摘要：在页岩气丛式水平井设计中,针对压裂区的加密调整井井眼轨道设计需要考虑绕开已钻井压裂段影响域及压裂段影响域之间互相干扰等问题。为了快速评估加密调整井压裂段井眼轨道设计方案的合理性,运用矢量代数方法对页岩气压裂区障碍物进行了几何建模,该几何模型考虑了压裂裂缝影响域;然后根据所建立的障碍物几何模型,建立了以设计轨道总长度最短、轨道势能最小为优化目标,以轨道间防碰为约束条件的页岩气压裂区绕障轨道优化设计模型,并给出了判断页岩气压裂段影响域之间是否存在干扰的几何校核方法;最后依据四川盆地涪陵页岩气田现场实钻数据,对所建立的设计模型进行了验证。研究结果表明:①在压裂区,忽略压裂影响域的障碍物尺寸会被严重低估;②忽略压裂影响域,所设计出的绕障轨道可以避开老井的井眼轨迹,但是有可能会与已钻井的压裂影响域相交,进而引发钻井事故。结论认为,所建立的页岩气压裂区绕障轨道优化设计模型能够满足防碰绕障约束的要求,相应的设计计算避免了繁琐的试算和校核,并且能够实现井眼轨道设计总长度和轨道势能达到最小值的优化目标。

摘要：下部钻具组合的上切点始终处于井眼底边这一假设条件,并不适用于下部钻具组合静力学分析的所有情况。基于建立的适用于下部钻具组合静力学分析的三维坐标系及其变换关系,提出了描述井壁上上切点位置的方法;根据最小势能原理,提出了一种确定上切点位置的迭代计算方法;以光钻铤钻具组合为例,讨论了井眼几何参数与钻井参数对上切点位置及钻头侧向力的影响规律。结果表明:在二维问题的力学分析中,当钻头处井斜角很小、井眼的井斜变化率很大时,下部钻具组合的上切点将有可能处于井眼的高边;与对上切段长度的影响相比,井斜方位变化率对上切点井壁方位角的影响更大;与对钻头井斜力的影响相比,井斜方位变化率对钻头方位力的影响更大;钻压和钻头扭矩对上切点位置及钻头侧向力的影响都很小。

摘要：海上生产井在服役过程中井口发生旋转会对采油树、井口管汇以及油气生产带来严重的安全隐患和作业风险。针对海上某油田在服役多年后井口发生的旋转现象,从最外层隔水导管受力情况分析出发,对钻完井作业过程和生产过程中的各个阶段影响因素进行了分析,建立了钻井隔水导管在海流作用下产生扭矩的力学模型;考虑到油气井长期服役后隔水导管外侧会附着大量海生物现象,附着的海生物在海流作用下会对隔水导管产生更大的扭力,从而引起隔水导管的旋转。通过理论分析和有限元计算,建立了不同海生物附着条件下隔水导管旋转力的计算模型。利用建立的钻井隔水导管旋转力计算模型进行案例分析,进一步验证了理论模型的正确性和准确性。研究结果能够为海上隔水导管扣型设计、隔水导管连接方式和油气井服役过程中井口维护提供理论依据。

摘要：为解决目前水平井多级分簇喷砂射孔体积压裂井筒内携砂流体砂粒沉积、上下游喷射器砂浓度不均匀等问题,设计了双螺旋水力喷射压裂管柱,采用可视化实验方法进行了室内携砂流动评价实验。根据牛顿第二定律建立了水平井井筒双螺旋管柱和等直管内携砂流体中支撑剂砂粒运动的动力学方程,得出了双螺旋管柱和等直管内砂粒的运动速度计算模型,对比分析了施工参数及管柱结构对两种管柱内携砂流体中砂粒运动规律的影响。室内实验与应用结果表明:双螺旋管柱在水平井筒内可以显著改善携砂流体中砂粒的悬浮性,有效提高水平井筒内携砂流体的携砂能力;双螺旋管柱内携砂流体中砂粒的运动规律符合变加速度运动方程,等直管内携砂流体中砂粒的运动规律满足恒定加速度运动方程;两种管柱内砂粒的水平加速度随携砂流体密度呈二次多项式下降,随携砂流体流速呈线性增加,随螺旋极角呈线性增加,随管柱内径呈线性增加。研究结果为提高管柱内流体携砂能力、揭示携砂流体中砂粒运动规律、均衡多级分簇水力喷射压裂效果提供了理论依据。

