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A new solution to enhance cuttings transport in mining drilling by using pulse jet mill technique

Science China(Technological Sciences) 2019年第5期62卷 875-884页

作者： LIU YongSheng GAO DeLi WEI Zheng BALACHANDRAN Balakumar WANG ZhenQuan tan leichuan MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering China University of Petroleum Department of Mechanical Engineering University of Maryland College Park

In horizontal drilling, the cuttings bed is frequently formed to result in severe problems such as backing pressure, binding of bottom hole assembly(BHA) and even sticking of tool. Practice and research show that the smaller particle size is, the more favorable to carry out from bottom of hole in extended reach well or horizontal well. This paper presented a new solution to enhance cuttings transport in mining drilling through a new type of bit called pulsed mill bit(PMB) by using pulse jet mill technique. It provides a promising solution to enhance the efficiencies of rock breaking and cuttings carrying for pulsed jet,sucking cuttings to decrease the chip hold down effect, and reducing cuttings' diameter to eliminate cuttings bed. The design was supported by the calculation models of Helmholtz resonator natural frequency, optimal drilling fluid flow rate of resonator,drilling fluid flow velocity in forward jet channel, critical impact velocity of cuttings and minimum length of the accelerating cavity. Meanwhile, factors affecting optimal drilling fluid flow rate, critical impact velocity of cuttings and minimum length of accelerating cavity were investigated. Case study showed a good consistency between the calculation results and the related theories. It is concluded that optimal drilling fluid flow rate increases with the increase of inlet and outlet cavity's diameter, and decreases with the increase of the diameter of the resonant cavity. Critical impact velocity of cuttings increases with the energy conversion factor(β) and ROP, while decreasing with the final size of the cuttings(d_t). This effect is obvious when β<0.2, ROP<3.048 mh^(-1) and d_t<0.3 mm. Minimum length of the accelerating cavity decreases with the increase of the resonator's natural frequency and separation coefficient(α) of drilling fluid flow rate. This study provides a promising solution to remove cuttings bed in horizontal well.

关键词： pulse jet mill technique cuttings bed Helmholtz resonator optimal flow rate critical impact velocity

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Experimental Evaluation of the Mechanical Properties of Cement Sheath under High-Temperature Conditions

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Fluid Dynamics & Materials Processing 2022年第3期18卷 689-699页

作者： Pei Zou Zhiqiang Huang Yian Tong leichuan tan Rui Li Kai Wei Deng Qiao Yangtze University Wuhan430199China Downhole Service Company CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co.Ltd.Chengdu610052China Chuanxi Drilling Company CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co.Ltd.Chengdu610051China China National Logging Corporation Southwest Branch Chongqing401147China China University of Geosciences Wuhan430074China

The sealing integrity of cement sheath in offshore wells is seriously threatened under high-temperature conditions,resulting in gas channeling and other *** the lack of experimental results,in this study relevant samples of a cement slurry sealing section of a typical offshore high-temperature well have been prepared and *** particular,the mechanical properties have been assessed with a triaxial pressure servo instrument and a high-temperature curing *** density and the Poisson’s ratio of the samples have also been *** stress-strain curve has been drawn to obtain the elastic modulus and the compressive *** rock brittleness index has been calculated according to the measured elastic modulus and the Poisson’s ratio,together with the brittleness and the compressibility of the cement *** test results show that the mechanical properties and bonding strength of the cement samples are optimal at 130°C,medium at 150°C,and poor at 180°C.

关键词： High-temperature wells cement sheath mechanical properties triaxial test brittleness index

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套管综合磨损效率模型研究

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钻采工艺 2022年第4期45卷 38-43页

作者：谭雷川钟广荣高德利中国石油集团川庆钻探工程有限公司川西钻探公司中国石油集团川庆钻探工程有限公司川东钻探公司石油工程教育部重点实验室·中国石油大学(北京)

随着深井、超深井、大位移井钻井技术的发展,套管磨损问题变得越来越突出,严重的套管磨损会导致井下管柱强度的降低,影响钻井工程的安全性与可靠性。文章在前人所建立的单一磨损效率模型的基础上建立了综合磨损效率模型。该模型依赖三... 详细信息

