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作者利用有限元方法开发了一种计算机程序,模拟滑动钻井时井眼钻柱的弯曲形状,以钻柱的“准螺旋”理论来判断钻井液在这一井段携砂的 难易程度。并结合流体力学方法,预测严重沉砂井段及一般沉砂井段的位置。这种预测方法可以作为钻井时防止井下事故的辅助手段之一。程序在海上油田进行了验证,获得了较满意的结果。此程序的编制算法已申报了国家发明专利。     

水平井钻井液技术研究

水平井钻井施工过程中,在水平段存在静态悬砂、动态携砂问题,在井眼易形成岩屑床,影响井下安全及正常钻进,因此开展水平井钻井液技术研究解决这一问题十分必要。     

大斜度井偏心环空钻柱旋转对岩屑运移的影响

在钻井过程中,当液流速度小于岩屑悬浮运移速度时,岩屑容易在大斜度井段沉降并形成岩屑床,导致钻柱卡钻、高摩阻和扭矩、低机械钻速等问题。建立大斜度偏心环空三维物理模型,采用结构网格划分环空流体域,用滑移网格模拟钻柱旋转。基于欧拉固液两相流模型和Realizable k-ε紊流模型,考虑钻井液对岩屑的举升力、岩屑加速产生的虚质量力以及固液间的动量交换,模拟了钻柱旋转条件下井斜角、岩屑注入浓度、钻井液速度和黏度对岩屑运移的影响。研究表明：钻柱旋转使得岩屑床床面沿旋转方向倾斜,沿井眼呈不对称分布状态,并能够显著减小环空岩屑浓度,其变化幅度受钻井液入口流速、井斜角、钻井液黏度和岩屑注入浓度的影响,但当转速达到某一临界值后,旋转作用效果将减弱。研究结果可为采取合理措施提高岩屑运移效率提供参考。     

存在岩屑床的水平环空钻井液紊流CFD模拟

在钻井过程中,由于钻井液携岩效率的限制,在水平井段极易形成岩屑床。利用CFD(计算流体动力学)软件来模拟环空成床后的钻井液紊流流动规律,模拟结果与已发表的实验数据对比,验证了所选模型的正确性。环空岩屑床的存在将减小流核区的速度,但会增加岩屑床面附近的速度,有助于床面岩屑起动;增加岩屑床高度,环空摩擦压降会减小;随着岩屑床壁面粗糙度增加或岩屑床高度减小,钻井液流动时作用在床面上的切应力减小,不利于床面岩屑的起动;且在钻柱与床面交汇处容易形成屏蔽效应。     

水平井中利用钻柱旋转作用清除岩屑床的数值模拟

岩屑床清除困难是大斜度、大位移定向井和水平井钻井普遍存在的问题。除环空钻井液返速、钻井液密度外,钻柱的旋转作用是清除岩屑床的一个重要因素。采用计算流体动力学(CFD)仿真模拟技术对钻柱旋转作用下的钻井液流动特性进行了研究,从速度场、流线图、压力场方面对模拟结果进行了分析,结果表明:在钻柱旋转的作用下,钻井液在靠近低边小环空处的轴向速度和切向速度都随着钻柱转速的提高而增大;切向速度的增大有利于将沉积在井眼低边的岩屑带入大环空,而大环空处较大的轴向速度则将更多的岩屑带出井眼。同时,存在一个临界速度,当转速超过这一速度时,旋转作用对岩屑床清除的影响程度将降低。     

冀中地区大位移定向井无荧光钻井液技术

大位移定向井钻井液技术 1.井眼净化 大位移定向井斜井段岩屑容易下沉,在井壁形成岩屑床,使用正电胶钻井液可以提高钻井液的携砂能力。室内试验及现场应用表明,钻井液中正电胶干剂含量在0.2％—0.3％时,钻井液的动切力为3—9 Pa,塑性粘度为10—18 mPa·s,能有效地解决大位移定向井携砂及岩屑床的问题。     

泡沫质量和环空返速对泡沫携岩能力影响的数值模拟

尽管泡沫钻井具有较强的携岩能力，但在水平井钻井过程中，环空内依然存在岩屑传输困难的问题，有效降低或消除岩屑床是成功钻进的关键。根据质量守恒定律和动量守恒定理，运用计算流体力学软件FLUENT求解器，针对环空中泡沫和岩屑的混合流动过程进行了数值模拟，得到了偏心环空中不同泡沫质量和环空返速条件下岩屑床高度的变化规律，并与常规钻井液的携岩能力作了对比。研究结果表明:泡沫钻井液具有较强的携岩能力，在水平段所形成的岩屑床高度低于常规钻井液条件下的岩床高度，泡沫质量和环空返速对岩屑运移具有较大影响。     

