无隔水管深水钻井作业管柱的力学分析

 无隔水管深水钻井作业是深水钻井的关键环节之一,管柱的力学行为十分复杂。本文阐述了无隔水管深水钻井管柱的纵横弯曲变形力学模型、纵向振动力学模型及无隔水管深水钻井送入管柱设计与强度校核方法等,分析了作业管柱变形及运动的主要影响因素和规律,提出了解决这类复杂工程问题的简化思路。结果表明,作业管柱的轴向拉力过大或过小、海水深度大、平台偏移或升沉振动幅度过大以及海流流速快等因素对管柱的强度安全具有显著影响。在无隔水管深水钻井作业管柱强度设计与校核时,应充分考虑管柱的作业工况及环境载荷的影响。     

充气钻井环空弹状流稳态流动模型与实例验证

国内外针对弹状流(段塞流)管流的力学模型研究很少,且计算误差较大,无法应用于钻井工程。为此,针对充气钻井开展环空气液弹状流稳态力学模型研究,可准确预测和设计井筒流体参数。首先,借鉴国外研究成果,对钻井气液两相管流型态进行描述分析,推导出环空弹状流与泡状流的转换判别关系式,认为环空充气钻井液主要出现泡状流和弹状流两种流型,且充气钻井井深小于300 m的环空内为弹状流。然后,建立环空弹状流单元的物理模型,并对其流动参数进行解析计算。依据管流机械能守恒定律,建立充气钻井环空弹状流稳态力学模型,并给出数值解法。通过两井连通充气钻水平井(DNP02井)的实钻模拟,计算出的环空流动参数与现场实测数据非常吻合,误差小于5%。证实模型的理论体系完整,计算结果满足钻井工程需求,具有很好的通用性。     

气体钻井钻柱内声波信号传输规律分析

针对气体钻井随钻测量问题,参照医用听诊器的工作原理,提出在气体钻井中利用钻柱内声波进行井下信息传输的方法;通过建立钻柱内声波传播的数学模型并求解,得出钻柱内声波信号传输的衰减规律;利用声波导理论对钻柱的声波导特性进行分析,计算钻柱内声波的截止频率。通过管道声波传输实验,将采集声波信号与计算结果进行比对,验证了理论分析的准确性。结果表明,气体钻井钻柱内声波信号传输过程中的衰减程度随频率的升高而逐渐加剧;钻柱的内径尺寸决定了内部各阶声波的截止频率,内径越大,声波的截止频率越低;声波信号传输载波频率的选择时,应兼顾钻柱内声波信号的衰减规律和不同尺寸钻具的声波导特性,尽量选择钻柱截止频率内较低的频段,减少因高次波激发造成的衰减,延长声波信号的传输距离。     

天然气水合物藏井眼蠕变缩径研究

天然气水合物作为储量丰富的清洁能源备受世界各国的关注,但水合物储层的不稳定性使得其钻井和开采都存在困难.当井眼钻开后,水合物储层的蠕变特性会造成井眼缩径,进而影响水合物井的钻井安全.对冻土水合物地层在井眼钻开后的井眼缩径进行分析.结果表明:缩径发生时井眼不同方位地层将以不同速率进行缩径,但随着时间的增加,不同方位处的缩径速率趋于相同;随着水合物层埋深的增加,井眼的蠕变量将呈近线性增加;井眼的蠕变缩径速率将随着地应力非均匀性的增大而增大;随着水合物饱和度的增加,井眼的缩径速率降低.研究结果可为水合物地层钻井液密度的选取提供理论依据.     

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。     

深水钻井隔水管段大尺寸环空压耗数值模拟

深水钻井过程中海水段隔水管环空中的水力学特性与常规井有较大差别。运用理论分析的方法对海洋深水钻井隔水管段大尺寸环空中的压力损失进行了研究,分析了环空泥浆返速、钻杆旋转速度、钻井液性能和环空尺寸等对压耗的影响,并与常规井眼环空压耗进行了对比。研究结果表明:在大尺寸环空中,对于幂律流体,在层流状态下环空压耗随钻杆转速的增加而减小;随着环空尺寸的增大,环空压耗急剧降低;随钻井液流变指数和稠度系数的增加,环空压耗呈指数增大和线性增大。本文可为研究隔水管环空螺旋流携岩规律提供帮助。     

水平定向钻穿越施工中钻井液渗透对孔壁塑性半径的影响

以大直径水平定向钻进(HDD)在实际砂土层的工况为对象,通过理论分析和实验室测试的方法推导HDD钻孔孔壁的塑性半径的计算公式,并对试验测试结果进行分析。结果表明:当压差等于零或内压大于外压时,孔壁塑性半径受到钻井液渗透的影响非常小,几乎趋近于一个定值;当内外压差小于1.0 MPa时,塑性半径受钻井液渗透影响程度呈指数增加,当内外压差大于1.0 MPa时,其理论值已经超过了实际工程钻井液渗透的半径。     

随钻地层压力测试增压效应响应机理研究*

随钻地层压力测试可在钻井的过程中实时提供地层压力信息,达到提高钻井效率,优化钻井工艺的目的。但由于钻井过程中泥浆滤液侵入地层,造成近井地带地层出现增压效应,增压效应导致随钻地层压力测试结果失真。因此,针对随钻地层压力测试过程中存在的增压效应,分析增压效应产生的主要原因和形成机理,建立了泥饼形成条件下增压压力的理论模型,采用该模型模拟了不同地层、地层流体、泥饼和井筒环境下的增压响应规律,揭示了随钻地层压力测试增压效应的响应机理。研究表明,地层渗透率、泥饼渗透率和过平衡压力的大小是影响增压效应的主要因素,在地层渗透率较低、泥饼渗透率较高情况下增压效应明显增大。     

石油钻井完井清洁生产初探

近年来,随着能源需求增加,石油天然气勘探开发的力度不断加大,由此对环境造成的污染也急剧增加。尤其是在油气钻探过程中产生的废气、废水以及固体废弃物,如果处理不当,极易对自然环境造成污染。如何正确有效地对这些钻完井废弃物进行无害化处理,已经成为当今石油勘探开发过程中的必要研究环节。笔者以川渝地区罗家1井、帽儿1井钻井完井废弃物无害化处理实例,论证钻井完井清洁生产的必要性。     

深水钻井隔水管的准静态非线性分析

对深水钻井隔水管进行准静态分析时,需搜索波浪的最大相位角以寻找最大波流合力,提出了搜索波浪最大相位角的最大Mises应力准则.开发了隔水管准静态分析系统,系统以C Builder为开发环境,后台调用ABAQUS进行计算,调用面向对象Python程序访问数据库,提取计算结果,实现了波浪最大相位角的自动搜索和深水钻井隔水管的准静态非线性分析.应用实例验证了该分析系统的有效性.结果表明,波浪相位角为180°时隔水管准静态响应最大,其次为波浪相位角90°,2700°,0°,隔水管静态响应介于波浪相位角为90°与270°的准静态响应之间.