进行实时准确预测。为此,基于漂移流动模型建立了环空固液两相瞬态运移模型,应用基于交错网格的有限体积法对环空进行离散化,并采用投影方法进行数值求解。研究结果表明：(1)投影方法可以应用于环空固液两相流瞬态计算当中,且求解效率高于传统的压力—速度耦合算法;(2)岩屑进入环空后,首先在钻头处形成稳定岩屑床并逐渐向出口方向延伸,由于岩屑运移所产生的阻力远高于钻井液流动阻力,岩屑体积分数较高的井段环空压耗大幅增加;(3)环空中形成稳定岩屑床的时间主要受排量影响,低环空排量形成稳定岩屑床的时间较高环空排量所需时间更长;(4)通过与稳态岩屑床高度模型进行对比,所建立模型可满足实钻过程中的工程需要,且准确性可靠。结论认为,建立的模型用于预测大斜度井段岩屑床瞬态高度,计算效率较高,能够为水平井岩屑床高效清除与卡钻事故风险预测提供一定的理论指导。     

连续油管钻水平井岩屑运移规律数值模拟

连续油管钻水平井过程中,井底岩屑在重力作用下容易沉积在井壁下侧,形成岩屑床;连续油管又受到排量小、钻柱无法旋转等因素限制,造成井眼净化效率较低。针对这一问题,在欧拉坐标系下考虑相间滑移速度和颗粒流的影响,建立了微小井眼水平井岩屑运移的混合物漂移模型,采用Realize κ-ε湍流模式及SIMPLEC算法进行数值计算,研究了钻井液排量、环空偏心度、岩屑直径、井斜角和钻井液黏度等参数对偏心环空岩屑运移的影响,得到了各种条件下环空岩屑速度和浓度的分布规律。研究表明:随着钻井液排量增大、环空偏心度减小、岩屑直径减小、井斜角减小及钻井液黏度提高,连续油管水平井岩屑运移效率提高。      

泡沫钻水平井岩屑颗粒的运移规律研究

水平井岩屑大量堆积会引起摩阻和扭矩增加,还可能出现许多复杂问题,严重时会出现卡钻事故,甚至影响后续作业.为了研究大斜度及水平井中岩屑的输送规律,文章基于泡沫流体的特殊流变模型,建立了垂直/近垂直段、过渡段和大斜度/水平段岩屑输送的数学模型,并对岩屑床厚度随井斜角的分布特征以及不同泡沫流动参数对环空岩屑床厚度的影响规律进...     

斜井和水平井钻井环空流核区及速梯区中岩屑的运移研究

长期以来，斜井和水平井的环空岩屑运移问题制约着斜井和水平井钻井，国内外学者在这方面做过大量的实验和理论研究，以液/固两相流为基础的理论模型在不断的发展。文章采用了新的研究方法，取岩屑颗粒单元为研究对象，通过分析偏心环空中流核区及速梯区岩屑颗粒的主要受力，来预测岩屑颗粒的运移趋势，通过数值计算，分析了井斜角、岩屑密度、钻井液返速对流核区中岩屑运移的影响、钻井液返速对速梯区中岩屑运移的影响及旋转钻柱能提高岩屑运移行程的机理，得出了一些对解决斜井和水平井钻井的环空岩屑运移问题有重要意义的结论。     

A Study on the Thickness of a Cutting Bed Monitor and Control in an Extended Reach Well

Abstract

Based on solid–liquid flow mechanics, considering the interaction between layers, the slip between solid and liquid phase, and the effect of drillpipe rotation, a dynamic three-layer cutting transport model was developed. By orthogonal experiment regression, a formula for calculating the thickness of the cutting bed was developed that is suitable for field application. The dynamic thickness of the cutting bed can be predicted by measured equivalent circulating density (ECD). Research has shown that the field equipment cannot attain the capability to keep the borehole clean, and when the thickness of the cutting bed exceeds 10%, a flushing method must be used to keep the borehole clean.     

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低渗透煤层中的煤层气抽放是一个世界性难题，目前尚没有有效的解决办法。文章针对低渗透煤层提出了采用水力割缝技术提高煤层渗透性的方法，介绍了特大煤样条件下的钻孔和水力割缝两种排放煤层气的对比试验研究。试验结果表明：煤样的煤层气排放符合艾黎经验公式，可以使用该公式对煤层中的煤层气排放进行预测。与钻孔排放相比，水力割缝排放煤层气，会随埋深不同而发生不同程度的煤层气突出，从而提高煤层气的排放速度和排放量，缩短排放时间。相同埋深的煤层，割缝后，煤层气初期排放速度急增，约为钻孔的2～2.5倍；随着煤层埋藏深度的增加，水力割缝对提高煤层的渗透性作用越明显。这些结论对低渗透煤层的煤层气抽放与开采有参考价值。     

