基于改进蚁群算法的钻进参数优化

在钻井过程中,为了使钻进过程达到最优的技术和经济指标,需要选择合理的钻进参数。针对单目标钻进参数优化的局限性和不足,通过分析钻进参数之间的相互关系,综合考虑多个目标(如机械钻速最大、钻头寿命最长及钻头比能最小)建立一定约束条件下的多目标优化模型,实现最优的钻压-转速配合。采用改进的蚁群算法进行钻进参数优化,在具体的钻井实例中进行仿真,并将仿真结果与其他经典优化算法的结果进行对比分析。实验结果进一步证明了该模型和算法的有效性和实用性,为蚁群算法在钻进参数优化研究中的应用提供了理论依据。     

姬塬油田长8油藏高效钻井技术

姬塬油田采用的由PDC钻头＋单弯螺杆＋短钻铤＋扶正器组成的＂四合一＂钻具组合,具有提高造斜点,缓增斜稳方位,从而延长复合钻进井段,减少滑动调整等优点,大幅度提高了丛式定向井井眼轨迹控制能力和防碰绕障能力。使用这种钻具组合可一次性完成直井段、定向造斜段、增斜段、稳斜段的钻井作业,实现了使用一只钻头、一套钻具组合、一趟起下钻打完一口井的高效钻井。同时对钻井液和完井液体系做了改进：浅表层钻井液以防漏为主。二开钻井液以防塌为主。在打开主力油层前50m将聚合物钻井液预转化为低固相分散型钻井液。在打口袋或者完钻循环时,使用适量CMC,SM-1,RSD-4,白土配制稠浆清扫井底,之后按照特定配方整体处理钻井液。     

焦石坝区块钻井技术与应用

焦石坝气田目前探明储量达2.1万亿方,其勘探开发已进入快速发展阶段,但该区块存在地层复杂,稳定性差,一垮塌,富含硫化氢,导致钻头选型以及井眼轨迹控制困难。通过优选合适与焦石坝钻进的钻PDC钻头,优化钻具组合,应用油基钻井液完成水平段钻进,达到了提高钻井速度,缩短钻井周期的目的,为该区块优化高效钻井提高参考。     

水平井钻头上下倾钻进方向及位置的实时确定

确定钻头上下倾钻进方向及其在目标层中的位置是水平井地质导向钻井中的一个重要问题。介绍一种基于MWD和LWD测量信息实时确定水平井钻井中钻头上下倾钻进方向及其在目标层中位置的实用方法。该法从地质导向几何理论出发,根据井眼轨迹上相邻两点连线到水平线的夹角与地层倾角的关系有效地判断与调整钻头的上行下行钻进方向,同时通过求取钻头离目标层顶界的距离h或对比随钻测井曲线与邻井电缆测井曲线来确定钻头在目标层中的位置。将该法应用于XJMB油田3口水平井的实时钻井中,明显地提高了地质导向钻井的能力,取得了良好的随钻跟踪地质目标效果。     

页岩气水平钻井延伸极限预测与参数优化

大位移水平井是页岩气开采的主要方式,其极限延伸的合理预测备受关注.针对涪陵地区的页岩气水平钻完井进行研究,借助钻井延伸极限预测模型,计算了不同工况下的钻井延伸极限,分析了钻机性能、钻具组合、井眼曲折度、钻井液密度等因素对钻井延伸极限的影响.结果表明,滑动钻进模式是约束水平段延伸的主要工况,当摩阻系数比较高时,螺旋屈曲锁死导致无法钻达设计井深;高井眼曲折度限制了井眼延伸长度,钻进作业中要尽量减少轨迹调整次数,保证轨迹平滑;此外,邻井压裂作业可能导致正钻地层压力上升,会降低钻井延伸极限,需要对钻井液密度进行优化.该研究对页岩气水平钻井的设计及施工具有重要指导意义.     

