分支井连接段有限元建模与分析

分支井作为一种能够更加有效地开采油气藏的钻井技术,在国内外已经得到普遍推广。然而在应用该技术的实践中也遇到了一些新的难题,井壁稳定性就是其中之一。在前人研究的基础上,采用有限元方法建立分支井连接段的三维模型,综合考虑各向异性地应力,流体对岩石骨架的影响和方位角、倾角变化等,得出连接段附近的应力–应变和渗流场分布规律。并根据摩尔–库仑准则,利用有限元后处理程序图形化了井壁稳定的预测情况。分析结果表明：当支井方位角为90◦,即与最大水平主应力平行时连接段井壁最稳定;井眼直径和连接段位置深度对井壁稳定性影响较小;后期生产压差过大也会增大裸眼完井井壁失稳的可能性。     

井眼倾斜角和倾斜方位对裸眼完井地层出砂的影响

结合等效塑性应变准则定量地研究了井眼倾斜角和倾斜方位对裸眼完井砂岩油藏出砂的影响。计算结果表明,在一定的应力和地层条件下,井斜角在0~45°时,随着井斜角的增加,井壁内的塑性应变最大值和塑性区范围都不断增加,出砂的趋势增大;当井斜角在45°~90°时,随着井斜角的增加,井眼内最大塑性应变逐渐减小,出砂趋势减小。井斜角相同,但井眼倾斜方位不同的井,井壁内产生塑性变形的区域不同,塑性变形的程度也不同,从防砂的角度,井眼,尤其水平井眼应该沿原地最小水平主应力方向,或尽可能靠近最小主应力方向。     

煤层气多分支井形态分析

煤层气井开采的第三阶段是煤层气井开采期限的主要部分， 前人研究表明可用真实气体拟压力法来精确描述这一阶段的渗流规律。因此， 根据镜像反映和压力叠加原理， 建立了上下封闭煤层气藏中煤层气多分支井压力分布方程。考虑多分支井沿程流动压降对产能的影响， 建立煤层气多分支井稳定渗流时的产能计算耦合模型， 给出了模型的求解方法， 分析了多分支井形态参数对煤层气多分支井产能的影响规律。     

井筒中钻柱系统非线性螺旋屈曲稳定性分析

针对钻井过程中钻柱工作载荷或钻压超过某一临界值导致钻柱失稳现象,建立了钻柱非线性稳定性问题的分析模型,用数值分析的方法对整个钻柱系统的非线性屈曲过程进行了有限元仿真分析,解释了钻柱的失稳机理以及钻柱自重、钻压、转速、扭矩和井斜角等因素对钻柱屈曲的影响规律,研究了钻柱在井筒中发生屈曲时的位移、受力状况和各种工况下的失稳临界载荷。结果表明，在相同条件下钻柱螺旋屈曲临界载荷随井斜角增大而增大,呈非线性变化;临界载荷随扭矩的增大而减小,井斜角较大时临界载荷减小的幅度较小。对钻柱在井筒中的非线性屈曲行为研究和钻具组合设计的优化具有一定的参考价值。     

油藏各向异性对鱼骨状分支井产能影响分析

为了研究油藏各向异性对鱼骨状分支井产能的影响,基于空间变换理论将各向异性渗透率空间转换为各向同性渗透率空间,并应用鱼骨状分支井渗流模型进行产能预测。结果表明：油藏各向异性会导致鱼骨状分支井等压线分布发生明显偏转,各向异性程度越大,偏转越明显;水平面内垂直于主井筒方向的渗透率对鱼骨状分支井产能起决定作用,水平面内平行于主井筒方向的渗透率起次要作用;当水平面内渗透率各向异性较为明确时,应选择主井筒方向与最大渗透率方向垂直;当水平面内渗透率各向异性不明确时,选择的分支角度越大,越能消除水平面内渗透率各向异性不确定性带来的影响。     

