精细控压钻井溢流检测及模拟研究

针对现有钻井过程中溢流检测方法无法检测微溢流量,对深井和复杂井井控提出挑战,展开了精细控压钻井 溢流检测及模拟研究。研究中通过对比出入口微流量变化,提出了精细控压钻井溢流检测和分析方法;根据气液两相 流理论,建立了井筒气侵期间流动计算模型。将该检测方法应用于塔中某井进行试验,结果表明：精细控压钻井系统 溢流检测方法可以准确检测溢流的发生和累积溢流量;根据气液两相流模型,可以模拟精细控压钻井不同回压时井筒 流动参数的变化;该检测方法在现场试验中检测结果和模拟结果一致。精细控压钻井系统溢流检测方法能够准确检 测溢流发生,该检测方法具有可行性和可靠性,可对控压钻井发现和控制溢流提供了理论支持。     

基于模糊专家系统的钻井溢流智能预警技术

针对钻井过程中由于地质信息复杂或缺乏邻井资料的原因,而使得无法建立基于样本信息的溢流预警模型的 问题,通过对溢流发生机理及其表征规律进行研究,提出了一种基于分层思想的模糊专家系统所构建的溢流智能预警 模型,该模型利用钻井专家的知识经验结合溢流表征规律能实现钻井溢流智能预警。该溢流智能预警模型通过对溢 流表征参数进行模糊化处理,再结合模糊规则库进行推理计算,并将所得结果进行反模糊化处理,从而实现快速、准确 的溢流智能预警。通过现场数据对钻井溢流智能预警系统的验证表明,该溢流智能预警技术能够满足现场应用需求, 具有较好的应用前景。     

基于范例推理的控压钻井方式评价

提出一种基于范例推理的控压钻井选型方法。首先大量调研成功实施控压钻井的实例为源数据库,然后根据范例推理理论建立控压钻井选型模型,利用该模型对三个区块不同地层进行控压钻井选型研究,得出具体的计算结果,并且对选型结果进行评价。通过基于范例推理的控压钻井选型研究将钻井工程与范例推理有机结合,对解决钻井工程领域不确定性问题提供一种有意义的尝试。使范例推理在具体的工程应用向前迈进了一步,并且为控压钻井适应性分析提供一种全新的研究方法,在学术和钻井工程应用上具有重要的价值。     

控压钻井地质适应性评价技术

 控压钻井(MPD)技术是解决具有窄安全密度窗口、易漏易喷地层安全钻井的一项关键技术。控压钻井的适应性评价技术是控压钻井科学选井选层、安全实施的关键。目前国内外还没有成熟的控压钻井适应性评价体系。首先对控压钻井应用类别分类和IADC分类进行了对比,选用IADC颁布的5种流体类型、6个风险等级、3种应用形式的分类方法。然后从地质、工程和经济角度建立了控压钻井地质适应性评价方法,即“三步法”评价体系,主要包括必要性评价、可行性评价、技术经济性评价,在此基础上提出了控压钻井地质适应性评价的关键技术,即地质环境因素描述、精细水力学计算、设备配套与优选、压力控制方法、经济性评价。最后在缅甸D区块进行了应用,结果表明所建立的分类方法和地质适应性评价技术具有很强的实用性。     

大庆油田控压钻井作业环空压力的计算

根据Beggs-Brill的流动型态模型推导出了控制压力钻井环空多相流的压力计算公式;并提出了井口回压对环空流态的影响。提出的计算模型已通过现场试验的验证。试验结果表明其误差只有3%左右,能够指导现场作业。为控制压力钻井技术在大庆油田的应用和发展提供理论依据。     

控压钻井井控过程中排量优化设计

控压钻井井控是处理气侵溢流问题的有效新方法,包括前期控制和循环排气两个阶段。基于快速施加井口回压控制方法,根据气液固多相流理论,建立控压钻井井控数学模型,并采用有限差分法迭代求解。在此基础上,分析排量对最大井口回压、最大套管鞋处压力和最大立管压力的影响,并提出基于井控安全目标函数的排量优化设计方法。模拟结果表明:在循环排气阶段,立管压力维持不变且为最大值,井口回压达到最大值与气体前沿运移到井口之间存在明显的时间滞后性,气体运移到套管鞋处时套管鞋处压力最大;验证了以出入口流量一致表征井底气侵停止的合理性。模型计算得到的压力值与实验测量值吻合较好。     