井下增压器过滤方式及要求探讨

井下增压器是超高压辅助钻进技术实现的重要装备之一,本文在总结现有井下增压器中过滤装置的设计与布置状况基础上,针对增压器的过滤装置进行分析和探讨,目的在于探索有效的过滤方式,通过对进入增压器的钻井液中固相颗粒进行分离过滤,减缓其对增压器的磨损,以提高装备的寿命。文中分别针对环空钻屑提出了几种防入措施,特别针对钻井液中固相颗粒,提出了井下分离器与增压器串联布置,以及在增压器中内置旋流分离核心的两种旋流过滤方式,并进行对比讨论。本文为井下增压器过滤装置的设计以及增压器寿命的提升提供有益的探索方向。     

中原φ118mm小井眼侧钻井PDC钻头应用技术

套管开窗侧钻井是调整老油田开发层系、挖掘开发死油区和事故井恢复生产的重要措施。探索PDC钻头应用于侧钻井,对于解决单牙轮钻头机械钻速低、井眼缩小等问题,大幅度提高侧钻井的机械钻速,意义十分重大。通过现场十口井的钻井实践,在PDC应用条件优选、复合钻进、定向、安全保障措施等技术方面进行了有效探索,取得良好效果。     

深层水平井井眼净化技术浅析——以X10-1H井为例

探讨深层水平井钻井井眼净化问题.文章结合X10-1H井实际情况,分析了钻井液性能、井径扩大率、机械钻速、钻具转速、钻井液排量等对井眼净化的影响.提出优化钻具结构、合理调整钻井液性能、加强短程起下钻、选择合理的钻进方式和钻井速度以及研制破坏岩屑床的新工具新技术等井眼净化技术措施.     

高速旋转冲击钻井破岩数值模拟及现场实验

为提高深井地层破岩效率,提出螺杆高速旋转条件下配合井下冲击破岩工具的高速旋冲钻井新模式,通过数值模拟研究单个PDC齿在不同工况下岩石的动态破碎过程,并进行高速旋冲钻井现场试验。结果表明:在旋转冲击钻井中,钻头转速增加,钻头吃入地层深度减少,前进阻力增大且波动更为剧烈,岩石破碎效率提高;增大钻头上的冲击力,钻头吃入地层的深度增加,岩石破碎效率提高;增大钻头上冲击力频率,岩石破碎效率提高;螺杆钻具结合自激振荡式高速旋转冲击钻井工具形成的自激振荡式高速旋转冲击钻井技术提高了钻头转速,相对于单独螺杆钻进,提高了切削齿的吃深。     

空气钻井潜孔钻头气固两相流数值模拟

以川渝地区油气田现场空气钻井用潜孔钻头为模拟对象,根据实体模型、底部包络面和实钻井眼建立流场模型,采用RNG k-ε方程作为气相湍流模型,用拉格朗日粒子追踪法描述固相,进行潜孔钻头的旋流场数值模拟。研究结果表明:气相在喷嘴出口形成的扇形面积小,未完全覆盖钻齿,钻齿处岩屑携带效率低;转盘转速对井底流场影响很小;钻头中心区域和切削结构中部(径向狭长区域)存在回流;流量分配不均和回流影响携岩效率和钻进速度;借鉴PDC钻头水力结构的设计思路,在潜孔钻头每个切削结构中心位置增加1个喷孔,在潜孔钻头中心增1个中心喷孔,发现改进后钻齿上分配的气量明显增加,过流流速增大,钻头中心区域回流现象基本消除,改进后结构有利于及时清除岩屑,减少重复切削,可以提高机械钻速以及延长钻头寿命。     

陇东X平台页岩油水平井减摩降阻配套技术研究与应用

为降低陇东大偏移距页岩油长水平段钻井中管柱摩阻,提高钻井时效,在前期井眼轨道优化设计、钻井液体系优化的基础上,强化了基于轨道优化的钻具组合优选、钻柱扭摆滑动钻进,应用自研的钻井液信息技术智能分析系统实现了事故复杂预警和实时钻井液性能快速调整辅助决策,形成了陇东大偏移距页岩油水平井特色的减摩降阻配套技术。理论分析和现场实测摩阻对比分析表明,系列配套技术的实施,减摩降阻效果明显,提高了钻井时效。     

