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2009年  第37卷  第2期

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关于钻柱一次弯曲临界条件的考证
韩志勇
2009, 37(2): 1-4.
摘要:
关于钻柱在钻压作用下,出现一次弯曲和二次弯曲时的临界受压长度,鲁宾斯基先后在 1950 年、 1951 年两次发表论文给出了其计算公式和值。对比了鲁宾斯基两篇论文的区别,回顾了鲁宾斯基有关垂直井钻柱屈曲理论在我国的应用情况,考察了鲁宾斯基对自己论文的态度,得出了钻柱一次弯曲的临界受压长度应该为 1.94m ,而不应该是目前广泛应用的 2.04m 。
随钻地震波场传播与数据处理方法的数值实验
王鹏 葛洪魁 陆斌 杨微
2009, 37(2): 5-9.
摘要:
随钻地震( SWD )是利用钻头旋转破岩振动产生的地震波来实现钻前预测的一项新技术。因钻头振动能量弱、井场噪音能量强以及随机连续振动造成的不同时刻、不同震相的波相互叠加,使随钻地震信噪比很低,波场非常复杂,数据处理难度大。而现场试验周期长,费用高,地下结构等未知因素多,不利于开展 SWD 研究。数值模拟具有在控制条件下开展研究的优势,是一种高效、廉价的数值实验方法。在 Seismod 地震波场模拟软件和 Matlab 信号分析软件的基础上,针对随钻地震低信噪比、震源信号连续随机的特点,以黏弹性介质地震波动方程、交错网格高阶有限差分数值解法和互相关信号分析为核心,建立了 SWD 数值实验平台,算例结果证明该模拟平台是可靠的。同时利用该模拟平台对 SWD 波场传播、直达波与反射波时距曲线特征、数据处理方法等进行了数值实验,深化了对 SWD 波场传播规律和 SWD 数据处理方法的认识。
气体钻井地面分离设备液体排料系统的设计研究
宋体, 付双成, 孙国刚, 高翠芝, 郭广军
2009, 37(2): 10-13.
摘要:
目前,氮气、天然气欠平衡钻井过程中将由井筒返回至地面的气体进行直排放燃,这样既污染了环境,又浪费了能源,增加了钻井成本。为此,设计了一套气体钻井地面分离系统对由井筒返回至地面的气体进行回收,并对分离设备的排料系统进行了设计研究。为充分回收气体并保证连续排料,采用了液体排料的方案。液体输送需要保证排料速度大于临界流速,而临界流速与所输送固体的粒径有关,通过调研和采样分析掌握了井口钻屑粒度分布范围,确定采用相应的B.C.克诺罗兹公式计算排料临界流速。同时,为了达到带压锁气排料的目的,设计了料罐液位自控方案。最后,针对气体钻井的实际工况对排料系统进行了实例设计,并进行了排料系统携岩排料能力试验,证明所做的设计可行。
半潜式钻井平台双井架钻机作业工艺初步研究
岳吉祥 綦耀光 肖文生 杨轶普
2009, 37(2): 14-17.
摘要:
半潜式钻井平台是深海石油勘探开发的关键设备,而双井架钻机已逐渐成为第六代深水半潜式平台的主流配置。在分析双井架钻机应用情况和选型依据的基础上,对双井架钻机单井和多井作业工艺过程设计进行了研究,分别分析了其钻井作业工艺过程和工艺特点,重点分析了双井架主辅钻机协作作业和并行作业特点,建立了一套针对所研究目标平台的单井和多井作业工艺,并对支持双井架钻机作业工艺所需的平台配置进行了研究,同时,对目标平台配置进行了初步分析。
钻井液密度对井眼缩径影响的黏弹性分析
王耀锋, 李军强, 杨美全, 杨小辉, 王水航
2009, 37(2): 18-21.
摘要:
采用开尔文沃伊特流变模型,推导出了均匀地应力下盐膏层井眼缩径的黏弹性解析解,得到了实际可以测量到的井径变化值,并分析了钻井液密度对井眼缩径的影响。对江汉油田王斜781井进行了实例分析,结果表明,盐膏层井眼缩径与岩层自身蠕变特性密切相关,井眼缩径率随着时间的增加而减小且最后趋于一稳定值,随着钻井液密度升高,井眼缩径率降低,当钻井液密度升至某一值时,井眼缩径率降至为零,此密度即为临界钻井液密度(王斜781井的临界钻井液密度为2.4 kg/L)。钻井液密度高于此临界值并依据岩层自身蠕变特性合理安排作业时间是保证钻井过程中不发生缩径和卡钻等事故的必要条件。
仿生非光滑理论在钻探(井)工程中的应用与前景分析
仲崇梅, 孙友宏, 徐良, 高科, 任露泉
2009, 37(2): 22-25.
