水平井套管扶正器最佳间距计算

本文根据结构分析中的虚位移原理,对装有扶正器的套管柱在具有初弯曲的井段中的受力和变形进行了系统分析,借助空间解析几何原理导出了三维弯曲井段中套管扶正器安装间距的解析计算式。在扶正器侧向载荷计算方面考虑了轴向力的影响,并将扶正器上的摩阻力引入轴向载荷的计算中。通过计算分析,本文指出了解决下套管与注水泥质量这一水平井中难度较大的工艺的研究方向。     

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．     

对霍奇公式的初步意见

在钻井防斜打直理论中,广泛采用霍奇公式计算满眼钻具两个扶正器的最佳安装位置。本文对霍奇公式提出了—些看法所讨论的钻井防斜钻具的力学模型是纵横弯曲杆的非线性力学体系,在推导横向力公式时,不能象原公式那样用线性叠加原理处理;原公式在计算下扶正器横向位移时,忽略了一些不应忽略的因素,对计算上扶正器的最小安装高度带来了可观的误差;第三,原公式在计算上扶正器最大安装高度时应用了欧拉公式,忽略了下扶正器的存在,实际上,不应以钻柱失稳与否为临界条件,而应以保证下扶正器恒与上井壁接触来进行计算。本文采用了纵横弯曲杆的挠度近似公式,最后求得双扶正器防斜钻具的横向力近似表达式,并对该式进行了简单的分析,求出了为极大值的h_优,计算较为简便。     

水平井带扶正器套管接触方式及其对摩阻影响

下套管作业过程中,由于重力与井眼轨迹影响,将导致套管发生弯曲,与井壁发生接触,从而产生附加摩阻,当摩阻较大时会影响套管顺利下入。尤其是水平井为保证顶替效率和固井质量,下套管时加入了大量扶正器,扶正器的加入将增大套管的摩阻系数,从而给水平井下套管作业带来了更大的困难。针对这一问题,首先,提出套管与井壁有3种接触方式,即自由状态、点接触与线接触;并指出不同接触方式下产生的摩阻不同。然后,通过建立了套管在下入过程中的扰曲受力方程,以及套管与井壁接触方式判断模型;并根据该模型分段计算方式准确地计算出不同接触方式下套时的管摩阻。通过现场示例分析表明,该方法能准确预测摩阻,对现场计算摩阻具有很好的指导意义。     

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。     

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。     

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。     

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。     

套管弯曲强度与极限转角研究

以弹塑性理论和极限分析理论为基础，对弯曲井段内套管的抗弯强度进行了研究，给出了套管强度和极限转角的计算公式．分析表明，套管的Ⅰ级极限转角βⅠ可作为套管选材的依据，并由此提出了套管设计的极限转角准则：Ｙｍａｘ＜βⅠ．结合长庆油田塞平—１水平井固井工艺设计，对多种套管的极限转角进行了实例计算，并采用极限转角准则，对其弯曲井段内的技术套管和油层套管进行了选材，为套管串结构设计提供了理论依据．还对所选套管进行了弯曲强度校核     

侧钻小井眼固井顶替效率数值模拟

保证小井眼固井质量的关键是如何用固井液把环空中的钻井液及井壁泥饼顶替干净。小井眼本身井况的复杂性(如井眼不规则、套管偏心)、顶替液与被顶替液的流体性质以及固井施工参数都是影响小井眼固井顶替效率的主要因素,因此需要开展相关研究,以认识各因素对固井质量的影响规律,并对固井参数进行优化。首先,基于计算流体力学相关理论与方法,建立了侧钻小井眼固井顶替数值模型,分析了固井顶替过程中顶替液与被顶替液之间的两相界面变化特征,揭示了小井眼固井的顶替机理;其次,基于小井眼固井顶替数值模型,模拟了幂律流体在小井眼固井顶替过程中顶替界面的发展过程,得到了顶替界面长度与顶替效率随顶替时间的变化规律;最后,根据数值模拟结果分析了顶替液与被顶替液流性指数与稠度系数、顶替液与被顶替液之间的密度差、套管偏心度和固井顶替排量对顶替界面长度与顶替效率的影响规律。研究结果成功指导了长庆苏里格气田首口侧钻水平井固井施工。     