摘要：深水表层导管是深水油气钻井与生产的重要通道,是水下井口装置的主要持力结构,表层导管下入深度直接影响到水下井口的稳定性以及海上作业安全。基于表层导管基本功能和主要安装方法,针对不同海底的土力学特性,开展了钻入法和喷射法安装表层导管适应性及选择方法研究。基于油气井表层导管垂向受力分析,揭示了表层导管及上部井口载荷与表层导管外表面摩擦力之间关系,建立了钻入法和喷射法表层导管合理下入深度模型。从油气井表层导管横向受力分析出发,揭示了井口载荷、表层导管尺寸、表层导管钢级壁厚、表层导管出泥高度对水下井口稳定性影响规律,建立了水下井口出泥高度设计方法和计算模型。表层导管下入深度计算方法已在中国南海水深300~2619 m的几十口深水井得到成功应用,该研究成果支撑了这些油气田的钻完井安全高效作业和后期油气生产安全运行。

摘要：深井超深井的套管磨损问题十分严重,严重制约了深井超深井延伸极限的增加。为了提高深井超深井的延伸极限,需要研究深井超深井套管磨损和延伸极限的关系,并明确建立以套管磨损为约束条件的深井延伸极限模型。建立了套管磨损能量方程,基于套管磨损截面几何方程,引入套管截面磨损深度极限值,并考虑井下管柱在钻进过程中的载荷传递,采用迭代法反演出深井超深井在套管磨损条件下的延伸极限值,结合塔里木某超深井的数据资料进行实例计算,并通过和该井的井径测试数据进行对比,验证模型的合理性。研究结果表明,实测该塔里木超深井3070 m处套管磨损最严重,磨损量为3.15 mm,将其代入建立的套管磨损延伸极限模型中,可得到该井的磨损延伸极限为7812 m,这与该井实际井深7500 m极为接近,验证了本文模型的合理性。该研究从套管磨损理论的角度,预测了深井超深井的延伸极限,并为深井超深井的安全作业和钻具选型提供了理论依据。

摘要：长水平井易过早见水/气,在完井段上安装流入控制装置(ICD)可有效解决该问题。针对油井见水后被动式流入控制装置(PICD)发生失效,而当前各自适应流入控制装置(AICD)均存在其局限性的问题,创新提出了一种新型自适应流入控制装置,该装置由Y形导流器和圆盘形限流器组成。利用数值模拟软件分析了其内部流动规律,优化了其结构参数,并基于优化结果研究了流体参数敏感性。研究结果表明,该装置在径向连接方式、60°分支角、3个Y形导流器情况下的结构最优,且其对密度、黏度均不敏感。新设计的装置稳油控水能力强,不含可动件,对油相密度和黏度均有较大的适用范围。

摘要：中国南海的石油天然气资源十分丰富,但其大多数都埋藏于深水区,油气勘探开发工作面临着许多难题和挑战。历经多年的探索与实践,我国海洋油气钻探工程已经实现了从浅水(水深300 m以内)到超深水(水深超过1500 m)的跨越,并在南海发现了丰富的天然气与海域天然气水合物(以下简称水合物)资源,亟待进行安全高效开发,因而对相应的天然气及其水合物高效开发模式与技术支撑体系提出了迫切的需求。为此,针对深海天然气及其水合物安全高效开发的重大课题,提出了适用于常规天然气的“水平井或复杂结构井浮式钻完井+水下钻采系统+浮式生产、集输与浮式液化天然气生产储卸装置(FLNG)处理系统+船运外输”的开发模式及其技术支撑体系,以及适用于非常规天然气——海域天然气水合物的“水平井或复杂结构井浮式钻完井+水合物原位分解开采+水下或浮式生产与集输处理系统+管道或船运外输”的开发模式及其技术支撑体系;论述了大位移井、“U”形井等先进井型的开发模式及其适用的海洋地质环境,并给出了“U”形井的连通控制模型;此外,还介绍了与深水钻井力学和设计控制技术相关的研究进展。结论认为,建立先进适用的工程模式及其技术支撑体系,寻求实现“地质-工程-市场”一体化的解决方案,同时加强相关的信息化与智能化建设,是深海天然气及其水合物安全高效开发的关键之所在。

摘要：水下井口稳定性是影响深水浅层钻井作业安全的关键问题。总结了近年来国内外井口稳定性研究进展,主要分析了导管参数、土质性质、工程参数、环境载荷等因素对井口竖向、横向稳定性的影响,以及减少或避免出现井口稳定性问题而设计的水上防喷器系统、吸力桩井口基础装置、组合导管基础装置、导管承载力加强装置等特殊井口装置系统。本文研究成果可为我国深水钻井水下井口稳定性研究提供借鉴。

摘要：关于套管剩余强度的研究,主要集中于无磨损套管或者单月牙磨损套管,未充分研究复合月牙磨损形状对套管剩余强度的影响规律。为此,开展了单月牙磨损与双月牙磨损套管剩余强度的室内试验,建立了套管失效的判断准则,计算了不同缺陷形式下套管剩余强度。研究结果表明:磨损深度对于套管剩余强度的影响最敏感,磨损深度的增加使套管抗内压、抗外挤的强度均减小;次磨损槽对抗内压强度影响较小,对抗外挤强度影响明显。研究成果可为油气井作业优化与安全控制提供参考。