深井和超深井钻井井身结构设计方法

根据深井钻井的特点以及钻井施工对井身结构设计的特殊要求,在传统井身结构设计方法的基础上,提出了井身结构设计的自下而上和自上而下二步设计法,并建立了相应的井身结构设计数学模型。自下而上设计法可用于计算每层套管的最浅下入深度,自上而下设计法可用于计算每层套管的最深下入深度。二者相结合使井身结构设计方法更趋合理。     

压力不确定条件下套管层次及下深确定方法

对压力信息具有不确定性的井,利用概率分析方法确定地层压力预测模型中参数的概率分布状态,通过直接理论计算或蒙特卡洛方法得出含有可信度的地层压力剖面;利用压力约束准则得出具有町信度的安全钻井液密度窗口,提出依据含有可信度压力剖面的自上而下和自下而上的井身结构设计方法.该方法避免了传统设计方法对关井井涌和压差卡钻深度进行试算和验证的过程,可得出连续的套管层次及下深范围,实例井的实际下深均在设计范围内,预测效果较好.     

深水钻井井身结构设计参数的选取

深水钻井具有自然灾害多、安全作业窗口窄、完井井眼大的特点。在实际工程设计中面临着套管下入层次多、可选尺寸少等问题,增加了深水井身结构设计的难度;因此在实际工程中特别需要更科学的井身结构设计方法。鉴于目前海洋钻井手册井身结构设计采用的设计参数是陆地钻井的经验值,缺乏对深水作业特点的考虑,因此十分有必要研究这些参数对于深水的适用性,以避免因设计不合理而造成的井下事故。在充分考虑深水钻井特点的基础上,给出了深水油气井井身结构设计参数的选取办法及推荐值;与传统的井身结构设计方法相比,深水井身结构设计还要考虑深水作业过程中隔水管解脱的工况,以及当量循环密度、井涌余量等参数的影响。研究对陆地及浅海钻井井身结构设计也具有一定的借鉴作用。     

井身结构优化设计及配套技术研究

井身结构设计是钻井工程的基础设计。要实现科学、优质、经济、安全地钻井作业,取得预期的钻探目的和经济效益,最重要的前提就是要有合理的井身结构。井身结构优化设计,就是对下入井中的套管直径、深度、层数以及井眼直径、管外水泥上返高度等油气井构成元素做出最优的选择。在工程设计过程中,综合考虑地质分层、地层压力、油气层位置、固井质量、钻井液性能等因素,对其井身结构进行一系列筛选与优化,得出合理方案。本文通过对国内外井身结构优化设计调研与分析,对深井、水平井等井身结构设计原则,设计系数以及主要的设计方法等进行了主要对比和论述。     

万米科学超深井钻完井现状与展望

 概述了美国、苏联、德国、日本、冰岛、中国及其他国家科学钻探工程项目情况，指出了万米科学超深井钻完井存在的难题，主要包括地质条件复杂、地层温度高、钻井周期长、井斜控制难、井身结构设计困难、超长钻杆柱适应性等问题。针对存在的难题，分析了地质工程一体化技术、高效破岩技术、高温钻井液技术、高温固井技术、井身结构设计优化技术、精细控压钻井技术、复合钻柱设计技术、膨胀套管技术、井斜控制技术、激光钻进技术、钻井工程自动化及信息集成技术、钻井工程智能化技术、钻井工程无人化等关键技术在万米科学超深井钻完井中应用的发展趋势。     

俄罗斯钻井专家来我院作超深井技术报告

<正> 俄罗斯钻井专家B.C.巴索维奇于1992年5月16日来我院进行了三天的学术报告及讨论.主要内容包括:1)取芯钻进和全面钻进用标准钻柱下部结构;2)井身结构及主要钻井工艺技术;3)井底马达、取芯工具、钻头;4)钻具、铝合金钻杆的应用,套管柱设计及高强度套管的设计;5)防止超深井井筒发生自然变形的理论方案、技术措施和操作工艺;6)检测井底渗透(钻头负荷及转数)的遥控系统;7)计算机控制钻井过程等内容.     

苏里格气田区小井眼二开水平井优化设计

小井眼二开水平井具有周期短、节省钻井成本的优点,但在钻进过程中会出现的井眼轨迹控制难、机械钻速慢、井壁易垮塌和易发生井漏等问题,针对上述问题对小井眼水平井进行井身结构设计、井眼轨道优化设计、钻具组合优选、钻井液配置。井身结构的设计采用自下而上的设计原则,确定井身结构为小井眼二开水平井,二开结构可以减少下钻次数,缩短钻井周期;井眼轨迹设计采用五段制中的“直-增-稳-增-水平”井眼轨道设计,增加稳斜段弥补造斜不足的问题;井眼轨迹的控制应用旋转导向钻井技术,提高井眼轨迹控制准确度;最后对钻井液进行研究分析,优选聚合物钻井液提高井壁稳定性。解决了井眼轨迹控制、机械钻速慢、井壁稳定问题。     