摘要:
介绍了仿生工程学研究领域的重大发现,即自然界中,无论是陆地、海洋还是天空中的生物,为适应不同的生活环境需要进化而成的表面,都是非光滑表面,该非光滑表面具有减粘、脱附、减阻的特性。实践证明,有规律的非光滑表面还具有耐磨特性,用在发动机活塞表面和轧辊表面均能大幅度提高使用寿命。将仿生非光滑特性应用到金刚石钻头的设计上,研制出了JBD-75S仿生非光滑绳索取心金刚石钻头。现场试验证明,在同样的加工工艺和使用条件下,有规律的仿生非光滑表面金刚石钻头比普通金刚石钻头机械钻速提高47%~83%,钻头寿命提高2.43~2.61倍。
优化反分析方法在地应力与裂缝研究中的应用
刘钦节, 闫相祯, 杨秀娟
2009, 37(2): 26-31.
摘要:
应用最优化反分析方法建立了基于常规测井资料的地应力及裂缝分析模型,该模型可以利用声波、密度和自然伽马等资料求取井筒附近的岩石力学参数、地应力及裂缝参数的连续剖面,为钻井过程中保持井眼稳定、压裂设计等提供参考。以胜利油田纯化油区几十口井的实际资料为例进行计算分析,获取了相应的地应力及裂缝分布规律,并首次回归拟合了该油区三向地应力随深度变化的关系曲线。大量试验结果和现场应用情况表明,该方法准确可靠,成本较低,适应性强。
气体钻井地层出水监测新方法
石建刚 陈一健 王赞 王成岭
2009, 37(2): 32-34.
摘要:
气体钻井钻遇水层后,当钻屑和水的比例达到一定值时,钻屑就会粘附在钻具和井壁上形成泥饼环,容易引起井下复杂情况或事故。针对目前常用的几种判断地层出水的方法在刚打开水层、出水量较小时无法及时准确判断的问题,提出了在排砂管线上安装湿度传感器,通过监测环空返出气体相对湿度的变化判断地层出水的新方法。在川西多口井的成功应用表明,该方法具有反应快、操作方便等优点,能够及时准确地监测到地层出水(仅需3~4min),为气体钻井的顺利进行提供了安全保障。
水平层状裂缝性岩体的井壁稳定性分析
李士斌 高铭泽
2009, 37(2): 35-37.
摘要:
在一些工程实践中,常会遇到水平层状裂缝性岩体的井壁稳定问题。因此,了解该类岩体的强度特征及其大小,建立相关的强度模型,对于正确判断和处理工程中出现的水平层状裂缝性岩体的井壁失稳是非常有益的。分析了水平层状裂缝性岩体的应力和应变情况,建立了水平层状裂缝性岩体交界面处的抗压强度模型。利用该模型,结合大庆油田徐家围子地区部分井段水平层状裂缝性岩体的井壁稳定性较差,井壁坍塌、掉块严重的特点,以室内试验为基础,确定了该井段水平层状裂缝性岩体的合理坍塌压力,为该地区井壁稳定提供了保障。
非均匀外挤压力作用下内径偏磨套管的应力分析
关舒伟, 李春福, 李学艺, 王喜梅, 陈金锁
2009, 37(2): 38-40.
摘要:
油气井的套管损坏中的很大一部分发生在泥岩段,泥岩浸水膨胀是造成泥岩段套管损坏的主要原因。钻井及修井过程中的泥岩段套管磨损会降低套管的强度,从而加剧套管损坏。采用有限元法分析了不同磨损程度下套管抗挤强度的变化,探讨了套管磨损处于泥岩段时套管磨损程度与套管损坏间的关系。结果表明:当偏心距和其中一个水平主地应力固定不变,在另一水平主应力线性增加的情况下,含磨损缺陷的套管抗挤强度显著下降;在地应力不变的情况下,磨损位置处于最小水平地应力方向时,随着偏心距的增加磨损位置应力迅速增大,套管抗挤强度和抗挤强度系数均逐渐减小。这为钻井、修井及采油过程中防治套管损坏提供了重要依据。
磨料射流切割多层套管技术的试验研究
蒋慰兴 陈建兵 马认琦 谭峻松
2009, 37(2): 41-44.