随着深井、超深井、大位移井钻井技术的发展,套管磨损问题变得越来越突出,严重的套管磨损会导致井下管柱强度的降低,影响钻井工程的安全性与可靠性。文章在前人所建立的单一磨损效率模型的基础上建立了综合磨损效率模型。该模型依赖三个系数:套管磨损效率系数E,钻柱接头磨损效率系数E,综合磨损效率系数E。该模型预测了摩擦副磨损体积,并引进了套管磨损效率比(E/E)和套管磨损体积(V/V)来衡量套管在不同材料、不同钻井液和不同接触力下相对于摩擦副的相对磨损效率以及总摩擦副磨损体积已知的情况下的套管磨损体积,并进行了22组磨损测试试验来校准该模型参数。实验结果表明:对于同一钢级摩擦副,水基钻井液会加剧摩擦副的磨损;较高密度的石灰石加重剂会导致钻杆接头磨损速率大于套管磨损速率;在相同的套管磨损体积比增量条件下,水基钻井液中套管磨损效率比增幅要稍大于油基钻井液中的效率比增幅;对已钻井H1井实钻参数反演套管磨损效率系数,对类似工况下具有相同井身结构的待钻井H2井进行套管磨损预测,文章建立的套管综合磨损效率模型考虑了钻柱接头的磨损情况,计算结果略小于前人建立的套管磨损效率模型。该模型能使套管磨损预测结果更加精确,有助于提高超深井,大位移井裸眼延伸极限的评估,使得钻井效益最大化。

关键词：综合磨损效率套管磨损预测磨损测试套管磨损效率比钻井工程

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套管磨损试验成本控制研究

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石化技术 2021年第3期28卷 47-48页

作者：张睿洁谭雷川中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻井液技术服务公司四川成都610051 中国石油集团川庆钻探工程有限公司川西钻探公司四川成都610051

套管磨损是钻井工程中的一个核心课题,而套管磨损试验又是套管磨损问题研究的基础。针对套管磨损试验的成本控制问题,分析并研究了影响该试验成本的相关因素,结果表明试验材料费、设备使用费、人工劳务费和各级管理费所占比例较高,而交... 详细信息

套管磨损是钻井工程中的一个核心课题,而套管磨损试验又是套管磨损问题研究的基础。针对套管磨损试验的成本控制问题,分析并研究了影响该试验成本的相关因素,结果表明试验材料费、设备使用费、人工劳务费和各级管理费所占比例较高,而交通费、税费、风险费和其他费占比例较小。针对存在的问题,提出了优化试验设计、人员精细化管理、严控材料采购环节、提高风险防控能力4项措施,这些措施可以有效地降低套管磨损试验成本,使得套管磨损研究的效益最大化。

关键词：套管磨损试验成本成本控制钻井工程

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基于钻柱正弦屈曲的套管磨损预测模型

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中国石油大学学报（自然科学版） 2019年第4期43卷 69-74页

作者：谭雷川高德利 ADEEB Samer 陶红陶冶王正旭任韶然庞琬滢张馨方中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室北京102249 阿尔伯塔大学土木与环境工程学院加拿大埃德蒙顿T6G1H9 中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院四川广汉618300 中国石油集团川庆钻探工程有限公司培训中心四川成都610015 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 阿尔伯塔大学采矿与石油工程学院加拿大埃德蒙顿T6G1H9

在复杂井况油气勘探开发的钻井过程中,巨大的摩阻扭矩和严重的狗腿度使钻柱和套管不可避免地发生接触,导致严重的套管磨损。基于能量耗散原理和新的复杂几何关系,建立一种考虑钻柱正弦屈曲的套管磨损预测模型,并利用套管磨损因子反演的... 详细信息

在复杂井况油气勘探开发的钻井过程中,巨大的摩阻扭矩和严重的狗腿度使钻柱和套管不可避免地发生接触,导致严重的套管磨损。基于能量耗散原理和新的复杂几何关系,建立一种考虑钻柱正弦屈曲的套管磨损预测模型,并利用套管磨损因子反演的方法校正并预测具有相似结构和井眼轨迹的井的套管磨损情况。该模型应用于涪陵页岩气套管磨损预测,通过井X1现场井径测试数据对具有相似结构和井眼轨迹的井X2进行磨损预测。结果表明:当测深达到2 700 m时,如果不考虑钻柱的正弦屈曲会导致磨损深度预测误差超过23.9%;对于位于1989 m钻柱接头与套管的目标磨损位置,若考虑正弦屈曲情况,实际位于1 794 m处,预测误差达到9.8%;忽略钻柱正弦屈曲对套管磨损的影响会导致套管磨损预测不准确。

