气体钻与泥浆钻全井段钻柱动力学对比研究

全井段钻柱在井内运动过程是一个非常复杂的非线性动力学问题，不可能得到比较完美的解析解，如果采用室内试验或者现场试验研究，其成本又会很高且很难实现。因此，在弹塑性力学、岩石力学和钻柱力学的基础上，以四川某井基本钻井参数和钻具组合为依据，采用有限元法建立了塔式钻具钻至1486m井深时的全井段三维钻柱模型和相应的井筒模型，并且建立了钻头与岩石以及钻柱与井筒之间的随时间变化且有摩擦系数的接触关系和相对应的泥浆钻井模型，对比分析了钻柱在动态钻进过程中的井口参数、钻头上压力和转动速度以及全井段钻柱的弯矩扭矩变化等结果，得出气体钻井与泥浆钻井全井段钻柱的运动规律以及钻铤失效机理的差异。为认识气体钻井全井段钻柱的运动规律提供了新的研究方法，对气体钻井中钻柱力学、井斜控制和设备等方面的研究都有较好的现实意义。     

预测钻井过程中井内温度分布的新模型

在钻井过程中,井内温度分布对钻井作业有较大的影响。在前人研究的基础上,考虑各种因素的影响,根据能量守恒原理,建立了循环和静止过程中井内温度分布的预测模型,并用有限体积法实现了该模型的求解。最后用现场试验数据对模型模拟结果进行了验证。该模型可用于计算井内钻井液的循环温度和静止温度,也可用于确定井眼周围地层的温度分布。     

油气深井随钻扩眼钻柱扭转振动分析

针对深井、超深井、高压油气井等钻井作业中安全高效的扩眼问题，研究随钻扩眼钻具组合在井下的实际受力情况，对随钻扩眼钻进钻柱扭转振动进行了三维有限元模拟，提出了研究扩眼器的质量偏心、钻机顶部支撑等因素对扭转振动作用的力学分析模型，并讨论了随钻扩眼钻具组合的扭转振动频率和动力学强度等力学问题。通过分析提出了在实际施工作业中减少扭转振动带来危害的技术措施，为油气深井高效随钻扩眼的钻井参数的优化和安全钻进提供了理论基础和参考依据。     

低渗透气田经济极限储量界限研究

根据盈亏平衡分析,结合天然气开发企业的特点,考虑了收入、成本费用、投资等经济参数,建立了天然气经济极限储量评价模型。利用模型,通过试算得到了在一定内部收益率的条件下,天然气价格、井深与经济极限储量之间的关系,同时探讨了不同内部收益率下的经济界限值。选择了某低渗透气田的10 个井区进行了实例分析,把这10 个井区根据经济效益的好坏分成了3 类,最后利用这10 个井区的计算结果进行回归,得到了含气面积与经济极限储量成幂指数关系的结论。因此,根据一个井区的井深和含气面积就可以粗略的估算经济极限产量和经济极限储量,为天然气经济效益储量评价方法提供了一种新思路。     

我国海上油田钻井完井投资测算方法研究

本文分析了我国海上油田钻井完井投资测算的现有方法,针对存在的问题和不足,从内生变量的选择、相关系数、变量的影响程度等方面进行分析研究,提出以作业周期、井深、水深三个因素进行测算的新方法。     

低压及欠平衡钻井中注气量对井内压力的影响

以多相瞬变流理论为基础,建立了井筒内气液两相流动模型,并对低压欠平衡钻井中注气量对井内压力的影响关系和规律进行计算和分析。计算分析结果表明,注气量对井内压力的影响除与注气量本身大小有关外,还与井深、井眼与钻柱结构尺寸、井内液相流量和性质等因素密切相关。单纯增大注气量并不一定就必然会导致井内压力的降低,这取决于所给条件下构成井筒内气液两相流体的静液压力和流阻间的平衡关系。介绍的模型及方法对确定低压欠平衡钻井过程中各相关参数、地面压缩机组的配置、以及设计方案等有一定指导意义。     

井下流量测量装置在MPD系统中的应用研究

在常规钻井和欠平衡钻井的基础上发展起来的控压钻井（MPD）技术已经在国内外一些地区的实际应用中取得了良好效果。介绍的井下流量测量装置采用节流压差法,接在近钻头处,能够随钻监测井下环空流量,并通过随钻测量技术（MWD）把数据及时传至地面进行分析处理,可以及早发现溢流或井漏等井下复杂情况。该技术与现有控压钻井系统结合,能够显著提高系统的控制精度和可靠性,从而提高钻井的安全性及降低钻井成本,为安全可靠地进行控压钻井提供保障。     

深水钻井钻遇水合物地层井壁稳定性研究

深水浅部地层钻井过程中易钻遇天然气水合物,由于其易分解的特性,使得水合物层在钻井过程中极易出现井壁失稳。本文通过Abaqus有限元软件,建立了考虑水合物分解的多场耦合井壁稳定模型,分析了钻井时间、钻井液温度、海水深度对井壁稳定的影响。结果表明:钻井工程的扰动会导致水合物的分解,造成地层强度降低,增加井周的塑性屈服区域,引发井壁失稳;随着井眼钻开时间的增加,这种不稳定性会进一步增大;井壁的不稳定程度随钻井液温度增加非线性增加。井底压差一定时,海水深度越小,井眼周围地层的井壁不稳定性越大。因此,在实际的深水钻井过程中,选择水深更大方位进行钻探更利于维持水合物层井壁的稳定。     

