高强度套管在不同钻井液中磨损性能分析

以国内某超深井油田磨损套管为研究对象,使用全尺寸套管磨损试验机,模拟油田钻井工况和钻井液性能,分析几种钻井液下高强度套管磨损的情况。结果表明:在其他条件均相同的情况下,油基、高密度有机盐、高密度饱和盐水、高性能水基钻井液的套管磨损沟槽深度和磨损体积都相差不大;高密度饱和盐水钻井液的初始磨损系数比其他3种钻井液的大,随后急剧下降,最终与其他三种钻井液的磨损系数趋于一致;四种钻井液中,油基钻井液的摩擦因数较小,且相对稳定;重晶石粉的含量过高,磨损后期可能会出现摩擦因数陡增的现象。     

气体钻井预弯曲钟摆钻具控斜的动力学行为

井斜控制困难一直都是制约气体钻井技术发展的难题之一。为此,在研究带预弯结构的井底光钻铤钻具组合(BHA)动力学行为的基础上,基于拉格朗日方程建立了预弯钟摆BHA的非线性动力学模型,由简支梁静态模型求取钻头上的动态侧向力,进而设计、评价不同结构的预弯钟摆BHA在气体钻井中的控斜能力,并进行了现场验证。研究结果表明:(1)合理的预弯钟摆BHA在气体钻井中可以提供较大的动态降斜力,从而发挥出很好的降斜效果,当预弯短接弯角为0.75°时,BHA形心运动的最大半径较小,说明0.75°的弯角时BHA具有最佳的稳定性;(2)当钻头与近钻头稳定器之间为两根钻铤时,BHA的运动稳定性大幅提高,基本上处于井眼中心,这对于井眼质量控制十分有益;(3)所设计的预弯钟摆BHA在现场应用中能够较好的控制气体钻井井斜。结论认为,预弯钟摆BHA的动力学控制方程能够很好地描述预弯结构的运动特征,所设计的预弯钟摆BHA不仅适用于常规地层,而且在非均质性较强的砾石层钻井中控斜效果也同样显著;该研究成果对于气体钻井低成本控斜技术发展具有很好的推动作用。     

各向异性油藏倾斜裂缝水平井非稳态压力模型

由于地质沉积过程中岩石颗粒大小取向不同,导致大部分油藏都是各向异性油藏;各向异性油藏又会导致水力裂缝与水平井筒之间存在一定的倾角。但目前压裂水平井非稳态压力模型大都在各向同性油藏裂缝垂直井筒前提下建立的。为解决现场实际问题,首先通过坐标变换将各向异性油藏等效转换为各向同性油藏,之后基于Ozkan源函数应用坐标平移及坐标旋转原理,建立考虑裂缝与水平井筒之间存在任意倾角的分段压裂水平井非稳态压力模型。经计算,当裂缝与平面最大渗透率夹角为90°时,渗流阻力最小;夹角在50~90°变化时,倾角的改变对分段压裂水平井压力影响较小。随着裂缝间距的降低,第一径向流逐渐消失,试井曲线会出现"驼峰"状凸起。     

巨厚砾石层气体钻井井筒不规则性对井斜的影响研究

直井易斜和下套管困难是巨厚砾石层气体钻井存在的2个亟需解决的问题。现场测试数据表明,即使使用普遍认为具有较好控斜效果的空气锤钻井技术,井斜控制依然困难,且井筒的规则性很差,这很难用现有的控斜理论解释。现有底部钻具组合（BHA）受力模型均未考虑井筒的不规则性,都假设井筒光滑规则。为此,基于现场实测数据,利用有限元方法建立了BHA与不规则井筒相互作用的力学模型,分析了井筒不规则性对BHA受力特征的影响。模型分析表明,不规则井筒易形成附加支点,缩短有效钟摆长度,使降斜力大幅减小,甚至可能使钻头侧向力成为增斜力,造成井斜控制失败。实例分析证实,巨厚砾石层采用气体钻井时,预弯钟摆BHA所钻井筒相对较为规则,控斜效果好,下套管作业顺利。现场实测数据间接证明了井筒不规则性对井斜存在重要影响,BHA力学分析时应考虑井筒的不规则性。      

