深水高温高压井管柱固定型封隔器失封及控制

为保证高温高压条件下深水油气井固定型封隔器的坐封效果,基于深水高温高压井完井测试开井后松弛力、活塞效应、螺旋弯曲效应、鼓胀效应和温度效应对管柱的影响,建立管柱固定型封隔器失封判断方法,并研究相关因素的影响规律。利用改进的正交试验,对产量、坐封深度、松弛力、管柱热阻和环空液体性质等可控因素的敏感性及可行性进行研究。结果表明:封隔器在高温高压条件下存在较高的失封风险;不同可控因素对失封风险的控制效果不同,其中环空液体性质、产量、松弛力和坐封深度的控制效果依次递减;综合考虑措施可行性,应优化环空液体性质、坐封深度和松弛力,必要时采用隔热管等技术,并对产量进行调节,保证坐封效果。     

旋转激励环境下摩擦力测试实验装置设计与实验

为了研究平面接触条件下摩擦力在旋转激励环境下的变化,设计了旋转激励环境下摩擦力测试实验装置,并进行了旋转激励载荷对钢-钢平面接触摩擦力的影响实验.该实验装置能够对激振力和激振频率进行精确调节,实现分别研究激振力和激振频率对平面接触摩擦力的影响.对钢-钢平面接触摩擦力的实验表明,相同激振频率下,随着激振力的增大,钢-钢平面接触摩擦力不断减小,且二者成近似线性变化趋势,当激振力达到39.9 N时,钢-钢平面接触摩擦力平均减小88.2%.相同激振力幅值下,随着激振频率的增大,摩擦力整体亦呈现减小的趋势,激振力越大,摩擦力减小越快,激振力幅值对钢-钢平面接触摩擦力影响较大,激振频率次之.     

基于不确定性分析的钻井工程风险定量评价方法

为建立一套适用于复杂地质环境的钻井工程风险定量评价方法,首先分析地层压力和钻井液循环当量密度的不确定性,得到地层压力和钻井液循环当量密度的概率分布;在此基础上,基于广义应力与强度干涉理论,将广义应力定义为致险因子,即钻井液循环当量密度;将广义强度定义为安全因子,即地层压力;将功能函数定义为井下复杂与事故的风险函数;最终推导建立钻井工程风险概率计算公式,运用该方法可以定量计算钻井作业中危险井段发生风险的概率值。实例分析结果表明风险评价结果与实际发生风险相吻合。     

深度学习与Eaton法联合驱动的地层孔隙压力预测方法

海上深部复杂地层孔隙压力的精确预测一直以来是钻井工程面临的难题之一。针对传统Eaton法的局限性和现有数据驱动法的不足,通过构建地层压力实测点的扩充方法,构建卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)和长短期记忆网络(long short term memory, LSTM)组合模型,充分挖掘钻测录震多源数据与Eaton指数之间的复杂非线性关系,可基于区块内已钻井的有限实测地层压力数据,实现全井Eaton指数的精细预测,为新探区地层压力实测点较少且分布不均等条件下地层孔隙压力的准确预测提供有效手段。结果表明：建立的方法预测深部复杂地层孔隙压力的平均相对误差为2.70%,而传统Eaton和LSTM方法的平均相对误差分别为7.60%和5.12%;通过深度学习与Eaton法联合驱动,不但提高了深部复杂地层孔隙压力的预测精度,也为传统方法融入了多源数据响应特征,为数据驱动方法提供了理论支撑。     

深水钻井气侵溢流发展规律及隔水管气侵监测优势

随着石油勘探开发迈向深水超深水,利用隔水管的长度优势、在隔水管底部对气侵进行早期监测的新思路成为研究的热点之一。从深水钻井气侵气体运移的基本规律出发,通过建立深水钻井井筒气液两相流计算模型,分析不同水深、泥线以下深度、井底压差、地层渗透率等工况下气侵气体的运移规律及其与溢流量的关系。结果表明:对于水深大于800 m、泥线以下深度小于2 800 m、地层渗透率小于50×10~(-3)μm~2的深水钻井,在隔水管底部对气侵进行监测比常规的泥浆池液面监测法更具时效性优势,且水深越深,泥线以下深度越小,地层渗透率越小,井底压差越小,该优势越明显。     

