页岩气双二维水平井极限延伸能力研究

页岩气藏的开发多采用水平井,水平段的延伸能力直接影响到页岩气藏的综合开发效益。双二维水平井具有施工难度小、邻井碰撞风险低、作业费用低等优点。根据长宁页岩气的钻井实际情况,分析了钻机承载能力、钻柱安全系数、地层承压能力及额定泵压等因素对水平井延伸能力的影响,推导了相应计算模型。以长宁已钻页岩气井为基础,计算了不同影响因素随水平段长度的变化。研究表明,双二维水平井的延伸能力主要受地层承压能力和额定泵压影响,钻井施工中应选择合理的钻井液密度和排量,降低水平段岩屑床高度,采取适当的堵漏措施,选择高额定泵压的钻井泵。     

水平井岩屑床层移运动的规律分析

在环空紊流场作用下岩屑床呈具有特定本构关系的浓缩流动介质．本文由岩屑床层移（剪切）运动的内在机理与物理模型出发,研究层移颗粒微观运动的能量平衡与交换,得到了层移床的本构关系和流动速度场方程,以及层移床转静止床的临界水力条件,层移岩屑床的最大厚度,岩屑床的流动能力与流动阻力．阻力方程中考虑了层移床的承压特点及其与环室内外壁的不同摩擦特性．结果表明层移床的结构应力导致其运动失去关于环空几何中心的对称性,流动中心向钻具侧偏移及层移岩屑床的显著增阻效应。     

连续管钻小井眼水平井水力学分析

水力学分析是连续管钻井的重要内容。建立了连续管钻水平井水力学计算方法并对其规律进行了分析,结果表明:连续管弯曲会增加压耗,增加幅度随排量增加而增大。推荐现场采用50.8 mm和60.3 mm直径的连续油管进行钻井。从控制环空压耗(ECD)角度考虑,建议连续管钻井设计时应使连续管外径与井径比小于0.5;偏心使环空压耗减小,环空尺寸越小,偏心的影响越明显。岩屑床使环空压耗梯度增加,岩屑床高度越大,增加幅度越大。常规钻井时随测深增加,泵压逐渐增加,而连续管钻进时泵压基本保持不变,甚至在某些情况下还会略有减小。     

超深长位移侧钻井井眼净化及泥浆泵能力分析

为分析超深侧钻井井眼环空净化状况,给现场钻井施工提供指导,结合国内外研究成果,用最小排量分析井眼净化情况,计算出岩屑床高度。同时提出安全排量概念。利用安全排量计算系统压耗,依据系统压耗分析泥浆泵能力,为超深长位移侧钻井的可行性论证提供了一种分析方法。     

水力喷射侧钻径向水平井钻速方程

通过试验得到泵功率、围压和喷距等参数对钻速的影响,应用数学分析方法建立水力喷射侧钻径向水平井钻速方程,将试验和理论推导相结合给出钻速方程的求解方法。结果表明:钻速随着泵功率的增加以指数关系变化,指数一般小于1,钻井液黏度越大指数越小;钻速随着围压的增大而逐渐减小;钻速随着喷距的增大先增大后减小。     

斜直井段和水平井段中环空岩屑运移机理的研究

以岩屑颗粒单元为研究对象,通过分析偏心环空各区域中岩屑颗粒的主要受力,预测岩屑颗粒的运移趋势。通过数值计算,分析了在流核区和速梯区中井斜角、岩屑直径、钻井液返速等对岩屑运移的影响,以及静岩屑床面岩屑运移的基本条件及主要影响因素,对钻进中旋转钻柱能提高岩屑运移行程的机理给出了合理的解释。研究结果表明,增大钻井液返速和保持钻井中钻柱旋转是避免岩屑下滑的主要措施;在斜井段及水平井段中钻柱不旋转,环空岩屑的运移主要靠动岩屑床的作用;增大静岩屑床面液流边界层的速度梯度有助于减小静岩屑床厚度。     

基于赫巴模式的页岩气水平井岩屑床清除工具安放间距

岩屑床清除工具可有效地解决页岩气水平井岩屑沉积的问题,安放间距是岩屑床清除工具的重要设计参数,与钻井液性能相关。建立了基于赫巴模式的页岩气水平井岩屑床清除工具安放间距计算模型;对影响安放间距的参数（岩屑颗粒直径、稠度系数、流型指数、屈服值、钻井液密度、钻井液排量）进行了敏感性分析。结论表明：在满足井眼清洁的条件下应尽量增大安放间距;岩屑颗粒直径减小,钻井液稠度系数、流性指数、屈服值、密度和排量增加,有助于增大岩屑床清除工具安放间距。     

Sisko流变模型的钻井水力计算方法与分析评价

Sisko流变模式能够准确地描述钻井液流变性,基于广义流性指数给出了该模式水力计算模型。根据RabinowitshMooney方程给出了其管流流量方程,同时基于槽流模型给出了其同心环空流量表达式。根据管流特性参数,引入Reed与Pilehvari定义的管流有效管径,将其扩展应用到环空,定义了适用于该流体的新环空广义流性指数及有效管径。通过有效管径将Sisko流体管内、环空流动与牛顿流体管流流动相关联。通过理论推导给出了广义雷诺数表达式,该式不以广义流性指数是常数为前提,进而给出了流态判别模型,建立了统一的压耗计算模型,得到了适用于该模型的水力计算方法。通过与多组已公开发表的实验数据对比,运用该方法计算的压耗与实测数据吻合很好;说明运用此模型能够很好地预测非牛顿流体管内及环空流动压耗。     

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...     