低渗透分支井井网产能预测及参数敏感性分析

针对低渗透油藏渗流为非达西流体且存在启动压力的特点,利用水电相似原理和等值渗流阻力法,建立了低渗透油藏分支井井网产能预测通式,并分别建立了四点法、五点法、七点法及九点法分支井井网产能预测的解析解数学模型。现场验证与数值模拟结果表明,该模型具有较高的预测精度。利用该模型对分支井网的井网点数、有效厚度和启动压力梯度影响产能的分析结果表明,启动压力梯度增加,分支井不同井网产能比减小;随着穿透比的增大,分支水平井不同井网产能比均增大;在相同穿透比时,井网点数增大,分支水平井产能比增大;随着有效厚度的增大,不同井网产能比均减小。     

深部地质环境对井壁稳定性的影响

井壁失稳是制约深井、超深井快速钻进的重要因素,在综合考虑深部井周应力、井周温度扰动以及孔隙压力等因素的条件下,建立了深部地质环境条件下的井壁稳定性力学评价模型。基于该评价模型,定量分析了深部复杂地质条件下地应力状态、地层温度及地层孔隙压力对井壁稳定性的影响。结果表明：（1）原地应力状态对井壁稳定性有决定性的影响,原地三个主应力差异增大,将加剧井壁失稳;（2）井壁温度升高将加剧井壁的剪切破坏失稳,而有利于减弱破裂失稳;相反,井壁温度降低,将有利于抑制井壁剪切失稳,而增大井壁张性破坏的可能性。（3）其他条件相同的情况下,地层孔隙压力升高将加剧井壁失稳。     

压裂水平井产能影响因素的实验研究

压裂缝改变了水平井周围的渗流场，是影响压裂水平井产能的主要因素，压裂前需研究裂缝参数对压裂水平井产能的影响趋势。利用电模拟实验研究了水平井筒与压裂缝成不同夹角的压裂水平井的等压线分布特点及压裂缝各参数对压裂水平井产能的影响。结果表明：夹角改变了压裂水平井等压线的形状，等压线因夹角而发生了扭转，随夹角增大相同压力的等压线所控制的泄流面积增加，且产能随夹角α的增大而增大，与sinα成明显的线性关系；在具体的油藏地质条件下，存在裂缝夹角、裂缝数、裂缝长度、水平井筒长度及裂缝间距的最优匹配关系。电模拟实验结果为压裂水平井的施工设计和其产能预测提供了理论依据。     

裸眼完井下的大位移井裂缝起裂研究

随着大位移井数量的增加,大位移井压裂逐渐成为油气藏的一种重要增产技术手段。大位移井水力压裂裂缝起裂与直井、普通定向井有显著差别,其起裂模式不仅与井眼轨迹(井斜角、方位角等) 有关,而且还与地应力方位密切相关。以往的斜井裂缝起裂模式已经不能满足大位移井压裂设计的需要。考虑作业条件、压裂液渗滤效应和孔隙压力的影响,建立了大位移井井筒周围应力场分布模型,提出了裂缝起裂压力和起裂方位预测模型,并分析了不同构造应力范围对大位移井压裂裂缝起裂的影响。计算结果表明,建立的模型完全适用于大位移井压裂设计的需要。     

井壁稳定性分析在靖边气田水平井钻井设计中的应用简

井壁稳定性问题（即井壁坍塌破裂）会引起系列严重的井下卡钻井漏等事故。靖边气田在钻井过程中,钻遇的地层当中存在多煤层,井壁稳定性问题十分突出,在该地区水平井钻井设计当中进行井壁稳定性分析有着重要的意义。分析了井壁围岩应力分布规律并建立地层坍塌（破裂）压力计算模式,根据库仑-摩尔强度准则和最大拉应力破裂准则,计算井壁坍塌（破裂）压力与钻井液安全密度窗口。通过实验研究分析煤层坍塌压力和破裂压力随井斜角、方位角变化规律,提出合理的方位角优选方案,指导水平井钻井方案设计。     