摘要:
在淹没条件下对旋转磨料射流切割套管的规律进行了试验研究,重点分析了射流压力、喷嘴转速、喷距、磨料质量分数和磨料粒径等因素对切割深度的影响规律,目的在于研制一套切割海洋废弃井口的磨料射流工具,并获得影响切割效率的各种参数规律、切割工艺,从而形成一套可靠的、新的海洋废弃井口处理方法,以便较好地解决海洋环境保护与废弃井口处理的问题。
泡沫水泥固井施工参数优化设计
朱礼平, 杨雄, 刁素, 李群生, 廖忠会
2009, 37(2): 45-47.
摘要:
泡沫水泥具有密度低、强度大、渗透率低、无游离液和防气窜能力强等特点,在国内外油田长封固井段或低压易漏地层固井施工中得到了广泛应用。现场通常采用“穿鞋戴帽”的固井方式,在关键封固井段使用泡沫水泥浆,其余井段使用常规水泥浆进行封固。当前泡沫水泥固井施工设计,主要是在忽略泡沫水泥浆流动摩阻的基础上,利用环空候凝状态压力平衡关系进行计算,使施工参数设计缺乏一定的合理性。为此,笔者在分析泡沫水泥浆多相流动摩阻损耗后,建立了泡沫水泥浆流动压降计算模型;同时引入了固井施工中存在的U形管效应,基于平衡压力固井施工原则,建立了泡沫水泥固井施工参数优化设计方法。并通过现场试验验证了该施工参数优化设计方法的实用性。
新型硅酸盐无渗透钻井液的研究与应用
金军斌, 徐江, 张玉宁
2009, 37(2): 48-52.
摘要:
将硅酸盐和无渗透钻井液有机结合在一起,研制了新型硅酸盐无渗透钻井液体系。试验证明,该钻井液具有良好的防塌抑制性,较强的抗盐、抗劣土污染能力,在高温高压条件下形成的无渗透泥饼的承压能力达15.0 MPa。该钻井液体系在准噶尔盆地中部3区块永9井4 318.00~5 895.00 m井段进行了应用,较好地解决了直径215.9 mm井眼吐谷鲁群复杂井段严重阻卡问题,平均井径扩大率为13.86%,与未应用该钻井液的永1井、永2井和永6井的井径扩大率相比,分别降低了30.77%、17.91%和5.31%,取得了良好的防塌抑制、非渗透和保护油气层效果,创造了硅酸盐钻井液应用井深、井段之长和区块井身质量等多项纪录。
提高海26区块侧钻井固井质量工艺技术
李壮 丁文正 王成业 曹生 张世军 荣振
2009, 37(2): 53-56.
摘要:
辽河油田海26区块侧钻井固井质量差,油井寿命短。分析认为影响侧钻井固井质量的主要因素环空间隙小、套管不居中、注水泥顶替效率不高等。为此,提出了提高固井质量的一系列技术措施:优选出合理的环空间隙,并利用扩孔技术增大环空间隙,采用双胶塞复合碰压固井技术,优化套管扶正器安放位置及其间距,研制新型配套的固井工具,提高套管居中度和水泥顶替效率。该技术措施在海18-4C井、海稠7-27C井和海稠7-25C井等20口侧钻井进行了应用,应用成功率100%,固井质量大幅提高,侧钻井寿命提高了近两倍。
KRH-1快钻剂的研究与应用
金潮苏
2009, 37(2): 57-59.
摘要:
为提高钻井速度,研制了快钻剂KRH1。在室内对其润滑性能、抑制性能和抗温能力及对钻井液性能和机械钻速度的影响进行了评价,结果表明:快钻剂KRH-1具有良好润滑和抑制性能;能抗150 ℃的高温;与水基钻井液配伍性良好,对其性能影响不大;可明显提高钻井速度。现场应用也表明,快钻剂KRH-1具有良好的抑制性能和抗温能力,能大幅提高钻井液的润滑能力,加入快钻剂KRH-1钻井速度明显提高。
气体钻井钻具失效因素与机理分析
祝效华, 蒋祖军, 童华, 张杰
2009, 37(2): 60-62.
