顺北油田深层水平井套管居中优化

提高套管居中度是保证固井质量的关键,近年来随着非常规油气水平井开发规模的不断扩大,固井居中优化已成为固井设计的重点问题。基于行业标准《SY/T 5724—2008 套管柱结构与强度设计》模型修正、弹性扶正器力学性能参数测试、不同类型扶正器与井壁摩阻系数的准确获取,结合油田扶正器安放实际做法,研究形成了一套水平井套管居中优化方法,并在顺北油田深层水平井TK156H中得到应用,实例应用表明该方法计算误差在工程允许范围内,有助于指导顺北油田深层水平井套管扶正器安放设计,保障水平井套管居中与安全下入。     

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。     

大斜度井作业管柱屈曲后摩阻模型的修正

作业管柱发生屈曲后,改变了与井壁的接触状态,同时改变了接触载荷的大小。一般情况下,由于屈曲作用,增大了作业管柱与套管之间的接触力,从而增大了摩阻。当管柱发生屈曲后,若还采用原有的摩阻模型进行计算,必将导致较大的误差。     

基于纵横弯曲梁理论的水平井管柱摩阻扭矩分析方法

在非常规油气藏水平井钻进过程中,井壁稳定性差导致井眼不规则,钻柱受力复杂,摩阻扭矩计算误差较大。根据纵横弯曲连续梁理论,在井斜平面、方位平面内对钻具组合进行管柱受力及变形分析,从而建立了一种含有虚拟接触点的改进纵横弯曲梁模型分析钻井管柱摩阻扭矩。优点在于指定接触点时不用考虑是否为真实接触点,由此可将接头或接箍、扶正器等直径较大的部位指定为接触点。对于非真实接触点可以按虚拟接触点考虑,从而使模型的应用和求解更加方便、可行。实例分析结果表明,套管下入、旋转钻进、滑动钻进、复合钻进状态下管柱摩阻扭矩理论计算值与实测平均值基本相同,且变化趋势一致,验证了计算模型的准确性。     

大位移井套管柱摩阻模型的建立及其应用

通过对井眼内安装扶正器和未安装扶正器套管柱的受力与变形进行分析 ,推导出大位移井中套管柱的摩阻计算模型 ,并用VB语言编写了相应的计算程序 ,用来预测套管下入过程中的大钩载荷和摩阻。对水平位移超过30 0 0m的大位移井埕北 2 1-平 1井 ,用所编写的程序计算了完井套管柱下入过程中的大钩载荷和摩阻 ,并与实测值进行了对比 ,计算结果与实测结果吻合较好。     

大位移井套管柱摩阻模型的建立及其应用

通过对井眼内安装扶正器和未安装扶正器套管柱的受力与变形进行分析，推导出大位移井中套管柱的摩阻计算模型，并用Ⅶ语言编写了相应的计算程序，用来预测套管下入过程中的大钩载荷和摩阻。对水平位移超过3000m的大位移井——埕北21-平1井，用所编写的程序计算了完井套管柱下入过程中的大钩载荷和摩阻，并与实测值进行了对比，计算结果与实测结果吻合较好。     

大位移井套管下入摩阻预测新方法

以往大位移井的套管柱摩阻计算没有考虑波动压力的影响,现在考虑波动压力影响的基础上优化了套管柱的摩阻计算模型,并以西江大位移井A22井为例定量计算了套管下入过程的摩阻。计算结果表明考虑波动压力的套管摩阻预测值比不考虑时更符合实测值,考虑波动压力的摩阻预测模型更适合作为指导套管下入的依据。另外在套管下入摩阻较大的关键井段,考虑波动压力的摩阻预测值比实测值仍然偏小,但偏小值在可控范围内,这可能是由于摩擦系数不合理或者井壁不光滑所致,需要进一步研究。     