环保可降解携砂技术破解深井／水平井携岩清砂难题

在大斜度井、水平井以及深井小井眼钻井过程中,钻井液难以高效携岩实现井眼清洁,会引起摩阻、扭矩增大,存在卡钻风险;岩屑被钻具反复研磨,导致钻井液劣质固相含量增加,影响流变性能。而常规重稠浆举砂清砂效率低,影响钻井液性能。随着水平井段长度延长,井眼清洁问题已成为制约长水平井勘探开发的瓶颈技术之一。亟需开展攻关。 1 . 创新研发 针对钻井液携岩困难的技术难题,创新研发钻井液环保可降解携砂剂并形成配套技术。环保可降解携砂剂可无害化降解,EC50≥ 30 000 mg /L;120 ℃下降解率达 90% 以上;对原钻井液性能参数影响小于 5% ; 浓度 0. 2% 携砂剂可使岩屑沉降速率降低 80% 以上,有效阻滞了岩屑沉降。     

大斜度井保持井眼清洁的有效方法

大斜度钻井过程中,钻屑在40～60°井段易堆积形成岩屑床,对井下安全危害极大,容易引发憋钻和卡钻事故。解决大斜度钻井中岩屑床的堆积,不应只考虑清除钻屑的问题,重要的是如何清除井眼低端的钻屑沉积床。进行钻井排量设计时经常使用不合理或不完整的数学模型以及使用高粘度的钻井液清洁井眼,使清洁井眼工作变得更加困难。而使用重塞钻井液可有效地破坏已形成的岩屑床。“重塞”在环空中可产生异乎寻常的“射流”把钻屑由井眼低端驱走,并且加重的钻井液可以产生更高的浮力,也有助于驱动井眼中的钻屑和淤泥。提出了重塞钻井液的设计方案,并提出了相应的建议。     

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。     

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井眼净化,是大位移钻井的关键技术之一;大位移井中,岩屑床是制约井肯净化的关键蝇水力、钻井液流变参数外,钻柱的旋转作用是清除岩屑床的一个重要因素。通过对钻柱旋转作用下的人流场的研究和分析,揭示了钻柱旋转对清除岩屑床力学机理,即旋转作用使呈现波动形式,产生了有利于清除岩屑的循环力和陀螺力。波动的压力使岩屑床趋于非稳定,而循环力和陀螺力则对岩屑床产生搅动和支承作用,便于环空上返流速对岩屑的携带。并以国内     

"两速"对大斜度井井眼净化的影响

井眼净化,是大斜度井的关键技术之一;大斜度井中,岩屑床是制约井眼净化的关键性因素。影响井眼净化的因素除井眼几何特性、钻井液流变性、岩屑特征等外,钻柱转动速度和环空钻井液的返速也是影响岩屑床生成和清除的关键因素,同时这两个因素相互关联共同对井眼净化作出贡献。更重要的是这两个因素在钻进过程中可得到快速控制,具有立竿见影的效果,明确这“两速”对井眼净化的机理及合理控制这两个因素,对井眼净化具有重要意义。文章通过对钻柱转动和环空返速大小对岩屑运移和岩屑床的清除的机理分析,结合实践得出大斜度、大位移井中最佳钻柱转速和环空返速的经验值,便于施工中岩屑的有效携带,达到高效井眼净化的目的。     

HRD弱凝胶钻开液的研究与应用

HRD弱凝胶钻开液是一种新型无粘土相水平井钻开液，它所形成的弱凝胶具有独特的流变性，表观粘度低、动塑比高、低剪粘度高、静切力恢复迅速、无时间依赖性，具有很好的动态携砂和静态悬砂能力，能有效地克服水平井或大斜度井段携砂难、易形成岩屑床等问题。同时该体系在低剪切状态下具有高粘弹特性，可减少钻开液中固相和液相对储层的损害，有利于储层保护。在冀东油田水平井应用时，井壁稳定、可有效抑制岩屑床的形成，井眼畅通保证了钻井和完井作业的顺利进行。     