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。     

气藏水平井产能计算新方法

依据水平井渗流特点，将水平井渗流区域分为一个长方体和两个半圆柱体，再根据能量守恒及达西定律，考虑了气藏与水平井筒的耦合作用以及井筒内的压力损失，建立了气藏水平井产能预测新模型。分析了水平井筒内的压力和流量的变化，与考虑井筒压降的Joshi模型进行了对比，新模型计算结果与实际测量结果误差最小。影响因素分析表明，该模型在高渗透率、长井筒和小井径的情况下更为有效。     

小井眼长水平段水平井摩阻扭矩控制技术

小井眼长水平段水平井+ 分段压裂的开发方式在大牛地气田的开发中取得了理想效果，然而仍然存在一系 列的问题，尤其是水平段后期的摩阻扭矩控制问题。以理论分析和实钻工程特征为基础，建立了摩阻扭矩分段计算 模型，并对水平段长度、轨迹剖面、钻具组合和钻井液流变性等影响规律进行了分析，结果表明：随着水平段长度的增 加，钻进和起钻的摩阻扭矩均在增加，当摩阻扭矩不再增加时，此时便是水平段的极限长度；随着单增剖面靶前位移的 增加，摩阻扭矩增加；采用组合钻杆（?101.6 mm/?114.3 mm+?88.9 mm）既有利于水平段和大斜度井段携岩，同时又能 有效地控制摩阻扭矩；钻井液屈服值和塑性黏度越低，摩阻扭矩越小。将摩阻扭矩综合控制技术应用于DPH7 井，水 平段轨迹平稳，平均全角变化率1.79°/30 m。     

气藏水平井连续携液理论与实验

在气藏水平井中随着生产管柱倾斜角度的变化，井筒内液体的重力作用会发生改变，从而引起气液两相流型的变化。以产气为主的气井井筒内液体主要以液膜、液滴的形式出现，由此出现了液滴模型与液膜模型两种解释积液的理论。从这两种携液理论出发，考虑生产管柱倾斜角度的影响，对倾斜管内液滴、液膜进行受力分析，推导出了随管柱倾斜角度变化的连续携液临界流速的计算式，使之适用于水平井连续携液临界流量的计算。设计制作了水平气井连续携液实验装置并进行了实验研究，观测气藏水平井中气水两相运动与流型变化情况并测试其临界携液气量，结果表明，气藏水平井中水平井段的液体以液膜携带为主，但直井段中越接近井口，越以液滴携带为主，液滴模型也能适用于计算气藏水平井的连续携液临界流速。     

2 区复合油藏水平井试井模型与实例解释

目前关于复合油藏水平井不稳定试井理论与应用研究很少见，针对这一问题，建立了水平井2 区复合油藏不稳定试井模型，研究了一种利用拉普拉斯变换、分离变量及特征函数与特征值法等现代数学分析方法对模型进行求解的新方法，获得了拉普拉斯空间中不稳定试井井底压力表达式。利用数值反演，编程绘制了标准的试井分析样版曲线，并分析了2 区复合油藏井底压力动态响应特征。不同的外边界条件具有不同的外边界特征响应，对顶定压或底定压边界，压力导数曲线在早期迅速下掉，不能反映出2 区复合油藏的复合特性。对顶、底均为封闭边界，样版曲线明显反映出油藏的2 区复合特性。实例分析结果表明，该模型可以用于2 区复合状油藏水平井的不稳定试井解释，为油田开发生产服务。     

泡沫混排解堵技术研究与应用

针对生产过程中油井近井地层的堵塞问题研究了泡沫混排解堵技术。通过数值模拟分析了混排过程中泡沫对近井带的影响及其解堵机理，发现泡沫流体在注入过程中一定程度上影响了近井地层的含水饱和度，从而影响了岩石强度；泡沫放喷过程对孔道岩石的影响和连续的冲蚀作用使近井带的渗流条件得到了一定程度的改善。认为泡沫混排解堵主要是通过放喷阶段对射孔孔道的径向及其末端的水平扩展和近井地带的冲蚀作用而达到目的。该项技术在胜利油田应用，获得了很好的效果。