冀东浅海探区隔水导管入泥深度研究

隔水导管是海洋钻井关键部分,确定合理的下入深度对于安全钻完井作业具有非常重要的意义。冀东浅海探区导管的入泥深度通常是根据经验确定,一般为泥面以下50m,存在一定的盲目性。本文根据隔水导管轴向受力分析,建立了隔水导管极限承载力计算模型,并利用VB语言编写程序根据地层性质计算隔水导管的最小入泥深度。同时为了验证计算结果的可靠性,对隔水导管贯入地层过程进行了室内模拟实验。实验表明：极限承载力计算值和实验值偏差在10%以内,说明建立的计算模型可靠性高,可用于冀东浅海探区单井隔水导管的最小入泥深度设计。     

某水平井钻井方案设计

依据现阶段水平井钻井工艺技术,在注重设计原则、设计依据的条件下,最大限度地优化设计,主要从钻机选型、井身结构设计、钻具组合、钻进参数优选、水平井井眼轨迹控制等方面对水平井钻井提供最佳方案,对钻井开发有一定的借鉴意义.     

油气井下套管遇阻研究现状与展望

套管作为沟通地面与油气藏的通道,能否顺利下入到预定深度关系着钻完井的成败。随着油气勘探开发向超深层、非常规、深水等复杂领域进军,下套管作业面临的环境更加复杂,套管下入遇阻问题时有发生,严重增加了钻井作业的非生产时间。聚焦油气井套管下入遇阻研究最新进展,介绍了套管下入遇阻的主控因素。针对如何预测、预防和解决套管下入遇阻问题,从套管可下入性理论、卡套管事故预防、辅助下套管工艺和工具等4个方面分别进行了总结和讨论。最后,基于上述分析对油气井套管下入遇阻的未来研究趋势进行了展望。     

基于含可信度地层压力剖面的精细井身结构设计方法

对现有深井井身结构设计中安全密度窗口约束条件进行分析,发现井涌允量、破裂压力安全系数、抽吸压力系数等经验性安全系数的取值较为保守,且没有考虑循环钻进时防漏的约束条件,这对深井尤其是下部安全密度窗口窄的井钻井不利。通过引入含可信度的地层压力剖面以及附加钻井液密度和抽吸压力的计算分析,使安全密度窗口的上下限得以精确确定,在此基础上加入考虑环空压耗当量密度的约束条件,并给出迭代计算方法,解决了环空压耗计算中需要井身结构参数的难题,避免了深井循环钻进过程中的井漏问题,进而形成了一套基于含可信度地层压力剖面的、适用于深井的精细井身结构设计方法,可以有效避免深井中由于钻井液密度设计不合理导致的井下复杂事故的发生,且其设计结果具备一定的风险控制功能,有利于结合现场实际对设计进行风险控制。     

Combining Diagnosis of the Casing and Tooljoint Wear in Mud Fluid While Drilling

A ground monitoring system was developed to diagnose casing and tooljoint wear in a well during drilling by combining the analysis of wear debris with detection of the tooljoints. The result shows that the wear debris concentration in the circulating drilling mud in a well reflects the total wear rate of the triboelements in the well, while the wear detection of a tooljoint can indicate its wear loss between two contiguous times of drill-pipe lifting. A diagnosis method that integrates the two types of information was developed to identify severe wear regions in well casing. Theoretical analyses and field test show that the severe casing wear region can be located relatively accurately by the integrated method. This method presents a new ground casing wear diagnosis approach with good real-time results.     

元坝超深水平井井身结构优化与轨迹控制技术

元坝气田是世界上埋藏最深的海相酸性气田,其长兴组主力气藏具有埋藏超深、高温、高压、高含硫化氢、储层薄横向变化大、气水关系复杂等特征,常规直井、定向井产量低,方案设计采用水平井开发。该区钻井面临“硬、塌、卡、漏、喷、毒”等挑战,复杂事故多,施工难度大,安全风险高。为此,从地层三压力特征和实钻资料分析入手,研究提出利于封隔复杂井段的五开制井身结构方案和利于轨迹优化调整的常规定向钻具组合设计。所形成的井身结构优化和轨迹控制技术已成功应用于10 口超深水平井,保证了方案部署井的安全顺利实施,实现了优快钻井和水平段长穿优质储层的目标,完钻井测试均获得了高产,创造了多项国内外钻井工程新纪录。     