提拉-释放法套管下入机理

提拉-释放法是钻井现场下套管遇阻时最常用且易用的增加套管下入能力的方法,但其应用主要是凭经验操作,缺乏机理分析和必要的理论指导。根据提拉-释放后一段水平井眼中套管柱的运动机理和实际井眼中套管柱的运动机理本质上相同这一认识,建立提拉-释放法套管下入机理分析模型,阐明该方法的套管下入机理,以此为基础研究套管长度、摩阻系数、轴向压力、无因次提拉力和管柱释放方式等因素对套管下入能力的影响。结果表明:提拉-释放法进行套管下入是利用提拉-释放过程产生的应力波减小摩阻,即使在原始轴向压力小于总摩阻的情况下仍然可以推动套管柱前进;套管长度、摩阻系数与提拉-释放法套管下入的单次轴向位移呈负相关,轴向压力、无因次提拉力与提拉-释放法套管下入的单次轴向位移呈正相关,快速释放管柱时的单次轴向位移明显更大。     

水平井套管摩阻解析分析

套管摩阻是大斜度定向井和水平井固井工艺设计及施工的重要研究内容之一．对大斜度定向井及水平井下套管过程中的套管摩阻进行了理论研究，建立了套管摩阻微分方程，并经过严密的数学推导得到了套管摩阻的解析解，该解析解简便实用，可用于预测和计算定向井和水平井的下套摩阻．文中采用这些公式对长庆油田塞平—１水平井所用套管结构的摩阻进行了现场理论预测，为固井工艺设计和施工提供了理论依据．该预测结果与后来的实测数据较吻合，验证了本文理论模型的合理性     

基于机械系统动力学自动分析水平井钻柱一井壁接触仿真分析水平井钻柱一井壁接触仿真分析

钻柱在高曲率、长水平段的水平井中与井壁接触状态十分复杂,接触状态又直接影响钻进过程中钻柱的摩阻扭矩,进而影响井的延伸极限。因而,较准确、全面描述全井钻柱系统与井壁的接触状态是保证钻柱摩阻扭矩分析结果可靠的前提。基于ADAMS软件,结合力平衡理论、Hertz接触理论和相似原理,建立了与真实测试试验装置具有一致钻井参数的水平井全井钻柱-井壁动态非线性接触模型,分析了全井钻柱接触力分布情况,研究了起钻速度、下钻速度、钻压和转速对接触的影响规律。结果表明：接触力峰值出现在弯曲段;起、下钻速度均对弯曲段钻柱接触状态影响明显,速度相同时起钻比下钻时接触力大;增加钻压可减小全井钻柱的平均接触力;钻柱旋转会在水平段中前部出现小幅密集接触。仿真结果为钻柱摩阻扭矩测试试验装置提供了合适的钻柱与井壁的接触力测量位置,便于利用该装置开展钻柱摩阻扭矩等相关研究。     

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．     

基于多材质复合管柱的裸眼井壁支撑工艺及应用

已完钻超深裸眼水平井侧钻技术是经济、高效开发油藏剩余油的主要手段之一，传统的磨铣钢套管开窗侧钻技术存在下入摩阻大、磨铣耗时长导致开窗失败等问题。为此，提出了基于多材质复合管柱的超深水平井裸眼井壁支撑工艺，结合中国西北油田已完钻超深裸眼水平井井况，首先，提出了基于“铝合金+碳钢”的多材质复合管柱组合及设计方法；其次，开展了基于管柱实物屈曲实验数据的管柱临界屈曲载荷计算模型适用性评价，并优选出了适合于“铝合金+碳钢”多材质复合管柱的屈曲临界载荷计算模型；最后，研究了综合考虑管柱扭矩、摩阻、刚性、井眼条件、管柱强度及材质的多材质复合管柱下入性分析方法，并利用下入性分析软件对西北油田顺北X1井、X2井、X3井、X4井复合管柱进行了下入可行性评价。该方法在X1井和X2井得到成功应用，进一步论证了该工艺现场应用的可行性。研究成果可为超深水平井裸眼井壁支撑的复合管柱设计和下入可行性评价提供理论参考。     

考虑接头的钻柱摩阻扭矩分析

钻柱接头的直径大于管体直径,在通常情况下钻柱与井壁间的接触发生在接头上。建立考虑接头钻柱的力学模型,并用迭代法进行求解,成功地分析了考虑接头钻柱在钻进、起钻、下钻、空转及倒划眼时与井壁的接触力、摩阻扭矩,并能预测各接头处接触力的大小、方向。通过与现场试验数据相比较,对钩载的预测误差小于5%,对扭矩的预测误差小于7%。该模型为预测钻柱摩阻扭矩提供了一个快捷准确的方法。     

深井作业管柱下入能力研究

研究深井作业管柱的下入能力对于顺利上提和下放管柱、保证作业成功有着重要的指导意义.综合考虑各种因素对摩阻的影响,如管柱的形状与几何尺寸,管柱的钢度、井眼的空间形状和井径大小等,建立了更为合理的摩阻分析模型.分别采用纵横弯曲梁法和修正的软模型对带扶正器段管柱和不带扶正器段管柱进行摩阻分析,建立了管柱入井安全性判断准则,用以评价深井作业管柱下入能力.     

