分支井连接段有限元建模与分析

分支井作为一种能够更加有效地开采油气藏的钻井技术,在国内外已经得到普遍推广。然而在应用该技术的实践中也遇到了一些新的难题,井壁稳定性就是其中之一。在前人研究的基础上,采用有限元方法建立分支井连接段的三维模型,综合考虑各向异性地应力,流体对岩石骨架的影响和方位角、倾角变化等,得出连接段附近的应力–应变和渗流场分布规律。并根据摩尔–库仑准则,利用有限元后处理程序图形化了井壁稳定的预测情况。分析结果表明：当支井方位角为90◦,即与最大水平主应力平行时连接段井壁最稳定;井眼直径和连接段位置深度对井壁稳定性影响较小;后期生产压差过大也会增大裸眼完井井壁失稳的可能性。     

基于COMSOL的钻井次声液面监测模拟

在钻井过程中为了实现溢流早期监测，需要实时测量井筒内液面深度，回声测距是目前常用的液面监测方法。本文基于COMSOL软件，模拟了钻井液面回声监测，该模型耦合了一维管道声学和三维压力声学，并采用参数化建模，通过控制变量方法对比分析声波频率、激发压力、管道压力、液面深度等因素对回声信号的影响。结果表明：声波频率在特定管道系统中存在最佳值，超过该值后，频率越高，信号衰减越快；激发压力越高，获得越强回波信号，可显著提升测距量程；液面深度过浅，激发波与回波重叠，会导致后期识别困难；液面深度过深，回波较弱，低于设备灵敏度。为钻井液面监测次声波传播机理分析提供了一种新的方法和思路。     

基于响应曲面法的割缝筛管结构参数优化

割缝筛管完井是目前国内外出砂地层普遍使用的一种完井方式，随着服役数量和服役年限的增加，筛管失效问题也日益凸显。本文基于弹塑性理论，建立了割缝筛管三维参数化FEM模型，研究了在大地围压作用下筛管的缝长、缝间距、周缝数对筛管强度和过流能力(生产能力)的影响规律。试验选用三因素两水平的响应曲面分析法，得出了高应力区域体积和过流面积二次多项式数学模型。结果表明：缝长与高应力区域体积和过流面积成正比；周缝数与高应力区域体积成反比，与过流面积成正比；缝间距与高应力区域体积和过流面积成反比。在限定条件下，布缝参数选择缝长小于70 mm、缝间距大于15 mm，周缝数大于60条，可同时获得较强的力学性能和较好的过流能力。研究结果为优化割缝筛管布缝参数提供了理论依据。