水平井压井立压控制误差分析与井口套压预测

根据水平井压井的基本原理,考虑环空摩阻、流体流型影响下的计算误差,分析了水平井与直井压井控制立压变化的比较误差.以直井井控理论、多相流理论为基础,建立了水平井井控三相流理论模型,采用有限差分方法对模型进行了数值化求解.算例分析结果表明,在水平井立压控制过程中,如果按直井方式压井,不仅在初始立压点和终了立压点存在误差,而且在造斜点、稳斜点处也存在较大的误差,这将对水平井井控作业产生一定影响.在水平井压井过程中,直到溢流全部移出水平段时水平井的井口套压才开始逐渐增加;岩屑床的存在使水平段和造斜段的环空尺寸减小,对流体流速有一定影响,使井口套压比不考虑其存在的情况时偏高;水平井曲率半径、水平段长、水平段微小倾角、多个造斜率等因素对井口套压影响不大,而井眼尺寸、压井排量、溢流量等因素对井口套压影响较大.     

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。     

水平井自适应控水与砾石充填复合工艺试验

在易出砂地层水平井开发中,单独应用自适应调流控水筛管难以实现良好的防砂效果,需要研究一种自适应调流控水与砾石充填相结合的新型完井工艺。为此,对影响充填砾石运移的排量、砂比、冲筛比、漏失量、携砂液黏度等试验工艺参数进行设计优化。根据试验工艺参数设计结果,自主设计并搭建水平井自适应调流控水砾石充填的地面模拟试验装置,并开展两次水平井自适应调流控水砾石充填试验。试验结果表明,优选的低密度砾石,解决了充填排量受限的难题。在优选的充填参数条件下,充填效率达到100%。充填砾石的轴向渗流阻力远大于径向渗流阻力,可实现环空封隔器作用,充分发挥调流控水装置的控水稳油功能。最终得到合理的施工参数范围,为现场应用提供有效指导。     

罗1井区压裂水平井裂缝系统优化

 为了提高水平井压裂效果的成功率和有效率,在压前的施工设计中要充分考虑裂缝参数的优化。针对水平井压裂特点,在非均质低渗透油藏模型的基础上,以数值模拟软件Eclipse为技术手段,对影响水平井压裂后产量的裂缝参数包括裂缝方位、裂缝位置、裂缝条数和非均匀裂缝长度等进行了优化研究。研究结果表明,水平井产量随着裂缝条数、裂缝长度和裂缝导流能力的增加而增加;对于不同裂缝布局,根部和端部裂缝的间距小于内部裂缝的间距;由于裂缝的干扰作用,不同位置的裂缝产量不同,处在中间位置的裂缝产量最低。     

水平井二维稳定渗流场分析及应用

通过保角变换把水平井二维渗流场转换为直井二维渗流场,分析水平井二维稳定渗流场,推导出水平井二维稳定渗流场中的渗流速度参数方程,进而根据水平井产能公式和水平井二维稳定渗流场中的渗流速度参数方程优化水平井水平段长度和水平段方向。通过绘制水平井和垂直注水井不同方位组合的一注一采井网流线分布图,优化水平井和垂直注水井的最佳相对位置。结果表明,常规薄层油藏的水平井生产井段长度不宜大于100 m。应用水平井开发具有气顶或边水的油藏时,水平段应与油藏的构造线相平行,使水平井二维渗流场中的主流线方向避开气窜方向和边水锥进方向;在水平井和垂直注水井一注一采井网中,通过对比流场分布图明确垂直注水井的最佳位置在水平井的中垂线上。     

济阳拗陷页岩储层水平井裂缝扩展数值模拟

由于物理实验受到实验条件、数量的限制,难以对裂缝扩展规律开展大规模的研究。因此,在有了一定的岩石力学测试、页岩压裂破裂方式测试以及页岩压裂裂缝扩展物模试验的基础上,开展了页岩压裂裂缝起裂及扩展规律数值模拟研究。基于流固耦合Biot固结理论、Darcy渗流定律,采用最大拉伸强度准则和Mohr Coulomb准则损伤阈值进行单元损伤判断,引入全新的材料分布算法,建立了水力压裂裂缝扩展的有限元计算模型。进行了岩石样本的参数标定试验。采用有限元计算方法研究了地应力、页岩脆性指数、压裂液黏度和层理特征等关键物理参数对页岩裂缝扩展的影响。结果表明,当脆性指数较小时,水力裂缝主要沿最大主应力方向在页岩基质中扩展,难以转向形成复杂缝网。层理胶结强度较高时,水力作用即便在局部压开天然层理,也难以持续以大角度偏离,而只能形成比较单一的裂缝。地应力比、压裂液黏度越低,层理密度等特性越高时,裂纹网络越复杂。     

