基于能量法的定向井中造斜段下凹管柱屈曲临界载荷分析

运用最小势能原理导出定向井造斜段下凹管柱屈曲载荷计算公式。以常见管柱参数为例,编制了相应的MATLAB程序,计算了不同条件下管柱屈曲临界载荷,分析了井眼曲率半径、平均井斜角、油套径向间隙对管柱临界屈曲载荷的影响。分析结果表明:定向井造斜段下凹管柱屈曲临界载荷随井眼曲率半径的增大呈指数递减趋势,随平均井斜角的增大而指数递增;管柱壁厚的增加会提高管柱抵抗屈曲变形的能力,但这种影响会随井眼曲率半径、油套管径向间隙的增大而减小。本文研究结果可为定向井射孔、试油、改造及完井投产管柱组合及下入提供参考。     

水平井段管柱屈曲与摩阻分析

利用有限差分法和Newton迭代法 ,计算了斜直井段管柱螺旋屈曲临界力、沿螺旋段分布的管柱与井壁接触力以及后屈曲平均侧向接触力。分析了钻杆接头对水平井段钻柱屈曲临界力和弯曲应力的影响 ,提出了计算钻柱正弦屈曲临界力的新方法。结果表明 ,当轴向压力较小时 ,钻杆接头引起钻柱弯曲应力 ;当轴向压力较大时 ,接头会抑制螺旋屈曲的发生 ,降低钻柱的弯曲应力。另外 ,给出了水平井段钻柱出现反转的判别式。     

垂直井筒内悬挂管柱屈曲演变有限元分析

摒弃常规方法中管柱屈曲挠曲线的假设,建立垂直井筒内悬挂管柱的几何和接触双重非线性力学模型,虚拟较大的阻尼比,进行有限元计算。采用正向加载法得到管柱稳定的连续接触的螺旋屈曲构型;采用逆向加载法,根据螺旋屈曲构型,逐渐增加悬挂拉力,进行屈曲演变分析;并分析摩擦力和管柱长度对临界载荷的影响。结果表明:螺旋屈曲向正弦屈曲转变是突变的过程,屈曲模态构型包括螺旋屈曲构型、刚螺旋屈曲和正弦屈曲。摩擦力对临界载荷的影响甚微。随着管柱长度增加,各阶屈曲模态的临界载荷均逐渐减小并趋于常值。此方法适用于斜井、曲率井和水平井管柱的屈曲过程分析。     

水平井眼中管柱变形方程的实验仿真

以已有的三维井眼中管柱正弦屈曲和螺旋屈曲行为分析模型软件为基础，根据物理相似原理，设计了井眼中管柱屈曲变形的小尺寸模拟实验装置．通过改变管柱变形微分方程中包含的无因次轴力β、无因交摩擦及数γl和无因次轴力分布系数γ2的值，利用该装置对管柱在水平井中的临界载荷、载荷传递效率、变形效应等进行模拟实验．试验结果表明：粘压传递、位移与载荷的实验结果与理论计算值之间的最大差值不超过10％，临界屈曲载荷的理论值与实验值之差不超过6％．本文的结果可为修正理论模型提供指导，使理论模型能更好地指导现场的油井管柱施工作业．     

水平井下套管摩阻分析计算

通过分析带扶正器套管柱的受力与变形,导出了套管柱在水平井中的摩阻计算模型。模型考虑了管柱单元体的刚性效应及套管扶正器的影响,同时对实测井斜数据进行平滑和插值处理。在克拉玛依油田的试验水平井HW701中用该模型开发的软件预测了完井套管柱下入的摩阻力和井口载荷,预测结果与实测结果吻合较好。     

塔河超深水平井分段压裂管柱力学分析方法

塔河油田顺托顺南区块奥陶系油藏储层属于超高温超高压超深的缝洞型油藏,由于直井难以实现高效开发,需要采用水平井分段改造技术,实现一井多缝洞体同时开发以提高效益。针对超深水平井压裂管柱温度高、施工压力大,受力复杂等特点,建立了超深水平井分段压裂管柱力学分析模型,并根据不同压裂阶段受力特征,提出了不同压裂工况下管柱力学分析方法。依据所建立模型,以塔河油田顺南某井为例,对分段完井管柱设计进行了不同压裂工况下受力分析,针对发现问题进行了管柱优化,提高了管柱安全性能。分析结果也表明,该模型为超深水平井分段压裂管柱安全校核和优化设计提供了理论依据和方法。     

水平井眼中管柱变形方程的实验仿真

以已有的三维井眼中管柱正弦屈曲和螺旋屈曲行为分析模型软件为基础 ,根据物理相似原理 ,设计了井眼中管柱屈曲变形的小尺寸模拟实验装置 .通过改变管柱变形微分方程中包含的无因次轴力 β、无因交摩擦及数 γ1和无因次轴力分布系数 γ2 的值 ,利用该装置对管柱在水平井中的临界载荷、载荷传递效率、变形效应等进行模拟实验 .试验结果表明 :钻压传递、位移与载荷的实验结果与理论计算值之间的最大差值不超过 1 0 % ,临界屈曲载荷的理论值与实验值之差不超过 6% .本文的结果可为修正理论模型提供指导 ,使理论模型能更好地指导现场的油井管柱施工作业     