抗高温高密度油基钻井液体系静态沉降稳定性建模及优化

抗高温高密度油基钻井液可用于复杂地层钻井,利于井壁稳定,可用于钻大位移井、水平井、超深井等,但在高温状态下面临钻井液沉降问题。钻井液的沉降包括静态沉降和动态沉降,过去主要关注钻井过程中钻井液的动态沉降,但由于钻井液具有剪切稀释性,一般静态条件下沉降稳定性较好的钻井液体系在较高剪切速率下仍具备良好的稳定性,主要研究高温状态下油基钻井液体系的静态沉降稳定性。为使体系达到较好的静态沉降稳定性,以往对各类核心处理剂,乳化剂、有机土、重晶石和油水比的加量和配比只做出试探性调整,实验存在一定盲目性,不能确定实验周期。针对上述问题,分析室内和现场密度2.5 g·cm~(-3)柴油基钻井液流变参数与静态沉降密度差的相关性,建立数学函数模型;将模型反馈的流变参数值与实验结合起来,利用模型优化基础实验,调整处理剂加量至相应流变参数值,使体系静态沉降密度差最小;最终得到一组抗温190℃,密度2.5 g·cm~(-3)沉降稳定性好的油基钻井液体系。研究过程具有目的性,体系静态沉降稳定性建模方法和实验模型结合的方法为优化钻井液体系性能提供了一种新思路。     

不同煤体结构组合下井径扩径的钻进主控因素

煤层气井钻井时井径扩径严重程度直接关系到固井对煤储层的污染程度,最终影响煤层气井的产能;不同煤体结构组合决定了井径扩径的钻进主控因素不同。根据焦作矿区恩村井田不同煤体结构的测井响应曲线结合钻井取芯资料,得到不同煤体结构的声波时差值域;统计了各煤层气井不同煤体结构的厚度,划分出各煤层气井不同煤体结构组合及井径扩径严重程度;根据目前的主要钻进参数,系统剖析了不同煤体结构组合条件下的井径扩径的钻进主控因素。分析表明:煤体结构以I类煤为主时,钻井液密度对井径影响最大;煤体结构以II类煤为主时,钻井液密度、天然裂隙发育与最大水平主应力方向的关系对井径影响较大;煤体结构组合中有III类和IV类煤参与时,排量大小对井径的影响最大。     

钻进深度对煤矿水平井钻柱振动特性的影响

煤矿水平井钻柱在钻进过程中，随着钻进深度增加，钻柱在重力作用下与井壁产生复杂的碰撞接触，由此产生的托压效应更加显著，使得钻柱动力学特性随钻进深度增加而发生明显改变，进而影响钻柱的疲劳寿命。基于岩石-钻头-钻柱-井壁耦合动力学分析模型，通过有限元动态仿真，研究了钻进至不同深度下钻柱的纵向、横向和扭转振动特性，分析了钻进过程对钻柱振动特性的影响规律。结果表明：随着钻进深度增加，钻柱纵向跳钻现象呈现“平缓—剧烈—平缓”的趋势，横向扰动呈现“小范围蠕动—大范围扰动—小范围蠕动”的特点，扭转方向剧烈涡动占比呈现先增加后减小的规律，钻柱主要动力学指标与钻进深度呈非线性关系。因此在对钻柱系统进行动态分析及优化时，不能只分析特定深度，应包含整个钻进过程。     

全井钻头序列优化组合及参数优选①

钻井过程中,全井钻头类型的优化是一个多阶段决策问题。本文根据系统工程理论,生成全井钻头序列优化组合多阶段决策树,并构造出全井钻头动态规划的状态转移方程、指标函数、由最小化理论寻求最优树枝途径,以此获得全井钻头序列优化组合及工作参数优选,这是深井、超深井钻井,缩短钻(建)井周期,获得高钻速、低成本的重要途径。     

基于有限坍塌宽度的层理性泥页岩地层井壁稳定性评价

 钻井工程中一般允许实钻井眼存在有限宽度的崩落区域,如按传统井壁稳定理论模型进行设计会导致钻井液密度偏高、钻井成本增加、钻井效率降低、钻井液漏失甚至地层破裂等一系列问题。针对脆性层理泥页岩地层特性,根据测井资料和测试数据进行地质力学建模,利用基于有限坍塌宽度的定量风险分析方法合理地评估井壁稳定概率,优选钻井液密度窗口。以中国西部某油田泥页岩地层钻井实例进行分析,在基于有限崩落存在的情况下,通过定量分析方法在井壁稳定段及失稳段对钻井液密度窗口进行动态优化,可以提高机械钻速,降低钻井成本,评估的井壁稳定概率可达91%~98%,计算结果与实际情况基本吻合,说明该方法具有重要的工程价值和实际意义。     