多扶正器套管串在弯曲井段下套中的摩阻分析

在塞平－１井固井工艺设计中，为提高固井质量，大斜度进段和水平段采用了多扶正器套管串结构．多扶正器套管串在弯曲井眼的下套过程中，一方面由于井眼的空间弯曲，另一方面由于扶正器的存在增加了套管串的刚度，会使套管串在弯曲井段内所受的井壁支持力和摩阻升高，容易发生硬卡和自锁，增加了下会难度．本文针对这一问题，从力学理论出发，研究了多扶正器套管串在弯曲并段下套过程中的摩阻，给出了由于井眼弯曲造成的附加支持力和附加摩阻计算公式，并采用这些公式对塞平－１井１３９６ｍ～１４７６ｍ弯曲并段内扶正器套管串和摩阻进行了理论预测，该预测结果与后来的实测资料较一致．文中还从强度、刚度、固并质量、预防硬卡和自锁等方面综合考虑，对塞平－１井弯曲井段多扶正器套管串结构的适配性进行了理论分析，提出了套管、扶正器选型和合理搭配的建议，为套管器结构设计提供了理论依据．     

一种求解带有机匣处理装置叶栅流场的数值方法

提出了一种数值计算带中有各结构机匣处理装置叶栅流场方法，采用圆柱坐标系下无粘定带方程组，以及参数周向平均概念，推导出新的控制方程，在子午面上有限元法进行了数值计算，选择３种典型结构的实壁机匣，周向槽处理机匣，轴向缝处理机匣为算例，并与稳态实验量结果作定量对比，发现符合较好，为分析机匣处理的扩稳机理提供了理论基础，也为工程设计机匣处理装置提供了新的数据计算工具。     

两个不准确条件下的水平井轨道设计

目标垂深的不准确和工具造斜率的不准确,在水平井钻井中是普遍存在的.这使水平井井眼准确进入目标窗口的难度大大增加,甚至导致脱靶.本文按照这两个不准确是否存在。提出四种组合情况,并针对每种组合情况提出解决不准确问题的基本思路和方法.研究表明,用对应于最低造斜率的曲率半径和窗底可能滞后的最大垂深来计算第一造斜点的垂深和窗心水平位移;采用双增轨道,设计出最佳稳斜角,在钻进中及时发现标志层或油层顶界面等方法,可以解决两个不准确问题.本文推导了整套设计的计算公式.并给出了算例.     

大位移井顶替效率最优的套管居中度设计方法

在实际井眼中,由于存在重力效应,造成套管偏心的形式有两种:一是套管贴向下井壁的整体偏心;二是扶正器间的套管屈曲变形产生的局部偏心。这两种偏心都极大地影响套管的居中度,在大位移井中体现得更为明显。在分析SY/T 5334—1996中居中度标准由来的基础上,得出目前国内采用套管居中度标准的局限性,引入最优顶替效率情况下的极限偏心距理论,建立极限偏心距条件下的套管居中度计算模型,并分析各因素对套管居中度的影响规律,提出利用极限偏心距理论和国标对大位移井套管居中度进行综合优化设计的思想,提高大位移井的套管居中度,满足水泥浆的顶替效率需求。结果表明:适当提高水泥浆动切力、降低钻井液动切力及提高水泥浆与钻井液的密度差的方法可以弥补井斜角对套管居中度的要求,但在90°的水平井段改变密度差的方法不适用。     

窄安全压力窗口地层精细控压下套管技术研究

针对窄安全压力窗口地层下套管存在高漏失风险的问题,以瞬态波动压力为基础,建立了窄安全压力窗口地层下套管过程井筒压力控制模型,进而提出了精细控压下套管方法。利用瞬态波动压力模型进行了下套管过程波动压力敏感性分析,结果表明,套管下放速度越大、套管下入深度越深、钻井液密度越大、环空间隙越小,下套管引起的井底波动压力越大。精细控压下套管实例应用表明,该方法既能保证套管下放速度,又能有效避免窄安全压力窗口地层下套管漏失的发生。此外,通过实例对比精细控压下套管与常规下套管发现,套管下放到井底附近,采用常规方法下套管时套管下放最大速度调节范围非常窄,很难将井筒压力维持在安全压力窗口内。     

巴什托构造井身结构优化设计研究

巴什托构造是巴麦地区主要勘探区块之一。该构造工程地质条件复杂,多套压力系统并存,前期探井多采用的四层次井身结构设计方案,在实施过程中常有涌、卡等井下复杂情况的发生,明显减缓了钻井速度,增加了钻井成本。在已钻探井的基础上,通过对邻井地层岩性、测井和实钻资料进行统计分析,以BX井为例,对此构造的地层岩石力学参数进行了分析研究。优选地层压力预测方法并建立了其地层压力剖面和安全钻井液密度窗口,结合地层岩性条件综合提出了改进后的五层次井身结构设计方案,并进行了优选和对比分析。通过实钻资料对比,改进后的井身结构更为合理,能够避免下部井段易卡的复杂情况的发生。后续施工的三口井均采用了优化后的井身结构设计方案,取得了良好的效果,减少了井下复杂事故的发生,节约了钻井成本,提高了钻速。