气体钻井中钻柱力学性能及冲蚀实验研究

由于在破岩过程中受到冲击，气体钻井中的钻柱产生了交变应力，而钻柱旋转加剧了交变应力的变化，同时气体携带岩屑对钻柱产生冲蚀，加速了钻柱的失效。钻柱主要失效形式为疲劳断裂，这跟钻柱所受应力大小及变化密不可分，因此，开展气体钻井过程中钻柱力学性能和冲蚀研究，掌握钻柱应力变化规律及岩屑对钻柱的冲蚀规律，是减小和防止钻柱失效的基础工作，对增加气体钻井过程中的安全性和降低钻井成本有十分重要的意义。通过使用一种已开发出的可同时模拟气体钻井钻具振动和冲蚀的装置，进行了不同钻具组合情况下，气体钻井钻柱同时受振动和冲蚀实验。实验结果表明，气体钻井过程中，配置扶正器将使钻柱所受交变应力值变化范围降低40% 以上，扶正器和减振器的配合使用将使交变应力值变化范围下降50%，因此，扶正器和减振器的配合使用，将大幅降低钻柱所受交变应力，并延长交变应力作用周期，从而降低钻柱失效的概率。     

储层应力的二次分布及其对储层的损害

储层打开后,由于原地应力平衡的破坏,井眼周围应力将重新分布。当储层胶结强度较低时,近井带存在塑性区。由于塑性区的存在和钻井过程中泥浆滤液及固相颗粒侵入的双重作用使近井带的渗透率很低,并将地层分为具有不同渗透率的三个带,即损害带(含塑性作用)、塑性带和弹性带。在测试、生产过程中由于地层流体的流入将增大塑性带宽度,从而加剧对储层的损害。临界流量与损害带的渗透率、地层的胶结强度成正比,与产出流体的粘度成反比。塑性带的宽度随流量的增加而增加,随胶结强度的增加而降低。     

井下增压器的结构探讨

井下增压器是一种应用超高压射流钻井新方法的关健设备。本文综述了目前国内外研制状况，提出了一种静压式井下增压器的结构，阐述了其工作原理。这种井下增压器具有结构简单，换向准确、可靠性较高，压力损失小等特点。     

相关技术在随钻地震中的应用

随钻地震技术采用钻井期间钻头产生的振动作为井下震源,使钻头产生的连续信号记录于安装在钻柱顶部的参考传感器和布置在井轴附近已选好位置的检波器上。通过参考信号和检波器信号进行互相关实现了两个目的:1)建立了互相关函数—钻头振动通过地层传播到地面检波器的旅行时间减去钻头振动向上经钻柱到参考传感器的旅行时间的一种量度,即使钻头振动是连续的,在互相关函数中它们仍被压缩成脉冲信号;2)互相关过程加强了弱反射钻头能量。互相关既可计算钻头波传播的时间;也可减弱不相干噪声。     

对常规注水泥温度场预测方法的评价

为了对常规注水泥温度场预测方法进行研究评价,分析了API方法和一些常用的经验方法,并对API公布的数据和国内首次实测的大量井下循环温度实际数据进行了对比,结果表明:常规预测温度的方法其平均相对误差均高于5%;虽然对于不同井深和不同的循环时间条件可以采用不同的经验系数由地层静止温度(BHST)来估计井下循环温度,但该方法受到地区和各种因素的限制,时常与实际差别较大,不可能很好地满足钻井和固井施工的要求。要获取更准确的井下温度分布,应加强对本地区井下循环温度的实测和热交换过程的计算机模拟研究。     

热膨胀系数对气体钻井井底岩石应力场的影响

气体钻井中高压气体通过喷嘴发生焦耳—汤姆逊效应,导致井底温度降低,井底低温影响井底附近岩石应力分布。在热膨胀系数为常数和随机变量两种情况下,研究了低温对气体钻井中井底岩石应力分布的影响。结果表明：井底温度降低,切向应力增大,径向应力减小,意味着井底温度降低,岩石变得容易破裂,有利于提高机械钻速;热膨胀系数为常数和随机变量两种情况下,应力分布趋势相同,只是数值上有所差别,热膨胀系数为随机变量时的切向应力数值大于热膨胀系数为常数时的切向应力。     

基于DSP技术的钻井参数数据采集系统的设计

设计了一种基于DSP技术的钻井工程参数随钻数据采集系统。钻压、扭矩、侧向力、环空压力等钻井工程参数可以随钻进行测试。该数据采集系统采用TI公司的TMS320LF2407A芯片为主控制器,另外设计了相应的外围信号调理电路、存储模块、通信模块等。一个测试实例说明该数据采集系统用于井下钻井工程参数的测试是可行的。     

煤岩坍塌的特殊性及钻井液对策

在煤层气钻井中,煤岩坍塌造成接单根困难、起下钻遇阻遇卡、蹩泵等事故和井下复杂。通过煤岩力学性能测试和结构构造特征分析,分析了煤岩失稳的特殊性及钻井液和其它因素的影响,确定了煤层钻井的钻井液技术对策,优选出钻井液体系及配方,应用表明钾铵聚合物钻井液能有效地防止煤岩井壁失稳。     

用等效外径法对塔式钻具组合防斜问题探讨

针对气体钻垂直井中塔式钻具组合防斜效果具有不确定性,在三弯矩方程的基础上,提出等效外径法对不等截面的塔式钻具进行力学特性研究,以等效外径法计算为依据,开发了简易的VB程序实现塔式钻具组合的力学分析以及对钻具组合优化设计和钻井参数调整,同时用ANSYS有限元软件二次开发ADPL语言编程实现塔式钻具组合侧向力的计算,这样不仅可以得到等效外径法计算的钻具侧向力大小,也可以得到有限元软件计算出的侧向力数据,并进行两种结果的对比分析。通过实例分析,所编写的VB程序能得到比较准确而且高精度的计算结果,同时探讨了影响钻具防斜效果的原因和改进方案。