连续管钻井电液定向装置工具面调整方法

针对连续管钻井过程中工具面难以及时摆正的问题,研究了连续管钻井电液定向装置工具面调整方法。在设计连续管钻井电液定向装置结构的基础上,应用空间圆弧轨迹矢量描述方法,按照工具面调整方式及该电液定向装置的结构特点,提出了适合该装置调整工具面的方法,并建立了滑动螺母运动位移与工具面调整角度的函数模型。研究发现,控制滑动螺母在一个行程（0~110 mm）内往复轴向移动,可带动定向装置中的螺旋芯轴双向旋转工具面;工具面角在0°~360°范围内变化时,滑动螺母运动位移与工具面角调整量呈“折线”关系,且在每条“折线”的两斜直线段上,滑动螺母运动位移随工具面角调整量均呈线性增加关系。研究结果表明,该新型连续管钻井电液定向装置的工具面调整方法切实可行,有助于提高连续管钻井效率,有利于推动国内连续管钻井技术的研究与应用。      

干井筒下套管作业时的最大允许遇阻载荷分析

砾石层段气体钻井时,易在井壁形成台阶和凸起,使套管下入过程中容易遇阻。一旦遇阻,常采用降低悬重的方法来提高套管底端对遇阻物的作用力,达到消除阻碍物目的。此时套管柱就成为一个具有超长细比特征的连续体遇阻问题,一旦遇阻载荷突然释放,将会在套管中形成动态冲击载荷。在干法固井（井筒内为气体）的条件下,钻机的额定悬重余量很小,这种附加动载将会造成很大的作业风险。本文在连续体及多自由度管柱振动分析的基础上,考虑干法固井特点,推导了套管柱振动的解析模型,分析了套管纵向振动的振型及动态载荷特征,研究了参数影响规律,得出了附加动载计算模型。这对于指导实际套管下入参数控制,保证固井作业安全具有十分重要的意义。     

生产管柱泄漏气井油套环空起压模式对比

生产管柱泄漏是诱发气井油套环空(以下简称环空)带压的主要原因之一.为了弄清典型环空起压模式的特征和风险,文中建立了基于气体PVT性质和体积相容性原则的环空压力计算模型.研究结果表明:因浅层生产管柱泄漏,气井环空压力呈现出上升速度快、上升周期长和压力高的特点;泄漏点孔径的增加将导致泄漏速率和压力上升速度大幅增加,大孔浅层泄漏具有压力高、速度快、气体体积大的特点,风险最高,而小孔深层泄漏风险最低;同一深度泄漏点,无因次环空压力上升周期与无因次泄漏点孔径呈幂函数关系,可用于快速判断泄漏程度;根据最大允许环空压力、关井状态下的生产管柱内及环空压力分布,可确定泄漏深度阈值,防止在该深度以浅发生泄漏,从而避免环空压力超过最大允许值.     

PDC钻头防泥包性能数值模拟研究

为量化研究水力因素对PDC钻头防泥包性能的影响规律,针对现场常用PDC钻头建立了三维流域模型,将岩屑视为从井底面射入流场的球状颗粒,基于CFD离散相模型(DPM)对固相颗粒运动进行追踪,将钻头体DPM边界条件设置为"trap(捕获)",用岩屑颗粒捕获率作为泥包概率的评价参数。数值模拟发现,岩屑颗粒在井底流场中的输运是沿程存在碰撞与反弹的不规则三维运动;当岩屑颗粒粒径小于1.0 mm时,其捕获率随粒径增大而减小;当岩屑颗粒粒径大于1.0 mm时,其捕获率随粒径增大而增大;喷嘴尺寸从8.0 mm增大至16.0 mm,岩屑颗粒捕获率逐渐增大;与五喷嘴相比,七喷嘴的岩屑颗粒捕获率更小;相对于不等径喷嘴组合,等径喷嘴组合方式情况下的岩屑颗粒捕获率更小。研究结果表明,岩屑颗粒捕获率随喷嘴尺寸增大呈线性增大,随喷嘴数量增大呈线性减小,随刀翼宽度增大呈线性增大,随刀翼高度增大呈线性减小。基于DPM的钻头井底流场数值模拟为PDC钻头防泥包性能研究提供了新的思路,可以为钻头防泥包设计提供理论指导。