摘要：渤海渤中中深层油气资源是渤海湾增储上产重点领域之一,钻井过程中复杂情况发生率高、钻井周期长等制约了中深层油气资源安全高效规模开发。针对渤中中深井井壁失稳等问题,开展了中上部泥页岩、深部潜山砂砾岩等复杂地层岩石特性研究,结合区域地应力分析,揭示了定向钻进过程中坍塌压力、破裂压力随井斜角、方位角的变化规律,建立了渤中区域中深层钻井安全密度窗口图版;基于钻井液浸入后岩石强度特性实验研究,建立了渤中区域中深井安全钻井周期图版。研究结果表明,渤中区域东营组泥页岩呈现明显的各向异性特征,垂直方向取心的强度显著高于水平方向的强度;随井斜角和方位角变化,潜山组地层破裂压力当量密度在1.84~2.73 g/cm^(3)变化;地层坍塌压力当量密度在1.15~1.40 g/cm^(3)变化;渤中区域风化带附近裸眼段安全钻井周期在15天左右,潜山安全周期在20天左右。本文研究结果对渤中区域中深井钻井设计、施工作业降低复杂情况、保障作业安全具有重要意义。

摘要：通过隔水管受力分析,提出了既能保证隔水管稳定性又能满足底部过提力要求的深水钻井隔水管顶张力计算方法,以南中国海某超深水井为例对其进行验证,并与两种常用计算方法进行了对比。基于管柱力学原理,分析了真实轴向力与有效轴向力对隔水管力学行为的影响,结果表明:真实轴向力决定隔水管底部对隔水管总成的拉力,有效轴向力决定隔水管稳定性。通过隔水管在内、外压作用下的受力分析,建立相应的力学模型,推导出新的顶张力计算方法,弥补了美国石油协会(API)算法和法国石油学院算法的不足。现场应用实例分析结果表明:采用该方法计算的顶张力设置值与现场实际作业时顶张力值基本一致,且计算结果优于API算法及法国石油学院算法的计算结果,可以用于指导隔水管设计及施工。

摘要：通过对当前国内外具有初级智能特点的钻井液技术研究现状的系统总结,阐述了可变密度、盐响应、可逆转乳化、恒流变、形状记忆防漏堵漏、智能保护油气层和原位流变可控共7种初级智能钻井液技术的发展背景和智能响应机理,分析了初级智能钻井液技术目前存在的问题与未来面临的挑战,指出智能材料学、纳米科学和人工智能理论等是未来研究具有“自识别、自调节和自适应”更高级智能水平钻井液技术的重要手段。在此基础上,结合钻井液技术需求和智能钻井液理论发展需要,提出了3个方面的发展方向:①研发响应多变地层压力、多变地层岩性、多变地层流体、多变储集层特征、高温地层与复杂地面环保需要的智能钻井液;②建立智能钻井液设计与管理专家系统;③构建实时智能检测与维护处理网络。

摘要：较之于美国、澳大利亚、加拿大等国家,中国的煤层气储层具有低地层压力、低渗透率、低含气饱和度及强非均质性等基本特征,增加了储层改造的难度,制约了煤层气单井产量与采收率的提高。为了给中国煤层气水平井工程技术发展提供借鉴与支持,针对我国煤层气高效开发所面临的工程技术难题,综述了国内外煤层气水平井钻完井技术研究及应用进展,介绍了煤层气井型设计与井身结构优化、井眼轨迹控制、井壁稳定、优化完井与储层保护等一系列技术,讨论了水平井双管柱筛管完井与洗井增产、径向水平井筛管完井及磁导向钻井等新技术及其适应性,提出了地下“井工厂”绿色开发模式以及深地煤层气与煤炭一体化绿色开发之道。结论认为:①针对我国煤层地质条件与地表环境,在进一步精细化高煤阶水平井钻井与完井技术的同时,需要兼顾煤系气综合开发;②加强中—低煤阶与碎软煤层水平井钻完井技术创新研究,深入探索复杂煤层气藏高效开发模式;③针对我国深地煤矿、低品位煤矿及薄煤层等非常规煤矿绿色高效开发面临的重大技术难题,有必要积极探索地下“井工厂”与非常规能矿原位转化开发模式,力求实现深部煤层气与煤炭一体化绿色高效开发的目标;④高质量推进我国能源低碳绿色转型,既要保障国家能源安全,又要实现“碳达峰和碳中和”战略目标。

摘要：水平井钻进过程中往往因携岩不利、清岩不及时,低边堆积的岩屑床会导致托压、底部钻具组合黏托甚至卡钻等问题。为此,在分析岩屑床形成原因的基础上,基于赫姆霍兹振荡腔脉冲生成、射流泵和高压射流等理论,设计了一种新型水平井赫姆霍兹式脉冲内磨钻头——该钻头依靠高速脉冲射流辅助破岩、反向射流负压抽汲钻头底部钻屑以及内磨削结构减小钻屑粒径,实现了高效清岩破岩,减小压持效应,清除水平井岩屑床。进而分别建立了脉冲生成装置、高效破岩装置、反向抽汲装置的水力模型。模拟计算结果表明:①谐振最优流量随进给腔直径、反馈腔直径的增大而增大,随谐振腔直径的增大而减小,谐振最优流量与各因素近似呈线性关系;②反向抽汲装置的最优流量比随无量纲流量比先增大后减小,随无量纲面积比的增大而减小;③通过算例分析得到赫姆霍兹振荡腔固有频率为24.00 Hz,谐振最优流量为23.92 L/s,最优流量比为0.59,并经实例分析验证了水力模型的准确性。结论认为,该新型钻头为解决岩屑床的堆积问题提供了一种新的方案。