摘要:
气体钻井中钻具失效事故频发,严重阻碍了气体钻井技术的规模化应用。通过现场调研发现,气体钻井钻具失效率为钻井液钻井钻具失效率的2~10倍,且在钻杆、加重钻杆、钻铤处均有发生,脆断特征明显。定性分析了导致气体钻井钻具失效的主要因素,包括工作载荷、振动、热效应、冲蚀、腐蚀、井径扩大和冲击。指出剧烈振动和热积聚是除工作负载以外引起钻具异常失效的主要因素,其次是冲蚀、腐蚀和井径扩大。动载效应和钻具局部热效应的耦合作用达到一定程度后,钻具局部产生裂纹,然后在上述因素的综合作用下,裂纹快速扩展,钻具发生脆断。
PCD弹性模量、泊松比的测试实验研究
徐根, 陈枫, 马春德, 徐国平
2009, 37(2): 63-65.
摘要:
弹性模量、泊松比作为PDC的重要物性参数,其取值的精确与否将直接影响到PDC其他的力学性能。利用Instron1342电液伺服材料试验机,采用简单的压缩加载实验,成功测得了聚晶金刚石(PCD)的弹性模量、泊松比,且弹性模量最大误差不超过6%,泊松比最大误差不超过8%,均在容许范围之内,测试结果相当理想。该实验证明,用压缩加载实验来测试PCD的弹性模量和泊松比是可行的,且该方法简单、可靠,测试费用低。
多级燃速爆燃气体压裂裂缝扩展耦合作用分析
何丽萍, 韩锋刚, 李文宏, 喻晓琳
2009, 37(2): 66-69.
摘要:
多级燃速爆燃气体驱动裂缝扩展过程中,裂缝形态与裂缝中的气体压力相互影响相互制约。分析了井下爆燃气体流动特性,建立了裂缝内爆燃气体流动模型,引入多级燃速爆燃气体压裂具体边界条件,在半解析法定性分析裂缝内气体压力分布的基础上,求出了爆燃气体在裂缝中流动过程的数值解。根据线弹性断裂力学,弹性力学理论,推导出油井不同载荷作用下裂缝尖端应力强度因子,作为裂缝起裂依据;利用裂缝尖端J积分得到的能量释放率确定起裂后裂缝扩展速度。将裂缝内气体流动方程和裂缝体对爆燃气体载荷响应方程联合求解,在井筒多级脉冲气体压力曲线设定的条件下,可以计算出裂缝起裂、止裂压力;对每一时步进行分析,可以确定该时步裂缝扩展量,从而确定该时刻对应的裂缝长度。实现了多级燃速爆燃气体压裂气体流动和裂缝扩展的耦合过程描述,对现场压裂施工优化设计具有重要的指导意义。
预测聚合物驱油田产量的两种方法的对比
王雨 宋考平 唐放
2009, 37(2): 70-73.
摘要:
在分析大量油田动态指标预测方法及聚合物驱影响因素的基础上,对适合于聚合物驱的油田开发指标预测方法进行了深入研究,并结合大庆油田杏四~六面积北部区块注聚合物驱的实际资料,应用物质平衡法和预测模型法对该区块的产油量进行了预测。结果表明:物质平衡法可以对聚合物驱整个过程进行预测,其优点是计算速度快、精度高,缺点是需要的参数多,对后续水驱阶段预测有一些偏差;在聚合物驱开发初期,两种预测模型法的误差偏大,达到最高月产油量后,预测误差较小,表明在含水稳定阶段和含水回升阶段预测模型法的应用效果较好;物质平衡法优于模型法,物质平衡法预测的平均误差为2.05%,而两种模型法预测的平均误差分别为4.61%、3.73%。总体来说,两种方法都满足生产的需要。
突变评价法在煤层气评价和选区中的应用
陈茂谦, 师俊峰, 金娟
2009, 37(2): 74-77.
摘要:
针对目前在煤层气选区评价方法上存在的问题,应用突变理论和模糊数学相结合的方法得到了突变模糊隶属函数,并由此建立了煤层气区块综合评价和选区模型。该模型首先建立了评价煤层气区块综合评价指标体系结构,并对指标参数进行了归一化处理;然后应用突变模糊隶属函数法,对煤层气区块进行了综合评价和筛选。该模型可避免模糊评价法、因子分析法和层次分析方法等的弱点,减少了主观性又不失科学性,对煤层气开发中的区块优选具有指导意义。
考虑真实气体PVT动态的高速非达西渗流模型
赵晓燕 姚军 崔传智 苏玉亮
2009, 37(2): 78-81.
