摘要：为解决页岩气井环空带压的问题,进行了压裂及生产过程中温度和压力变化对页岩气井环空带压影响的力学分析。以弹性力学为基础,建立了页岩气井直井段双层套管系统的力学模型,基于界面上应力相等及位移连续条件,推导了各界面的径向应力计算方程,并讨论了套管内压、温度、地应力等因素对水泥环封隔能力的影响规律。研究结果表明:温度升高、内压及地应力增大、水泥环弹性模量增大均有利于提高水泥环的封隔能力,减小套管壁厚有利于增加界面的径向应力;随着井深的增加,界面径向应力变大,水泥环封隔能力增强,提高直井段下部水泥环的封隔能力是降低井口环空带压风险的关键;第一界面和第二界面是固井失效的危险点,提高第一、第二界面的固井质量,有利于降低形成环空带压的风险。

摘要：采用目前国际上近年发展起来的超分子化学理论,研发了一种超分子堵漏新材料,其能够适应不同深度地层,在不同温度下形成不同强度和弹性的凝胶,具有广泛适应性。经过实验研究,分别研发出针对不同漏失情况的堵漏技术,解决了以前堵漏剂在漏层中停不住、易被水混合冲稀、难以滞留堆集在漏层入口附近、难以堵死漏失通道等技术难题。使用该超分子堵漏剂配制的堵漏浆在可控时间内在漏失层形成具有一定强度的凝胶颗粒(粒径为100~2 000μm),凝胶颗粒有弹性、易变形,可以进入地层孔隙或裂缝,封堵孔隙尺寸为0.15~1.5 mm的孔隙,承压达到7.5 MPa以上。采用该超分子堵漏材料,在准东区块克205井等3口井进行了应用。现场应用表明,该超分子堵漏材料结合常规堵漏材料,能够很好地解决钻进过程中存在的各类漏失,堵漏成功率高,对不同的漏失情况能够起到较好的堵漏效果,在后期作业过程中没有发生重复漏失的现象,有利于降低综合钻井成本。

摘要：针对不同地层岩性特点,需进行个性化PDC钻头设计,其中PDC切削齿的直径是重要的钻头优化设计参数之一。为了探究不同PDC切削齿直径对破岩切削力的影响,通过室内模拟试验方法进行研究。试验所用岩样为石灰岩。单齿破岩试验选取了ø13.44、ø15.88、ø19.05、ø21.95 mm的常规圆柱状PDC切削齿和3个不同的切削深度作为试验变量,使用三轴力传感器记录了切削力数据并收集了岩屑,对比了不同试验条件下单齿破岩过程的机械比能和不同直径切削齿的攻击性;使用水平钻机进行了全尺寸钻头破岩试验,对比了3种不同PDC切削齿直径的钻头在3 mm左右吃入深度下的破岩机械比能。试验结果显示:PDC切削齿的破岩切削力并不随着直径的增大而增大;在相同吃入深度下,ø19.05 mm齿的破岩效果最好;随着吃入深度的增加,切削岩石所需要的力变大。全尺寸钻头破岩试验结果表明,ø19.05 mm齿的全尺寸钻头机械比能最低。分析认为,在破岩过程中,PDC切削齿直径会改变岩石内部产生的应力区域,影响PDC切削齿的破岩效果。选取与岩性匹配的PDC切削齿直径能够取得最优的破岩钻进效果。研究结果可为PDC钻头优化设计提供部分理论指导。

摘要：大位移井在海洋、滩海、湖泊及山地等复杂地区油气资源的高效开发中应用广泛,大位移井钻井技术具有约束因素多、作业难度大、作业风险高等基本特点,其井眼延伸极限的预测和控制对于安全钻进意义重大。在概述国内外大位移井钻井延伸极限研究进展的基础上,重点介绍了大位移井钻井延伸极限的预测模型和分布规律,提出了基于延伸极限的大位移井钻井优化设计方法,并应用大位移井钻井延伸极限理论分析了萨哈林地区Z–42大位移井的水平段旋转钻进极限及完井管柱下入极限,认为提升钻机性能可大幅度提高井眼延伸极限,旋转接头和减阻接头可提高完井管柱的下入极限。研究结果表明,开展大位移井钻井延伸极限预测理论和控制方法研究,可为大位移井的风险预测、优化设计及安全控制提供科学依据。

摘要：滑动钻进工况下造斜率的准确预测是钻井工程面临的难点问题。首先利用加权余量法,建立了导向钻具组合的三维力学模型,得到了滑动钻进过程下钻头机械载荷及导向钻具组合的摩阻分布;其次考虑滑动钻进过程中工具的造斜特性,建立了零侧向钻速准则下的滑动钻进造斜率预测模型及折算系数反演方法;最后利用一口页岩气水平井钻井数据,反演计算了该井造斜率折算系数,验证了滑动钻进造斜率预测模型的精度,并分析了钻井参数、轨迹参数、钻头切削特性、工具结构等对工具造斜率和摩阻的影响规律。研究结果表明:滑动导向模式下,通过适当增加工具结构弯角、降低钻压、提高钻头侧向切削能力等,有利于发挥工具的造斜性能,提高滑动钻进效率,为导向钻井参数优化、工具结构优化设计及井眼轨迹控制等提供重要依据。