套管固井滑套工具现状及发展趋势

非常规油气资源丰富,开发潜力巨大。但因其渗透率低、渗透阻力大导致水平井单井产量低,难以满足经济开发要求。为提高储层改造效率实现有效增产,中外形成了水平井分段压裂的主体技术。作为水平井分段压裂的新兴技术,套管固井滑套分段压裂具有井眼适应性强、过流面积大、适合大排量压裂的优点。概述了各类套管固井滑套分段压裂工具现状,指出了工艺技术背后的缺陷与难点。通过对各类工具优缺点对比分析,提出了套管固井滑套未来的发展建议。     

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。     

裸眼井和套管井中偶极声场的辐射和接收

运用弹性波互易原理,指出并验证井中声场辐射和接收存在的互易性,使得井的接收响应可以由井的辐射因子计算得到,并结合辐射声场的远场渐近解,使得远探测声场的计算效率显著提高;模拟结果与三维有限差分数值模拟结果吻合。由于井对声场辐射和接收的调制作用,偶极横波远探测测井数据SH型横波的贡献远大于SV型横波的贡献,这一结果为数据的处理和解释提供了理论基础;模拟数据及其成像处理结果还证明了横波远探测技术在套管井中的可行性。所提的理论和方法可以快速模拟偶极横波远探测声场。     

顺层瓦斯抽采钻孔封孔工艺优化选择

根据岩石力学、弹塑性力学理论建立了顺层钻孔周围煤体塑性区应力分布数学模型,分析了顺层抽采钻孔施工过程中周围煤体破坏规律及应力分布状态。数值模拟了采用水泥砂浆封孔、聚氨酯封孔、胶囊封堵-压力注浆封孔三种工艺下钻孔周围煤体应力分布规律,三种封孔工艺分别通过改变钻孔支护阻力、钻孔周围煤体物性参数等方式进行模拟。结果表明:胶囊封堵-压力注浆封孔工艺可有效封堵裂隙,加固钻孔周围破碎煤体,对钻孔周围煤体应力分布的控制效果优于现有的封孔工艺,对于顺层瓦斯抽采钻孔封孔工艺有一定的指导意义。     

潘三煤矿11-2煤穿层钻孔的优化布置

穿层钻孔的布置方式是影响瓦斯抽采效果的重要因素之一。为研究潘三煤矿11-2煤穿层钻孔布置方式对瓦斯抽采的影响,笔者以该矿2121(1)运顺瓦斯综合治理巷为工程研究对象,分析10×5,8×6和7×7穿层钻孔布置方式对瓦斯抽采的影响。基于对煤层瓦斯的一系列假设建立了煤层瓦斯气固耦合模型,利用有限容积和牛顿迭代法对3种钻孔布置方式的瓦斯抽采过程进行数值模拟,并对这3种钻孔布置方式的钻孔施工工程量和单孔平均抽采瓦斯纯量进行了现场试验考察。结果表明:采用7×7与8×6布孔方式在相同抽采时间下留有空白带面积明显小于10×5,而且它们在消除空白带所需的时间上也少于10×5,由此看出10×5布孔方式最不利于消突;8×6钻孔布置所需钻孔施工工程量最少,而7×7钻孔工程量最多;7×7布孔方式的单孔平均抽采瓦斯纯量略高于8×6,而10×5布孔方式单孔平均抽采瓦斯纯量最低。结合数值模拟和现场试验结果得出,采用8×6钻孔布置方式最优。该研究结果对煤矿井下穿层钻孔设计具有一定的指导作用。     

波动压力约束条件下套管与井眼之间环空间隙的研究

利用一维不稳定流动的基本方程,对套管与井眼环空间隙不同时的波动压力进行了计算,绘出了环空间隙与最大井底波动压力之间的关系曲线。根据此曲线及地层破裂压力的最大极限值,可以确定某种尺寸套管与并眼之间间隙的最小值。研究结果表明,在套管与并眼间隙相同的条件下,套管尺寸越大,井底最大波动压力也越大。从控制井底最大波动压力的角度考虑,在确定套管与井眼之间的环空间隙时,大尺寸套管应采用较大的间隙。从波动压力因素方面考虑,由浅井条件所确定的套管与井眼之间的环空间隙同样适合于深井条件。     

钻孔电磁波法资料反演计算与作图的PC-1500机程序设计

为提高钻孔无线电波透视法资料反演计算与作图的精度与速度,文中简述了方法原理,导出了计算公式,给出了程序的使用说明。经运行考证,用该程序自动反演,可把沿钻孔垂向测得的一维信息展拓到两孔之间的断面上,从而使解释更为明晰可靠,和手算比,工效提高数十倍。该程序的研制,极大地拓宽了“孔透法”的应用范围,并能取得较好的地质效果。图6,参考文献1。     

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。