宁东工区二级结构水平井固井工艺应用现状与分析

为进一步提高钻井效率,宁东工区二级结构水平井二开直接钻进至B点完钻,采用水平段下入筛管（或裸眼）＋套管的管柱结构,应用管外封隔器（或水泥伞）将水平段与A点上部地层分隔开来并通过分级注水泥器实现上部注水泥作业。该文通过6口井的应用实验,总结分析了该工艺技术的工艺难点,提出了提高二级结构水平井固井工艺可靠性的技术措施。     

深层水平井机械坐封过程力学精细描述

目前现场机械坐封井口悬重释放值的选取主要依赖经验。针对深层水平井，经验参数保守易造成封隔器受损，严重影响坐封效果和测试作业安全的问题。基于机械坐封原理，充分考虑井眼轨迹、管柱屈曲摩阻及管柱变截面的影响，结合三维软杆模型，建立了深层水平井机械坐封过程的管柱力学分析模型；将该模型应用于现场某深层水平井机械坐封悬重释放值的设计，计算结果与现场实测误差为7%，验证了模型的可靠性。参数敏感性分析表明：测试管柱轴向受载主要受管柱的井眼轨迹摩阻与屈曲摩阻影响；增大油套管环空间隙与有效轴向压缩力会使屈曲加剧；严重的屈曲将使管柱锁死，导致释放的悬重不能有效传递；封隔器位置决定了坐封阶段井眼轨迹导致的摩阻力大小，位置越靠近井底，管柱摩阻与屈曲摩阻将进一步增加，最终降低坐封效率。     

大港油田大位移钻井技术研究与实践

针对大港油田大位移井存在的摩阻和扭矩大、轨迹控制难度大、井壁稳定难度大、长裸眼段下套管难度大、井眼净化要求高等技术难点,研究制定了一套大位移水平井钻、完井技术。论述了大位移水平井实施中的井眼轨迹设计技术、导向钻井技术、漂浮下套管技术、高润滑强抑制的优质钻井液技术、摩阻扭矩预测及监测技术等,已钻成的3口大位移水平井的水平位移与垂深比大于2,其中庄海8Ng-H1井的水垂比为2.74,水平段732 m。实践证明,该套技术在大港油田是完全可行的。     

点坝内部构型与井网匹配性研究

基于港东油田构型地质模型,开展了曲流河点坝侧积层与注采井网的匹配性研究,分别研究了直井、水平井
及侧钻水平井的井网模式对开发效果的影响。研究表明：在采用排状注采井网的情况下,注采井数比低、井排垂直侧
积层的注采井网开发效果好。水平井开发时,水平段与侧积层正交时将会取得最佳的开发效果。采用侧钻水平井挖潜
时,水平井段与注水井间应保持一定距离,本次研究中,注水井和水平井之间相隔3 个侧积层且水平井段与侧积层成
45 度角斜交时剩余油挖潜效果最好。根据研究区的研究成果,分别从注采井网完善、水平井及侧钻水平挖潜3 个方面
将研究成果进行了应用,取得了较好的增油效果。     

塔河油田同心随钻扩眼钻柱动力学研究

老井侧钻是解决塔河油田含水率增加的主要技术,但井眼直径变小会对后续作业产生很大的影响,应用随钻扩眼技术可以解决此问题。但也存在钻柱动力学稳定性差、扩眼效果不理想和钻速低等问题。基于弹性力学理论及有限元分析方法,考虑弯曲井眼中钻柱受力、钻柱结构和领眼钻头与扩眼工具处钻压扭矩分配等因素的影响,由该区一口实例井扩眼参数建立了侧钻井同心随钻扩眼钻柱瞬态动力学模型。并研究BHA在小井眼中的运动状态,全钻柱关键位置动应力变化、井口轴向力、井口扭矩、钻柱轴向加速度和钻柱等效应力随加载时间的变化,模拟结果可为研究同心随钻扩眼钻柱的动力学性能和优化随钻扩眼施工参数提供了理论支持。     

水平井多封隔器管柱力学分析及安全评价

针对水平井多封隔器管柱在井下多种载荷的共同作用下易引起管柱失效的安全问题，基于力学研究中的多杆件的多次超静定结构，引入力法对多封隔器之间管柱进行受力分析，同时考虑温度效应、活塞效应、鼓胀效应和螺旋屈曲效应的影响，建立考虑多封隔器影响的轴向力数学模型；在此基础上建立多封隔器管柱力学安全强度评价准则和封隔器控制信封失效判断方法，对现场水平井多封隔器管柱进行力学分析和安全评价。研究结果表明，建立的考虑多封隔器影响的轴向力数学模型计算结果大于常规不考虑多封隔器影响时轴向力，若不考虑多封隔器的影响将低估多封隔器管柱的轴向力，而造成管柱受力危险；同时对管柱危险位置和封隔器进行安全评价，得到了酸化作业时油压和套压的综合控制参数，以期为水平井多封隔器管柱安全工作参数的优化设计提供理论依据。     