摘要：入流控制装置(Inflow Control Device,ICD)近年来在水平井分段完井中应用日益广泛,但目前针对ICD完井建立的半解析耦合模型无法准确反映水平井端部效应,在ICD优化设计过程中对于目标入流剖面的选择缺乏依据。为此,首先引入了基于势的叠加原理和镜像反射原理的油藏渗流模型用以准确反映水平井入流特征,建立了适用于非均质底水油藏水平井ICD完井的稳态耦合模型;之后考虑油井不同的生产制度,给出了非均质油藏水平井ICD完井优化目标入流剖面的确定方法,并以喷嘴型ICD为例对ICD设计流程进行了具体描述,对最优非均匀ICD和最优均匀ICD计算结果进行了对比分析。结果表明:ICD优化设计与生产制度有很大关系,均匀入流剖面并非总是理想的入流剖面;非均匀ICD控流效果要优于均匀ICD,但均匀ICD完井对井底流压有较宽的适应性;高生产压差有助于发挥喷嘴型ICD的控流优势。

摘要：在气井的日常生产管理和动态设计分析中,温度和压力是两个非常重要的参数。依据动量、能量守恒定律与传质传热学基本原理,综合考虑影响温度和压力的因素,建立了测试温压分布耦合预测模型。该模型分为压力模型和温度模型2部分,在压力模型中考虑了井筒内流体重力、摩擦阻力以及动力变化的影响;在温度模型中,认为井筒中的传热是稳态传热,而地层中的传热是非稳态传热,并考虑了井筒热损失对温度产生的影响。采用四阶龙格-库塔法对该模型进行了耦合迭代求解,并利用四川某气田X井的实测数据进行了验证分析,以井底为基准分别对不同产量、不同气体相对密度和不同生产时间条件下井筒温度压力进行了敏感性分析,并对比分析了耦合模型与线性模型的预测结果。结果表明:随产量增加,井筒压力下降,温度升高;随气体密度增大,井筒压力降低,温度升高;随生产时间增加,井筒压力几乎保持不变,温度升高;井筒内温度沿井深呈非线性规律变化。该研究对选择合适性能的管柱和管柱安全作业具有指导意义。

摘要：在深水海域进行超深井钻井时,钻井液温度变化幅度较大,温度剖面的准确预测对于深水超深井的安全钻进至关重要。为了准确预测深水超深井钻井温度剖面,为深水超深井钻井设计提供借鉴,通过能量守恒原理建立了钻井温度剖面的计算模型,考虑不同井段的传热方式不同,将井身结构分为海水段、套管段、裸眼段进行分析,并通过数值法求解。通过实例计算对影响温度剖面的因素进行了分析。结果表明,钻井液循环300 min后,钻井液温度剖面趋于稳定;钻井液在整个循环过程中,温度差可达150℃;排量对井壁温度的影响较小,对井底钻井液温度的影响较大,且排量越大,井底温度越高;由于目的层较深,入口温度对于井底温度的影响较小。研究结果可为我国深水超深井安全钻井提供参考。

摘要：大位移井的横向延伸能力不断提高,管柱力学行为更加复杂,对管柱的优化设计提出了更高的要求。为此,综合考虑管柱各种作业工况和约束因素的影响,构建了一种基于大位移井延伸极限的管柱分段优化设计方法。对于大斜度段管柱采用加权目标函数法进行设计,采用先局部后整体的方法进行求解;对于上部常规段管柱采用近似延伸极限法进行设计,采用迭代法进行求解。研究结果表明,新设计方法可有效地解决大位移井管柱和接头优化设计问题。井眼状况良好时,可在钻柱上安装减阻器,以降低管柱摩阻;井眼状况较差时,采用小尺寸接头钻柱且不采用减阻接头,以降低局部机械阻力。套管设计中建议采用兼顾套管居中和减阻的折中方案,折中方案结果相对于仅考虑套管居中或减阻的结果更加合理。研究结果可为大位移井中管柱的优化设计提供参考。

摘要：井口抬升高度对深水高温油气井安全生产具有重大影响,传统预测模型只考虑了温度效应和鼓胀效应对井口抬升高度的影响,未充分考虑螺旋屈曲效应对井口抬升高度的影响。鉴于此,借助井筒温度模型,在考虑温度效应和鼓胀效应的基础上,加入螺旋屈曲效应,建立了井口抬升高度预测模型并进行求解,得到较为准确的井口抬升高度。实例计算结果表明:随着时间的延长和产量的增加,螺旋屈曲效应引起的各层管柱屈曲段长度、井口抬升力以及抬升高度都将增加,但增加的幅度逐渐减小,最后趋于稳定;生产过程中生产套管和技术套管始终处于受压状态,对井口抬升起主要作用;表层套管和隔水导管处于受拉状态,管柱不发生屈曲现象。研究结果对井口抬升高度预测及油气井安全生产具有重要的指导意义。