摘要：深层、超深层定向钻井具有“垂深大与水平延伸远”的双重特征,受到复杂地层、高温高压、超长裸眼等多重因素约束,其安全高效作业面临着更大的全方位技术挑战。为此,着眼于深层、超深层定向钻井的提速提效问题,系统总结了定向钻井的发展概况与技术特点,选取了深层、超深层定向钻井中力学方面的几个重要基础问题,分析了国内外专家学者的相关研究进展和最新研究成果,最后展望了深层、超深层定向钻井基础理论研究发展趋势并提出相关建议。研究结果表明:①大小偏差融合控制算法兼顾了井眼轨迹的控制精度、光滑度等多目标约束,适应于深层、超深层条件下井眼轨迹实时控制要求;②合理优化振动减阻工具个数、安放位置及其激励力幅值,可显著降低井下管柱摩阻,并有效提高机械钻速;③基于误差补偿机制的机械钻速融合预测模型既保留了机理模型的可解释性,又具有较高的预测精度;④套管复合磨损预测模型突破了经典“单月牙”模式的局限性,实现了复合模式下套管磨损形状与深度的同步预测。结论认为,深层、超深层定向井和水平井是未来油气井工程的重要发展方向之一,需要加强多因素耦合机理、钻井延伸极限、机理与数据融合驱动等方面的基础研究,以推动复杂油气井工程基础理论的创新与发展,为深层、超深层钻井工程技术进步提供必要的基础理论支撑。

摘要：超深井工程受到高温高压、复杂地层、超长井眼和腐蚀介质等多重因素约束,其安全高效作业面临全方位的技术挑战。为此,针对超深井工程的安全高效设计控制问题,介绍了该工程的发展概况与技术特点;选取井眼轨迹预测与防斜打快、钻柱振动特性分析与减振控制、钻井延伸极限预测与设计控制,以及套管失效风险评估与安全控制等几个重要理论与技术问题,介绍了国内外的相关研究进展及笔者团队的最新研究成果;然后,针对超深井工程提出了若干创新发展建议。研究结果表明,超深井工程理论与技术的发展整体呈现出体系化、科学化、多学科交叉、地质与工程一体化等基本特点。建议在基础理论问题、关键核心技术、技术协同关系、技术迭代模式和多学科交叉融合等方面加强创新研究,以持续推进超深井工程基础理论与关键技术创新发展。

摘要：深井和超深井钻井过程中井下温度高、井内钻具承受的拉力大,导致随钻测量的井深误差较大。为此,考虑不同井深处井内温度、热膨胀系数、钻具轴向力和钻具规格等因素的影响,在测点处对井内钻具分段,结合井下温度随钻测量结果和井内钻具受力分析结果,建立了随钻测量井深的热膨胀校正模型和弹性拉伸校正模型,以及计算热膨胀校正误差限和弹性拉伸校正误差限的模型,并给出了随钻测量井深热膨胀和弹性拉伸校正后的井眼位置不确定性计算方法。实例计算表明,超深井钻井过程中由热膨胀和弹性拉伸导致的井内钻具伸长量可达10 m以上;随钻测量井深进行热膨胀和弹性拉伸校正后,可以显著减小测点垂深误差和误差椭球的大小。研究结果为提高井深随钻测量精度与科学计算井眼位置不确定性提供了理论依据。

摘要：在救援井工程中,为确保救援井与事故井在设计连通点处精准连通并压稳地层,需要使用磁测距工具直接测量救援井与事故井的相对距离。受限于磁测距工具的测量精度,为避免提前碰撞并提高连通的可能性,在救援井轨道设计时需要增加穿越井段以提高测量精度。一般认为通过穿越井段可以将相对距离测量误差由20%减小到10%,但由于相关理论模型未见报道,目前仍缺乏具体的定量分析方法。为实现穿越井段前后测量误差的定量分析,基于救援井工程实际、测量平差理论及测距误差模型,本文建立了两种在穿越井段提高测量精度的计算模型。基于该计算模型的数值模拟计算表明:在算例条件下事故井被测点N-E坐标系的初始值由(108.00 m,28.00 m)修正为(110.14 m,29.24m)和(110.07 m,29.23 m),被测点坐标精度(误差椭圆的长半轴)分别提高了19.0%和21.5%。研究结果表明,两种计算模型均能有效提高测距精度,且计算结果相近,计算精度可以基本满足救援井测量需求,所建立的计算模型可以为救援井井眼轨道及测量方案设计提供理论指导。

摘要：超深气井在生产过程中受到高温、高压和腐蚀介质等复杂工况影响,导致井筒完整性面临严峻挑战,其中环空带压风险是亟需关注的技术问题之一。针对超深气井环空带压问题,文章系统总结了国内外专家学者相关研究成果和进展,主要包括环空压力的产生机理、预测方法及其对其井筒完整性的影响,并考虑环空最大允许压力值、环空带压类型诊断和井筒完整性检测等关键环节,提出了一套环空压力安全管控流程,以期为超深气井安全高效开发提供有益参考。分析认为:准确预测环空压力是评估环空带压风险的基本前提,在计算中应充分考虑环空温度、流体性质、流体体积和环空体积的变化;环空带压风险主要体现在套管的承载能力和水泥环的密封可靠性;环空压力安全管控流程可分为计算环空最大允许压力值,诊断环空带压类型和检测井筒完整性三个步骤。从而为有效预防环空带压提供技术思路。