致密砂岩气藏钻完井关键技术研究进展

 从20世纪70年代开始,美国致密砂岩气藏的广泛开发受到了普遍关注,在致密砂岩气藏钻、完井等方面形成了一系列成熟的先进技术,井型设计从最初的单一直井发展到水平井、丛式水平井,最长水平段超过3000m;布井方式也从单口井钻井转变为工厂化钻井,提高了施工效率;钻井提速采用欠平衡钻井、控压钻井、优质钻井液等技术,实现了长水平段水平井安全、快速钻井;完井技术由常规酸化发展为大型分段压裂技术,改造级数最多超过60级,单井产量提高45%以上,实现了致密砂岩气藏低成本、高效益开发。根据中国致密砂岩气藏储层特征,先后在长庆、吉林等油田进行了丛式水平井工厂化钻井和长水平段加砂分段压裂改造技术的试验应用,钻井最长水平段为2800m,改造级数最多已超过25级,单井成本节约100万元以上,产量是直井的3～10倍,取得了显著的应用效果。这些配套技术的形成推动了中国致密砂岩气藏钻完井技术的进步,对加快中国致密砂岩气藏开发步伐具有重要的指导意义。     

考虑扭矩影响的弯曲井眼内钻柱屈曲特性分析

分析了弯曲井眼内钻柱屈曲特性,推导了考虑扭矩影响下的弯曲井眼内钻柱屈曲微分方程和屈曲临界载荷计算模型。针对ϕ215.9 mm井眼内的ϕ127.0 mm钻杆,建立了增斜和降斜井段钻柱的有限元模型,对比分析了考虑和不考虑扭矩影响时的钻柱屈曲特性。结果表明,钻柱正弦屈曲构型与扭矩无关,而只与钻柱所受轴向载荷有关,扭矩对螺旋屈曲构型影响较大。数值模拟得到的弯曲井段不同造斜率下的钻柱屈曲临界载荷与解析解的相对误差在15%以内,证明了数值模拟的可靠性。弯曲井眼内施加扭矩后,螺旋角位移增大,正弦和螺旋屈曲临界载荷降低。钻柱正弦屈曲形态变化较小,扭矩对螺旋屈曲变形的影响更大。增斜井段钻柱从顶部开始发生正弦和螺旋屈曲,钻柱底部保持平衡状态;在降斜井段,不考虑扭矩时,初始正弦和螺旋屈曲均首先出现在钻柱下部,考虑扭矩影响时,降斜段初始正弦屈曲出现在钻柱上部,初始螺旋屈曲同时出现在钻柱上部和下部。相对于增斜段,降斜段钻柱屈曲临界轴向载荷非常小,说明增斜井段发生屈曲的可能性相对较小,降斜井段则很容易发生屈曲。结果有望为水平井、大位移井弯曲井眼内钻柱设计、屈曲控制与强度校核提供参考。     

钻柱抗弯强度分析

钻柱强度分析是钻具设计和选材的重要依据，对大中曲率水平并，抗弯强度是下部钻具强度分析中的首要问题．本文对弯曲并段内钻柱的抗弯强度进行了研究，给出了钻柱抗弯强度和极限转角的计算公式．提出了钻柱设计的极限转角准则：γｍａｘ＜β１／ｎｓ．文中计算了塞平－１井二开和三开段内所用钻铤的极限转角，并进行了抗弯强度校核，结果表明，所选钻柱满足强度要求．     

定向井的多层分注管柱串通过性分析

随着定向井注水层数增多,多层分注管柱串的通过性分析,是施工过程中确保油井安全、防止管柱失效的主 要方法,严重影响井下分注工艺的成功实施。以多个封隔器和配水器（5 个工具以上）组成的多层分注管柱串整体为分 析对象,充分考虑井眼轨迹、曲率、井径、地层摩阻、套管直径等因素的影响,采用力法和位移法,结合能量和动力学分 析方法,在三维空间下,分析管柱串与套管内壁之间的摩擦阻力与管柱串整体通过能力之间的关系,建立了一种可用 于定向井至水平井的多层分注管柱串在起下过程中的动态载荷和受力剖面模型,在井筒的最大曲率处,比较管柱串下 端的轴向作用力与摩擦阻力,从而实现对多层分注管柱的通过性分析。最后结合工程实例,对多层分注管柱串进行了 通过性和安全性分析,给现场作业提供了良好的工程指导。