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。     

钻柱与实钻水平井眼接触形态及摩阻影响分析

水平井钻进过程中,地层结构、钻具振动、钻头侧向力、岩屑沉积等因素易导致实钻井眼轨迹发生连续小幅偏斜。该种偏斜虽不会引起实钻井眼轨迹的严重偏离,但将改变钻柱与井壁的接触形态。受现有测井方法的限制,该种偏斜常被忽略。通过理论分析与仿真,研究水平段井眼轨迹在井斜平面内连续小幅偏斜波动条件下的钻柱与井壁接触形态及其对摩阻的影响。研究认为,钻柱与偏斜波动水平井眼间易发生"悬跨"接触,该现象降低了现有解析法求解钻柱力学相关问题假设条件"钻柱与井壁连续接触"的合理性。钻柱自重和轴向力对悬跨钻柱弯曲位移及悬跨接触最大临界跨距的影响最大。悬跨接触将减小钻柱与井壁的接触面积、增大钻进摩阻。     

大位移井下套管受力分析和计算

通过分析套管柱在下入过程中的受力 ,导出了套管柱在大位移井中的三维力学模型 .该模型综合考虑了井斜角和方位角的变化、套管柱内外密度的不同、内外泥浆的压力以及套管自身的几何参数、物理参数等因素的影响 .通过对模型的求解 ,可以得到不同井眼类型、泥浆密度、悬浮长度以及不同下套管方案下的套管受力 ,为大位移井下套管作业提供了力学参考 .该模型所开发的软件可用于大位移井下套管摩阻预测和下套管方式的选择 .用该软件对两实例加以验证 ,预测结果与实测结果吻合较好 .     

基于钻柱动力学的井筒摩阻系数预测与应用

井筒摩阻系数是钻井设计和施工阶段准确预测和控制摩阻扭矩的关键因素,对比摩阻扭矩的实测值与预测值可预防钻井事故的发生。为此,基于钻柱动力学摩阻扭矩计算模型,结合近钻头多参数测量仪实测数据,开展了大斜度井实钻条件下套管段和裸眼段摩阻系数的预测方法研究,结果成功应用于同类型邻井的三开钻进阶段摩阻扭矩分析与控制。现场应用结果表明,实钻井筒套管内摩阻系数0.27~0.29,裸眼段摩阻系数0.39~0.41,均高于经验值;案例井钩载和扭矩预测值与实际值的误差满足施工精度要求,依托摩阻扭矩预测图版实时监测实钻摩阻扭矩的异常变化,保障了该井顺利施工。研究结果可为大斜度井钻机设备优选、井身剖面优化和现场钻井施工方案决策等提供科学依据。     

水平井施工中下套管技术应用与成效

本文对下套管过程的摩阻进行计算,并对额外产生的摩阻因素进行分析,通过现场试验、实践进行总结,采取改善钻井液性能、添加润滑剂、使用加重装置等,降低和减少摩阻效果明显,而且大幅度缩短了下套（尾）管作业时间和劳动强度,降低了成本费用。     

大位移井下套管受力分析和计算

通过分析套管柱在下入过程中的受力,导出了套管柱在大位移井中三维力学模型,该模型综合考虑了井斜角和方位角的变化、套管柱内外密度的不同、内外泥浆的压力以及套管自身的几何参数、物理参数等因素的影响,通过对模型的求解,可以得到不同井眼类型、泥浆密度、悬浮长度以及不同下套管方案下的套管受力,为大位移进下套管作业提供了力学参考,该模型所开发的软件可用于大位移井下套管摩阻预测和下套管方式的选择,用该软件在两实例加以验证,预测结果与实测结果吻合料好。