摘要：针对高密度水基钻井液高温增稠引发的滤失量大、ECD与内耗高、流动性下降甚至完全丧失难题,在AAAMPS聚有机酸降黏剂分子中引入富含大量邻苯二酚基团的单宁酸,采用自由基聚合法研制了一种抗超高温配位键合型低聚物降黏剂AA-AMPS-TA,并通过正交实验明确了PAAT的最优合成条件。表征并评价了PAAT的降黏性能,结果表明:引入TA后,PAAT的红外光谱出现了源于酚羟基的分子内氢键吸收峰,且因其分子结构中引入了大量苯酚基团,显著提升了热稳定性,分解温度接近500℃;PAAT可降低低浓度膨润土浆和7%膨润土+8%高岭土的高浓度混合黏土浆黏度,在高密度水基钻井液体系中降黏率达26.5%,240℃热滚后降黏率达44.4%。采用Zeta电位与粒径分析验证了PAAT的吸附降黏机理,并在蓬深101井中现场应用,控制了井浆高温下黏度、切力增涨,降黏效果良好。

摘要：针对水平井尾管导向钻井技术存在的钻机旋转系统负载大、地面扭矩传动效率低、使用与维护成本高等问题,提出了水平井双管柱尾管差速旋转钻进新方法,揭示了相应的技术原理,设计了双管柱差速旋转传动、复合旋转导向及悬挂器等井下专用工具,优化了相关工艺流程;提出了导向钻具组合工具面控制方法,建立了水平井双管柱尾管差速旋转钻进延伸极限计算模型。结果表明:水平井双管柱尾管差速旋转钻进技术配备常规随钻测量仪器和螺杆钻具,通过调节钻柱转速可以控制导向钻具组合的工具面,实现了水平井双管柱尾管差速旋转导向钻进;基于鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气水平井工程案例计算水平井双管柱钻进延伸极限,与常规尾管钻井方式相比,采用双管柱尾管差速旋转钻进方式显著增大了水平井延伸极限,为水平井尾管完井与钻井一体化设计控制提供了参考。

摘要：为揭示页岩纹理特征与破坏强度之间的作用机理,利用黏聚力单元法建立了巴西劈裂三维数值模型,研究了纹理角度和纹理强度对页岩破坏模式和抗拉强度的影响,并利用声发射分布特征精确分析了裂纹演化过程。研究结果表明:巴西劈裂数值模拟结果与试验结果基本一致,利用黏聚力单元法可以准则预测页岩破坏行为;纹理角度和纹理强度耦合作用下页岩试样破坏模式分为6种;中心破坏的页岩试样,声发射能量–位移曲线以单峰值分布型为主,拉伸剪切复合破坏的页岩试样,声发射能量–位移曲线以多峰值分布型为主;页岩试样抗拉强度各向异性显著,相同纹理角度下,纹理强度越高,主裂纹越接近加载直径方向,试样抗拉强度越大。研究结果进一步揭示了深层页岩破坏机制,为页岩储层压裂设计提供了理论依据。

摘要：水平井煤层伤害后渗透性差、常规分段水力射流间距长,为提高近井壁煤层渗透性,优化设计了弹簧-液压式封隔器与注液短节,提出了以筛孔为喷嘴的煤层气水平井筛管密集分段径向射流增透方法。建立了单个筛孔径向射流破岩计算模型和近井壁煤岩增透渗流增量比计算模型,优化设计了筛管孔密、筛孔出口流速和射流排量,分析了井壁煤岩固相侵入带与滤液侵入带的渗透率比值Kγ、固相侵入带深度Hs对渗流增量比的影响规律。研究结果表明,弹簧-液压式封隔器采用了无骨架式胶筒、径向滑块和强力弹簧设计,解决了密集分段径向射流工具在筛管内的高频次封隔稳定性难题,实现了煤层气水平井筛管完井与射流增透一趟钻;在Hs=3.5 cm、Kγ=0.01条件下,筛孔径向水力射流间距减小为筛孔间距0.05 m,水平井段煤岩渗流增量比增加5.5%,实现了煤层水平井段密封分段径向射流增透作业。研究结果为解决采用筛管完井的煤层气水平井储层伤害难题提供技术指导,为近井壁煤岩增透作业提供理论支撑。

摘要：测距精度是影响救援井与事故井连通的关键因素。为提高基于注入电流主动磁测距系统的测量精度,分析了各介质中的电场分布情况,建立了事故井套管电流密度分布模型;通过分析事故井套管电流密度的分布规律,建立了基于测点处磁感应强度最大原则的电极与探管最优距离计算模型,并且通过与试验结果对比验证了模型的有效性。实例计算表明,电极与探管的最优距离不仅与电极到事故井的距离有关,也与相对井斜角有关,但与注入电流的强度无关;事故井套管电流密度的峰值点距事故井坐标点的距离,近似等于电极到事故井探管的距离;电极与探管的最优距离,近似等于电极到事故井距离与相对井斜角余割的乘积。研究结果表明,合理设计电极到探管的距离,有利于提高基于注入电流主动磁测距系统的测量精度。