深层页岩气水平井井筒瞬态温度场研究与应用

深层页岩气水平井钻井过程井筒瞬态循环温度对旋转导向工具的选择具有重要作用。基于井筒与地层间的对流换热机理及能量守恒原理,建立了井筒瞬态温度场模型;分析了循环时间、排量、水平段长度和入口温度对井筒瞬态温度的影响;优选了页岩气水平井轨迹控制方法,提出了降低井底循环温度的工程措施。结果表明,上部井段环空钻井液循环温度随循环时间和排量的增加而增加,而下部井段环空钻井液循环温度反而降低;随着水平段长度增加,环空钻井液循环温度增加,水平段越长,循环降温效果越低;随着钻井液入口温度增加,钻井液出口温度增加,下部井段环空钻井液循环温度随入口温度的变化较小。当垂深超过4 000 m后,水平段较短时,可采用旋转导向钻井工具;水平段较长,井底循环温度高于135℃后,推荐采用螺杆配LWD测量工具。采用增加循环时间、排量及边循环边下钻的方式可降低井底循环温度,以确保旋转导向工具和LWD工具处于安全工作温度内。     

致密油层体积压裂水平井压力传播特征研究

考虑体积压裂水平井不同区域渗流特征(裂缝控制外区-裂缝控制内区-压裂水平井),建立了储层-裂缝-井筒耦合流动模型,应用Laplace变换及Stehfest数值反演,给出并分析了压力动态特征曲线。结果表明:基于压力导数曲线斜率,可以将体积压裂水平井压力传播过程划分为7个阶段:(1井筒储集控制阶段;2裂缝内径向流阶段;3裂缝及储层双线性流阶段;4裂缝干扰前线性流阶段;5裂缝干扰过渡流阶段;6裂缝内区线性流阶段;7裂缝外区拟径向流阶段)。同时,结合目标区块地质特征,分析了压裂参数对各阶段压力传播特征影响。结果表明:裂缝导流能力主要影响缝间干扰前早期流动特征,持续时间约200 h;裂缝条数主要影响缝间干扰出现的时间,持续时间约1 000 h;裂缝半长几乎影响整个生产前期与中期流动阶段,影响时间可持续至10 000 h。因此对于目标区块致密储层而言,建议首先优化裂缝半长,其次为裂缝条数,最后为导流能力。研究将对压力传播阶段识别、生产动态解释及裂缝参数优化提供理论基础。     

考虑摩擦时水平井钻柱的稳定性分析

分析摩擦对水平井钻柱稳定性的影响对于水平钻井作业的顺利进行是非常重要的．本文首先根据钻柱在水平井眼中的变形几何方程和静力平衡方程导出了钻柱的屈曲方程．通过线性化方程的小参数摄动解，讨论了不同边界条件下钻柱在水平并眼中的临界失稳载荷．绘制了不同摩擦系数（ｖ）下，无因次临界载荷（βｏｍ）与无因次长度（αＬ）之间的关系曲线；以及无因次钻压βＬ与临界无因次长度αＬＣ之间的关系曲线．本文的结果和有关的曲线可为水平井钻柱的稳定性计算和设计提供理论基础．     

页岩气藏压裂水平井线性耦合渗流模型研究

为研究页岩基质孔隙中气体低速流动时启动压力梯度对试井的影响、解决页岩气复杂流动机理耦合的困难,提出了一种新的圆柱状三重孔隙页岩基质模型,并与五线性渗流模型结合,建立了表征气体流动过程的多级压裂水平井线性耦合渗流模型;应用Laplace变换、Green函数等方法得到模型的解,利用Stehfest数值反演算法计算并绘制了气井无因次拟压力响应曲线并进行敏感性分析。结果表明,基于新模型的压力响应曲线可划分为七个流动阶段;启动压力梯度主要影响曲线的中晚期阶段,若启动压力梯度越大,则渗流阻力越大、拟压力及其导数值越大;基质渗透率越小,则基质向裂缝系统窜流越困难、边界控制流动阶段发生时间越晚。     

深井钻井的压力平衡研究

深井钻井具有高温高压及地层压力和地层破裂压力间安全钻井液密度窗口极为狭窄的特点,这为在深井钻井过程中保持井眼系统的压力平衡提出了更高的要求。为此,针对深井钻井的特点,运用流变学、传热学和物质平衡的基本原理,建立钻井液循环和静止状况下的钻井液温度分布模式及高温高压密度模式和高温高压流变模式,应用这些模式和地层流体的PVT特性对一些实钻深井的溢流现象进行分析。结果表明,井眼水力系统流体热力学模型对深井、超深井的压力平衡控制至关重要。