摘要:
在分析天然气高速非达西渗流特征的基础上,考虑了天然气黏度、压缩因子和压缩系数等随压力变化的情况,建立了天然气高度非线性的不稳定渗流数学模型,采用数值差分方法对模型进行了求解,并分析了非达西渗流条件下气体产能特征,以及真实气体PVT参数随压力变化对产能的影响。结果表明,考虑高速非达西流和真实气体PVT参数动态变化时的产能高于达西线性流和PVT参数为常数时的产能,在不稳定渗流的早期、晚期阶段,天然气黏度、压缩系数变化都会对产能产生影响。因此在气藏产能计算和动态分析中应该考虑非达西流和PVT系数变化对产能的影响,以准确指导气藏开发。
水平气井无阻流量的计算方法及应用
杨作明, 王彬, 刘兰芹, 潘前樱, 李道清, 庞晶
2009, 37(2): 82-84.
摘要:
针对目前对水平气井产能和无阻流量研究较少的现状,通过分析水平气井产能公式,研究了在没有系统试井资料的情况下,根据地层参数预测水平气井无阻流量的方法,给出了在系统试井后水平井无阻流量的具体计算公式。并根据新疆油田水平气井的实际试气情况,对预测值和实际结果进行了对比分析,发现两者比较接近,说明该方法可以用于水平气井的产能预测。
水平井变质量流与油藏渗流的耦合研究
周生田 郭希秀
2009, 37(2): 85-88.
摘要:
针对目前对水平井生产时井筒内流体流动研究的现状及不足,对裸眼完井水平井微元段进行了流动分析,根据连续性方程、动量方程和能量方程,推导了混合压降计算公式,得到了井筒压降计算模型。该模型考虑了摩擦、加速度和井筒壁面流入的混合干扰等因素。建立了稳态条件下水平井筒流动和油藏渗流的耦合模型。实例计算和分析了一口水平井的变质量流动规律,与无限导流模型进行了分析对比,说明了井筒压降对井产能的影响。该耦合模型为描述水平井流入动态、评价水平井产能提供了理论依据。
薄产层水平井GP06-9井钻井技术
王万庆 谌建祁 石崇东 耿天祥
2009, 37(2): 89-93.
摘要:
GP06-9井是长庆油田分公司在靖边中部气田下古生界薄气层实施的第一口水平开发试验井。钻探目的层为奥陶系下统马五13层。针对有效储层厚度0.5~1.0 m,并且埋藏深度超过3 180.00 m的地质状况,采取直井探明储层地质信息后,填井至造斜点以上50 m,再侧钻水平井。该井在优化井身结构设计的基础上,通过采取挤压封堵技术、裸眼侧钻技术、井眼轨迹控制技术等关键技术,解决了上部易漏层刘家沟组地层的漏失、下部“双石”层和石炭系“煤层”的坍塌及长水平井段的井眼轨迹控制、长裸眼井段的井壁稳定等技术难题,总结了在薄气层水平井钻井施工的技术措施。GP06-9井的成功不仅对提高该区块的产能具有重要作用,而且为有效开发该区块的薄产层积累了十分重要的实践经验。
元坝1井超深井钻井技术
李伟廷
2009, 37(2): 94-99.
摘要:
元坝1井是部署在四川盆地川东北巴中低缓构造带元坝岩性圈闭的一口重点区域探井,设计井深6 920 m,实际完钻井深7 170 m,全井平均机械钻速2.0 m/h。针对该井地层古老、硬度大、研磨性强、可钻性差、机械钻速低、漏层多、漏失严重、海相和陆相地层安全窗口密度都较低,特别是在海相裂缝性气层喷漏共存等问题,通过深入研究分析,成功使用了空气钻井技术、气液转换技术、承压堵漏技术、抑制性聚磺封堵性防塌钻井液体系,优选了高效PDC钻头,配合螺杆、涡轮钻具钻进,大幅度提高了钻井速度,保证了工程质量,为元坝地区的勘探开发提供了技术保证。
国外连续循环系统的研制及现场试验
邱亚玲 杨德胜 刘清友 韩传军 莫丽
2009, 37(2): 100-102.
摘要:
连续循环系统可以在钻井过程中保持钻井液不间断循环,从而能够解决钻井过程中中断钻井液循环带来的一系列问题,如压力波动、井涌等。该系统以钻台为基础,适用于任何带有顶驱钻井装置的井架,对于提高钻井作业能力,减少钻井成本和降低事故发生率都具有重要意义。该系统可以应用于大斜度井/水平井、深水井、欠平衡井、窄密度窗口井、压力敏感井和尾管循环钻井,是一项具有发展前景、值得进一步研究和推广应用的钻井新技术。详细阐述了该系统的组成、工作原理、技术优势以及国外的应用情况,为下一步研究该系统的防喷器组、液压控制部分等工作奠定了基础。