基于含可信度地层压力剖面的精细井身结构设计方法

对现有深井井身结构设计中安全密度窗口约束条件进行分析,发现井涌允量、破裂压力安全系数、抽吸压力系数等经验性安全系数的取值较为保守,且没有考虑循环钻进时防漏的约束条件,这对深井尤其是下部安全密度窗口窄的井钻井不利。通过引入含可信度的地层压力剖面以及附加钻井液密度和抽吸压力的计算分析,使安全密度窗口的上下限得以精确确定,在此基础上加入考虑环空压耗当量密度的约束条件,并给出迭代计算方法,解决了环空压耗计算中需要井身结构参数的难题,避免了深井循环钻进过程中的井漏问题,进而形成了一套基于含可信度地层压力剖面的、适用于深井的精细井身结构设计方法,可以有效避免深井中由于钻井液密度设计不合理导致的井下复杂事故的发生,且其设计结果具备一定的风险控制功能,有利于结合现场实际对设计进行风险控制。     

井下液压脉冲发生器工作特性仿真

井下液压脉冲发生器是一种可调制脉冲射流的井下提速工具,该装置的工作原理是利用井底钻柱振动能量,采用活塞激励的方式调制脉冲射流,基于该装置工作原理,利用Matlab环境下的Simulink系统建立装置工作状态下的仿真模型,对装置的工作特性进行仿真分析。结果表明:装置调制脉冲射流的压力变化值与装置内柱塞运动规律密切相关,装置产生的脉冲压力幅值随钻头压降的增大而增大,但增长幅度逐渐变缓,随钻井液流量的增加呈线性减小趋势,随钻压的增大而增大,随转速的升高而增大,合理选取钻进参数有助于装置工作性能的进一步提升。     

水力压裂过程中水泥环裂缝扩展的数值模拟

射孔后水泥环内产生初始裂缝,压裂过程中裂缝的扩展将为环空窜流的发生提供通道。针对此问题,根据水力压裂流固耦合理论模拟水泥环径向裂缝在体积压裂过程中的扩展过程,分析了套管内压、水泥弹性模量、地层孔隙压力等参数对压裂过程中水泥环裂缝扩展长度的影响规律。结果表明：压裂过程中射孔段水泥环径向裂缝扩展过程主要发生在压裂初期,且缝口与缝尖处的压力差随着压裂的进行逐渐缩小。较高的地层孔隙压力、较低的套管内压与高强度低模量水泥有利于减小水泥环径向裂缝扩展长度,保证水泥环有效封固。本文研究结果可为水平井体积压裂的射孔簇间距与压裂段间距的选取提供参考。     

深水钻井导管下深区间确定及风险评价方法

深水钻井导管的下入深度直接关系到海底井口的力学稳定性及后续钻井作业的安全。通过分析,确定导管存在最小下深和极限下深,并给出极限下深计算模型。基于概率统计和地质统计学方法,将目标点邻井的承载力增长系数进行概率统计,并通过差值算法对目标点进行移植预测,得到该系数在目标点处含有概率信息的预测值,将导管最小下深由单值变为含概率信息的分布带,同时结合导管极限下深的概率化分布,对目标井的导管设计下深进行定量风险评价。实例分析表明:承载力增长系数这一区域经验变量对深水导管下深影响很大,尤其当取值较小时,导管下深随着该系数的减小呈指数增长;该方法在给定可信度条件下可计算导管绝对安全下深区间,有效避免了因承载力增长系数不确定等因素导致的导管下深风险。