摘要：表层导管是深水钻井水下井口的主要持力结构,水下井口失稳、下沉等复杂事故的发生主要是由于表层导管承载力不足造成的,因此经济高效地提高表层导管承载力是深水钻井工程研究并关注的重点。采用膨胀式导管方法来提高表层导管的承载力,能够实现不改变常规深水喷射法安装表层导管的工艺。表层导管喷射安装到海底设计深度后,膨胀材料发生膨胀实现增加表层导管与海底土接触的表面积,进而提高表层导管侧向摩擦力和水下井口承载力。基于深水钻井水下井口主要结构组成,通过建立深水钻井水下井口承载力计算模型,分析了表层导管尺寸与井口承载力相互关系,揭示了膨胀式表层导管外表面积与水下井口承载力呈线性变化规律,得出了膨胀材料厚度与水下井口承载力之间的计算模型;提出了膨胀材料采用分段式结构可以提高膨胀导管承载力,分析了膨胀材料分段数量、覆盖面积、膨胀厚度对表层导管承载力的影响规律;得出了在相同覆盖面积条件下随着分段数量增加表层导管承载力呈线性增加,随着膨胀厚度增加承载力呈线性增加。通过中国南海现场3口深水井的应用试验,建立的钻井水下井口承载力计算模型结果与现场试验结果的误差约为5%。

摘要：对四川盆地长宁区块页岩气水平井固井质量的分析结果认为:压裂过程的温度应力及由套管内压周期性变化导致的局部载荷是页岩气井套管变形的主要因素。为此建立了套管在局部载荷作用下应力计算模型,借助有限元数值方法分析了该区块目前使用的套管在局部载荷作用下的受力与变形情况,并讨论了在局部载荷线性增加时,局部载荷范围、套管壁厚、套管外径对现场使用的P110套管受力与变形的影响。结果表明:①载荷范围为45°时的套管变形最大,增加套管壁厚及减小套管外径有利于减小套管变形;②局部等效载荷为40 MPa时的套管径向变形量为4.8 mm,且套管壁厚应大于13 mm才能保证套管不发生屈服变形。通过对现场页岩气井数据的分析,考虑局部载荷作用,认为该区块目前使用的套管壁厚不能满足要求,需要增加壁厚。结论认为,为防止局部载荷的产生、减小套管变形,需要优化井眼轨道设计以合理钻遇天然裂缝发育的岩层,提高固井质量。该研究成果对于页岩气水平井套管设计具有参考价值。

摘要：基于计算流体力学和有限元数值模拟方法,建立了滑片泵数值模拟模型,针对滑片泵压力负载条件下的流量损失进行了结构优化设计研究。研究结果表明,优化前滑片泵在3腔吸液3腔排液带压工况时,吸液腔与排液腔之间没有过渡腔,且只有1个滑片密封,导致滑片泵出现流量损失;经过优化后减小了滑片泵出口与入口相位角,在相邻的低压吸液腔与高压排液腔之间设置过渡腔,增加了参与密封的滑片数,明显减少了滑片泵压差负载条件下流量损失;经过优化后的滑片泵在压力负载条件下流量增大,证明了滑片泵优化设计的可靠性。

摘要：在应用下部钻具组合上切点位置确定方法的基础上,给出了描述稳定器在井眼中位置的方法,并提出了可在三维力学问题中用于判断稳定器在井眼中径向位置的方法。首先忽略井眼约束并计算下部钻具组合的变形,再施加井眼约束条件,按某种顺序逐一计算稳定器在井眼中的位置,最终依据井壁对稳定器支撑反力的大小及方向筛选出最合理的结果。理论计算结果表明:无论采用何种装置角,相比假设稳定器与上切点均在井眼低边,采用本文方法计算得到的最小钻头弯矩更小,这意味着下部钻具组合所具有的势能更小,更趋于达到稳定状态;计算得到的钻头方位力方向与现场实践所取得的认识保持一致。本文研究可为下部钻具组合的优化设计提供理论依据。

摘要：中国拥有储量巨大的非常规油气资源,近年来各油气田纷纷建立了难动用油气资源的开发试验区,以“井工厂”大型化设计、定向钻井“一趟钻”作业、井下电加热开采及煤层气高效开发为代表的高新技术不断得以深化研究和广泛应用,极大地促进了非常规油气资源的经济高效开发。为了给非常规油气资源的高效开发提供油气井工程方面的技术支持,在简要综述国内外相关研究进展的基础上,重点介绍了中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室的相关创新研究成果:①页岩气“井工厂”大型化设计方面,给出了定向钻井延伸极限设计模型和防碰绕障设计方法;②阐述了定向钻井“一趟钻”作业关键技术研究进展,包括高效PDC钻头、导向钻具组合、钻井参数优化及新型钻井液等方面的技术进展;③论述了井下电加热系统与原位转化开采技术发展概况,重点介绍了井下射频加热技术及其模拟实验系统的研究成果;④简要论述了煤层气开发利用的重大意义与技术挑战,重点介绍了我国在复杂储层煤层气高效开发方面取得的一项代表性成果,包括地质评价、磁导向钻井、水平井双管柱完井洗井及低压低渗煤层气储层氮气前置与活性水复合压裂等技术创新内容。结论认为,通过综述上述研究进展,可以为非常规油气井工程设计控制提供有益的参考。