钻井岩屑床搅拌器

本发明涉及一种钻井岩屑床搅拌器，它是一个带有贯通孔的圆柱状体，其端接头带公扣，另一端为母扣，该搅拌器内孔壁表面呈连续的圆弧、直线、抛物线状，外体带有螺旋翼片，搅拌器外径与井壁内径之差为10～35mm之间。该装置在大位移或大斜度井的钻井中，可防止井内因岩屑沉积在井眼低部形成岩屑床，出现卡钻、停钻现象，并克服了因岩屑造成井眼缩径的问题，因而使用该项工具大大改善了钻井过程中岩屑的悬浮状态，防止其沉积而影响钻进。本实用新型结构简单、使用方便，使用中只需接于钻杆之间便可将钻井液中岩屑顺利排出地面。     

“两速”对大斜度井井眼净化的影响

井眼净化,是大斜度井的关键技术之一。大斜度井中,岩屑床是制约井眼净化的关键性因素。影响井眼净化的因素除井眼几何特性、钻井液流变性、岩屑特征等外,钻柱转动速度和环空钻井液的返速也是影响岩屑床生成和清除的关键因素,同时这两个因素相互关联共同对井眼净化作出贡献。更重要的是这两个因素在钻进过程中可得到快速控制,具有立竿见影的效果,明确这"两速"对井眼净化的机理及合理控制这两个因素,对井眼净化具有重要意义。通过对钻柱转动和环空返速大小对岩屑运移和岩屑床的清除的机理分析,结合实践得出大斜度、大位移井中最佳钻柱转速和环空返速的经验值,便于施工中岩屑的有效携带,达到高效井眼净化的目的。     

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。     

欠平衡水平井王平1井饱和盐水水包油钻井液技术

王平1井是江汉油田的第一口中曲率水平井，储层岩性为盐间非砂岩层，水平井段采用欠平衡钻井技术。该井钻井液技术难点为：抑制岩盐析出，防止井径扩大；井身设计为“马鞍”型，且靶区共有5个靶点，使得钻柱与井壁的接触更加紧密，摩阻与粘附力增大；大斜度井段和水平段的携岩问题和井眼的清洁问题较为突出；如何降低饱和盐水钻井液的密度，满足欠平衡钻井施工的要求，保护好油气层，是该井能否钻探成功的关键。应用结果表明，饱和盐水水包油钻井液有效地抑制了盐岩层的溶解和坍塌，保证了井眼轨迹的平滑，而且钻井液润滑性能好，起下钻、电测和下套管作业均畅通无阻；由于应用了新型处理剂PMPH，保证了钻井液具有较高的切力，增强了悬浮和携带岩屑的能力，避免了岩屑床的形成；钻井液密度始终在1．35－1．51g/cm^3范围内，满足了欠平衡钻井对密度的要求。王平1井投产后初产量为65t/d，稳产量为12．2t/d。     

侧钻井钻井液携屑能力试验研究

利用全尺寸携屑模拟实验装置进行了携屑试验,得到了侧钻水平井井眼内岩屑的运移规律,指出了环空岩屑成床的临界环空返速为0.85~1.2 m/s,形成岩屑床的临界井斜角为40°~60°。提出了衡量钻井液携屑能力的参数及指标,评判出钻井液携屑能力的参数临界值为1.5。推荐了现场施工的环空返速范围为1.2~2.0 m/s,钻井液性能参数设计应满足携屑能力参数≥ 1.5为宜。大庆油田的施工实践,证明了文中结果的正确性。     

气体钻井岩屑遇水黏附现象与对策研究

气体钻井钻遇地层水时，泥页岩岩屑形成黏附岩屑床，导致注气压力升高、钻柱转矩增大，甚至卡钻。通过实验模拟水平段岩屑起动和气体携水过程，研究了岩屑黏附机理、影响因素和控制方法。结果表明：大量岩屑在下井壁缓慢移动，水呈液膜状贴井壁流动并伴随悬浮液滴，部分粒径岩屑受毛细管力黏附导致无法起动；小出水量时，可提高钻速减小液固比，使岩屑床处于固态，不易黏附；大出水量时，可控制钻速使环空液固比升高，则岩屑与水的混合物处于流动状态，以避免黏附。该研究成果为遇水情况下气体钻井的顺利进行奠定了技术基础。     

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。