深水钻井井控技术

该文在对国内外深水井控技术充分调研的基础上,针对南中国海深水钻井井控特点和难点,结合近年南海深水钻井设计和作业经验,详细分析了深水钻井井控存在的地层压力窗口窄、溢流监测困难、压井难度大和压井作业时间长、井控设备复杂、存在水合物风险等问题,研究提出了有针对性的解决方案,可为南海深水钻井井控作业提供参考。     

控压钻井技术在伊朗雅达油田S03井的应用

伊朗雅达油田多口井钻遇活跃沥青侵害问题,由于活跃沥青层分布规律不明、井间地层压力差异大、活跃沥青黏稠、易出现涌漏复杂等,给钻井施工带来极大挑战。根据对活跃沥青层地质特征认识、钻井工程施工难点分析和置换性涌漏室内模拟实验结论,形成了优化井身结构、优化钻井液性能措施的控压钻井强行钻进方案。在雅达油田S03井进行现场应用,同比邻井相同井段作业周期缩短39%,节约了钻井液消耗量,为雅达油田解决活跃沥青侵害提供了技术手段,具有推广应用价值。     

控压钻井气侵流动分析模型研究与应用

控压钻井(managed pressure drilling,MPD)发生气侵时,可通过实时动态压力控制在保持井底压力恒定的情况下实现气侵有效控制与安全排溢,气侵安全控制的关键是实时准确地井筒流动分析。通过理论分析建立了考虑侵入流体在不同类型钻井液中溶解析出影响的井筒气液两相流模型,考虑动态回压影响,给出了不同控压钻井模式下模型求解的初始及边界条件。基于有限差分法充分考虑不同控压模式下的压力动态调节对气体滑脱、相态变化的综合影响,给出了该模型的求解流程。运用全尺寸模拟井筒气侵测试数据对模型进行了验证分析,运用该模型对页岩气水平井控压钻井气侵控制进行了计算分析。结果表明,该模型具有较高的精度,能够很好地为控压钻井气侵控制与分析提供技术支持。     

浮式海洋钻井钻柱对大钩位移的响应分析

海洋钻井平台的升沉运动对钻柱、钻压以及钻井操作具有较大影响.建立海洋浮式钻井平台钻柱系统动力学模型,利用级数法和机械振动理论求解得到钻柱系统运动响应,推导得出大钩位移量与钻压变化量的数学公式,通过Matlab计算得到给定钻柱长度下大钩的允许位移.分析计算结果为浮式钻井平台升沉补偿装置的开发提供设计依据,可以作为升沉补偿...     

内外钻井液作用下的旋转钻柱涡动分析

在理论上研究了内、外钻井液流体作用下的钻柱涡动问题．分析了钻柱内钻井液随钻柱旋转时的流体动压力和钻柱弯曲变形等所产生的扰动压力之和对钻柱运动的影响，推出了在这种情况下保持钻柱规则涡动的动力学条件；进一步分析了钻柱外环空钻井液流体对旋转钻柱所产生的反作用自激现象，通过对其数学模型的建立和求解，得到了钻柱涡动失稳的临界条件．较详细地探讨和论述了内、外钻井液作用下钻柱涡动过程的力学机理和运行规律     

钻井流体粘度对钻柱纵向振动的影响

针对气体钻井技术在低压油气田开发中出现气体钻井的钻柱振动和钻具破坏的问题,概述了气体钻井面临的钻柱振动问题、钻具破坏问题和解决问题的途径。介绍了位移激励法的钻柱纵向振动分析的数学模型和力学分析软件。对钻井流体粘度对钻柱纵向振动的影响规律进行了研究。数据表明,钻井流体的粘度对钻柱的纵向振动影响较大。在一般情况下, 钻井流体的粘度越小, 钻柱的振动幅度越大。钻井流体的粘度对钻柱振动的共振频率影响不大。气体钻井虽然提高了钻进速度,但同时也对钻具防破坏技术提出了更高的要求。     

深水钻井平台运动对无隔水管环境下钻柱的影响

深水无隔水管钻井环境下,裸露在海水中的钻柱受到复杂动力作用。在考虑深水钻井平台运动、波流共同作用情况下,建立了深水无隔水管环境下钻柱受力理论模型。算例分析表明,钻井平台的慢漂运动对裸露在海水中的钻柱变形和受力有一定的影响。在满足强度要求的情况下,尽量选用直径较小的钻柱。无隔水管环境下,裸露在海水中的钻柱在泥线以下的长度越长,则钻柱上部所受拉力越大,从而可使泥线附近钻柱段的变形和受力情况得到改善。     