对焊管张力减径切头尾长度计算方法的探讨

管端增厚是张力减径过程的固有特点 ,任何一组张力减径机的切头尾都有其自身的规律 ,在切头尾时应根据本身情况自行总结切头尾长度 ,不必照搬公式。介绍了本公司张力减径焊管切头尾长度的计算方法     

大斜度井两层稳定模型岩屑传输规律研究

根据质量守恒定律和动量定理,建立了考虑悬浮层颗粒扩散、岩屑床中流体压力降的大斜度井中两层稳定岩屑传输数学模型。从环空返速、井斜角、岩屑床分数以及岩屑床中流体流动的附加压力降等方面进行了模拟研究,研究结果表明:岩屑床分数的增加、环空返速的提高有利于岩屑颗粒悬浮;随井斜角增加,悬浮层颗粒浓度减小;岩屑床面积较大时,进行大斜度井水力学设计时应考虑岩屑床中的流体压力降。     

页岩气水平井井眼清洁评价研究

川渝地区页岩气水平井环空岩屑浓度增加和岩屑床的产生会使井眼清洁程度变差,导致卡钻等事故,需要加快井眼清洁评价方面的研究。鉴于此,根据页岩气钻井现场所用油基钻井液数据,利用切应力误差法和相关系数法优选出适用于该地区的油基钻井液流变模式——卡森模式,建立了环空岩屑颗粒启动临界流速模型和岩屑床厚度分布模型。以CNH17-2井为例,采用本模型计算分析了起下钻和倒划眼工况下岩屑床厚度的变化规律。研究结果表明,随着井斜角增加,环空岩屑床厚度先增大后减小,在井斜角10°~20°井段岩屑床厚度趋于0,在井斜角60°~70°井段岩屑床厚度出现最大值;倒划眼操作后,岩屑床厚度可减小50%以上。优化井眼轨迹、适当进行倒划眼操作能有效提高井眼清洁程度,降低沉砂卡钻等风险。     

岩屑床破坏工具流场的数值模拟

岩屑床破坏器是一种有效的斜井岩屑床破坏工具，具有水力和机械双作用破坏、清除岩屑床的特点。为了对岩屑床破坏器产生的钻井液流场有一个全面、准确的了解，应用计算机流体动力学（CFD）分析软件对其流动进行了数值模拟研究，给出了湍流模型、模型数值解法、模型的网格划分及边界条件，并从速度场、压力场、流线图三方面对数值模拟结果进行了分析，这为岩屑床破坏器的结构优化设计、制造及现场应用提供了必要的理论技术支持。     

春光区块薄储层地震响应特征的模型正演分析

使用春光区块砂泥岩的速度、密度参数,建立了调谐楔形储层模型并进行了正演分析,明确了春光区块沙湾组储层的地震响应特征。理论计算与模型正演证明,沙湾组薄储层的调谐厚度约为8.7m,当储层厚度大于8.7m时,储层的顶界、底界基本可以标定在最大波谷、最大波峰,视厚度与真厚度基本相当或相等;当储层厚度小于8.7m时,薄储层的顶界、底界的标定位置向零相位发生漂移,视厚度显著大于真厚度,振幅强度与真厚度为正相关的关系。这些结论对储层精细标定、储层追踪、储层厚度预测、振幅属性解释等具有参考价值。     

大位移井岩屑床危害及处理措施研究

在钻井过程中钻头破碎岩石所产生的大小、形状各异的岩屑颗粒堆积在井底,如不及时清理将会使钻头重复破碎,影响钻井速度,增加钻井成本。在大斜度、大位移井中,钻头破碎的岩屑易在井中形成岩屑床,导致钻井过程蹩泵、蹩钻甚至卡钻,因此,井眼净化是钻大斜度井的关键技术。在分析岩屑床的成因及危害的基础上,分析了井斜角、环空返速、钻井液性能、钻井液流态、钻具旋转等因素对携带岩屑效果的影响,提出了一些有效预防和解决高难度定向井携岩问题的办法和措施,指出最有效的方法应是适当地利用大排量、改善钻井液性能和借助岩屑床清除工具等相结合的综合措施除岩。     

薄储集层的反射特征和定量解释方法

本文在详细分析均匀介质和薄砂泥岩互层中不同碳酸盐岩的反射特征基础上,提出调谐厚度是划分薄层和厚层的分界点。薄层与厚层能产生不同的波形特征,确定它们的厚度应有不同的定量解释方法。这里主要研究薄层,利用复合反射波的振幅与薄层厚度为近似线性关系的特点,制定了薄层定量的解释方法。在多层储集层的情况下,只要其垂向分布范围在调谐厚度以内,应象单个薄层一样,也能利用复合反射波振幅求得多层储集层的总厚度。在利用振幅信息研究薄层时,频率信息也是一种重要补充。最后用大王庄地区LL-939地震剖面为例,对沙三段上部碳酸盐岩的厚度进行了定量解释,证明这种定量解释方法是可行的。