深水含浅层流地层无隔水管领眼钻井水力参数计算

综合应用动态压井系统的无隔水管领眼钻井技术是处理深水含浅层流地层地质灾害的有效手段之一。针对无隔水管钻井技术特点,进行了无隔水管领眼钻井技术在深水含浅层流地层的适应性分析。基于油气井流体力学和渗流理论,考虑了浅层流实时钻进过程中地层漏失或侵入井筒动态过程的影响,建立了无隔水管钻进的平衡方程、连续性方程、运动方程和辅助方程,为钻井水力参数的设计与求解提供了依据,并以南中国海W-X01井为例,对计算方法进行验算与对比分析。现场实例计算表明:钻井液排量、钻进速度、钻杆转速是无隔水管海水钻进过程中的主要控制性施工参数,通过施工参数可调整环空压耗大小,进而控制井底压力;环空压耗随钻井液排量的增大而增大,且领眼尺寸越小环空压耗增大的趋势越大;同时,环空压耗随钻杆转速的增大而增大。此方法可以用于指导深水含浅层流地层的无隔水管领眼钻进设计与施工。     

Halfaya油田钻井液技术研究与应用

为满足Halfaya油田泥岩段井壁稳定、高压盐膏层安全钻进和有效保护储层等要求,开展钻井液体系优选和性能评价实验,形成的有机盐钻井液流变性能良好,120℃高温高压失水11.6 m L,泥饼摩阻系数0.043 7,高密度下抗盐钙污染能力强,对(40~60)/(20~40)目砂床的滤失量均3 m L,泥岩滚动回收率90%、16 h线性膨胀率7%,岩心动态污染酸洗后渗透率恢复值90%、动失水4 m L。2011~2013年,该钻井液累计应用20口井,钻进泥岩过程中未出现频繁扩划眼、泥包钻头、遇卡等复杂,盐膏层高密度条件下流变性能稳定,有效抑制了膏盐蠕变缩径,完井测试显示酸洗前表皮1、酸洗后0,取得了良好的稳定井壁和保护储层效果,有效保障了钻井安全高效顺利实施,对实现该油田快速建产具有重要意义。     

油基钻井液驱动下射流式液动冲击器的动态特性分析

在油气勘探领域,射流式液动冲击器常被用来加速硬岩钻井,降低钻柱摩擦,解决钻头粘滑等问题。实验表明,利用清水不能准确预测实际钻井中油基钻井液驱动的射流式液动冲击器性能。采用模拟和实验相结合的方法,研究了油基钻井液对射流式液动冲击器的动态特性的影响。结果表明,油基钻井液密度和固相颗粒对液动冲击器的压力降及运动特性具有显著影响。在液动冲击器的工作流量范围内,由于高速流体的剪切稀释特性,油基钻井液的非牛顿流变特性对其输出特性影响不大。总的来看,射流式液动冲击器可以在油基钻井液中稳定工作,具有正常的动力水平和良好的适应性。     

高温干热岩采热系统钻探技术研究进展

干热岩(hot dry rock, HDR)作为一种清洁和可再生能源,较传统能源有很多优点,但钻探难度大一直是制约其推广应用的主要问题。首先分析了干热岩高温钻探的特点和难点,随后系统地梳理了包括先进钻井技术、钻井工具及钻井液的中外研究进展。详细评述了气体钻井、液氮射流钻井及热-机械联合钻井(combined thermal mechanical drilling, CTMD)3种钻井技术的运行机理和适用范围,钻井工具的研究现状和发展方向,以及不同高温钻井液体系的选取依据和整体性能优化思路。最后,结合目前的研究水平进一步对钻进过程中钻井设备的高效优选、新型钻井液的整体性功能评价以及设备参数的动态调控进行了展望,以期为中国高温干热岩采热系统钻探研究及工程实践提供参考。