耦合钻井液钻柱声波传播特性研究

钻井过程中非常规钻井液的应用,使得随钻数据无法通过传统的钻井液脉冲方式传输,迫切需要更高数据传输速率和受工作环境影响更小的井下随钻无线传输技术。基于钻柱信道的井下信息声波传输技术是较为理想的随钻数据无线传输方式,为给声波传输系统的设计提供理论依据,针对钻柱信道中的声波传播特性进行了研究。研究结果表明:钻柱信道具有通带和阻带相间的梳状滤波器特征,频带分布具有一定的周期性和对称性特征。钻柱结构决定了其信道通阻带的分布情况,随着钻杆根数的增加通带内小谱峰的个数增加,信道传输能力下降,结构尺寸不一致会使通带变窄,声波传输性能下降。     

随钻测井周期性钻柱结构声传播特性的数值仿真

采用有限元法数值仿真了处于充液井孔中多根钻杆和接箍组成的钻柱系统中纵波的传播特性,并给出了纵波的声衰减曲线.研究结果表明:处于充液井孔中周期性钻柱系统具有的通带和阻带特性与理想钻柱系统相似,因钻柱周围流体介质的阻尼作用,会使钻柱中传播纵波的幅度减小,衰减增大.当沿钻柱传播的声载波频率位于通带内时,可降低声衰减量,提高信噪比,有利于提高随钻数据的传输速率.     

立式振动钻床上麻花钻切削性能的研究

利用自行研制的立式振动钻床对麻花钻的振动切削性能进行了系统研究。结果表明，振动钻削可提高麻花钻的切削性能，实现切屑的自主控制，断屑可靠，排屑顺利，麻花钻入的定位精度，孔径尺寸精度，形状精度以及孔的表面质量均得到是明显改善，与普通钻削相比，刀具耐用度提高１．５倍以上。     

基于压力重构法的柴油机气缸压力实时计算方法

介绍了基于傅里叶级数的柴油机汽缸压力重构法的工作原理,给出了傅里叶系数计算方法.以某型四缸柴油机为例,建立了不同油门开度和转速下傅里叶系数的二维查询表.建立了柴油机单缸压力和四缸压力实时计算仿真模型.对油门开度为100%,转速为1500rpm时柴油机汽缸压力进行了仿真计算.仿真结果表明:采用压力重构法可实现柴油机汽缸压力的实时计算,当傅里叶级数取为16阶时,汽缸压力的计算精度可以满足工程计算需要.     

钻柱中正弦信号声波传输特性实验研究

充分认识声波信号在钻柱中的传输特性,是实现井下信息远距离传输的基础。为研究声信号在钻柱中的传输特性,建立了钻柱结构声传输实验系统。采用不同尺寸钻杆组成的有限长钻柱进行了传输特性实验研究,同时结合理论分析的结果进行实验分析,对声传输系统的可行性进行了分析研究。研究结果表明:实验分析结果与理论分析结果具有特性描述一致性,随着频率的升高接收信号幅值呈现下降趋势,传输距离增大时信号接收幅值减小,并且这种减小程度随着频率的增大而增大,钻柱结构尺寸差异大则接收信号幅值其随着频率变化的速率小。     

基于流固耦合钻柱系统动力学模拟

通过研究钻柱系统的非线性动力学问题,建立了钻柱系统流固耦合动力学方程.利用Galerkin截断方法,将偏微分方程转化为常微分方程,采用Runge-Kutta积分法进行了数值模拟,研究了不同支撑刚度系数下,系统脉动频率、脉动幅值和质量比等参数激励对钻柱系统动力学特性的影响.结果表明,在不同的参数激励下模型表现出丰富的动力学行为,呈现不同的周期运动、拟周期运动、混沌运动和跳跃间断现象.系统由混沌运动通往周期运动的路径为倍周期倒分岔形式;支撑刚度在一定程度上引起系统固有特性的改变,对系统的非线性动力学行为有复杂的影响.     

基于螺旋面钻头振动钻削实验研究及机理分析

通过振动钻削实验装置,采用普通麻花钻和螺旋面钻头在不同的振动钻削参数下对高温合金和碳钢进行振动钻削实验,分析基于螺旋面钻头普通钻削和轴向振动钻削条件下不同的断屑效果.并针对钻削中轴向钻削力和扭矩进行实验研究和理论分析,研究普通麻花钻和刃磨螺旋面麻花钻对加工过程的不同影响.实验结果表明:与普通钻削所得的切屑比较,振动钻削有利于断屑,切屑体积小,排屑顺畅;复杂螺旋面振动钻削中轴向力与扭矩比普通麻花钻小,其轴向力的变化过程也比普通麻花钻平稳.