关键词：套管磨损预测正弦屈曲钻柱反演计算预测精度涪陵页岩气

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基于轴向振动的水力振荡器参数优化

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机械设计与研究 2023年第4期39卷 191-195页

作者：蔡明杰李洪兴李霞谭雷川陈建桂云中国石油川庆钻探工程有限公司川西钻探公司成都610051 四川越盛油气田技术服务有限公司成都610051

威远区块页岩气长水平井钻井摩阻大、钻压传递效率低、机械钻速慢,水力振荡器参数选取大多凭借经验,缺乏有效理论指导。考虑水力振荡器轴向振动特性,基Dieterich-Ruina摩擦定律建立起带水力振荡器的水平井摩阻预测模型,通过威远X平台X-... 详细信息

威远区块页岩气长水平井钻井摩阻大、钻压传递效率低、机械钻速慢,水力振荡器参数选取大多凭借经验,缺乏有效理论指导。考虑水力振荡器轴向振动特性,基Dieterich-Ruina摩擦定律建立起带水力振荡器的水平井摩阻预测模型,通过威远X平台X-1井实测数据验证模型精度。优化结果表明,威远区块页岩气龙马溪组三开215.9 mm井眼中水力振荡器最佳安放位置为距离钻头150 m处,最佳钻井排量不低于35 L/s。现场试验结果表明,采用推荐的优化参数能够大幅提高该区块水平段机械钻速,值得进一步推广应用。研究成果不仅能够为威远区块水平井降摩减阻提供指导,还能为水力振荡器参数优化提供新的思路和方法。

关键词：水力振荡器威远区块轴向振动水平井摩阻

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川渝地区某超深井钻铤外螺纹断裂失效分析

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焊管 2022年第11期45卷 39-46页

作者：谭雷川李洪兴周效民刘敏中国石油集团川庆钻探工程有限公司川西钻探公司成都610051

某Φ279.4 mm钢制钻铤在川渝地区某超深井服役过程中紧扣时,在距钻铤外螺纹端面2~4 cm处发生断裂。通过对断口进行宏观形貌观察及断口和台阶面特征、金相组织、硬度分析,并结合钻铤材料的力学性能试验,对失效钻铤外螺纹断裂原因进行试... 详细信息

某Φ279.4 mm钢制钻铤在川渝地区某超深井服役过程中紧扣时,在距钻铤外螺纹端面2~4 cm处发生断裂。通过对断口进行宏观形貌观察及断口和台阶面特征、金相组织、硬度分析,并结合钻铤材料的力学性能试验,对失效钻铤外螺纹断裂原因进行试验分析。结果表明:钻铤螺纹齿牙之间附着大量沉积物,台肩处大量大尺寸磨损坑,多处裂纹源在齿根底部形成,集中在最末完全扣前3~5扣处,在拉伸应力以及扭矩交变载荷的共同作用下,裂纹缓慢扩展,形成初始断口,当钻铤断裂截面处不足以承载交变载荷以及扭矩作用时,发生断裂。

关键词：钻铤外螺纹端面断裂扩展失效分析

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钻柱力学与套管磨损预测若干研究进展

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石油管材与仪器 2020年第4期6卷 1-9页

作者：高德利黄文君刘永升谭雷川中国石油大学(北京) 石油工程教育部重点实验室北京102249

随着油气勘探开发活动向着深层、深水及非常规等复杂领域的不断扩展,钻井面临的井况与约束条件更加苛刻,钻柱的力学行为更加复杂,失效问题频发。针对钻柱屈曲、钻柱动态特性及套管磨损等复杂钻井力学问题,综合分析了国内外的研究进展、... 详细信息

随着油气勘探开发活动向着深层、深水及非常规等复杂领域的不断扩展,钻井面临的井况与约束条件更加苛刻,钻柱的力学行为更加复杂,失效问题频发。针对钻柱屈曲、钻柱动态特性及套管磨损等复杂钻井力学问题,综合分析了国内外的研究进展、不足之处及未来发展趋势,介绍了笔者团队的一些相关研究成果。目前,钻柱屈曲研究基本上还停留在静力学范畴,今后有必要加强动力屈曲问题的研究;钻柱动力学的研究重点逐渐转移到多重耦合非线性振动问题,需要探讨更加高效的求解算法;现场实测的套管磨损形状非常复杂,需要建立更加准确的套管磨损预测模型。通过综合阐述这些研究进展,以期为复杂钻完井工程优化设计与安全高效作业控制提供有益参考。

关键词：油气井钻井与完井钻柱力学管柱屈曲套管磨损振动

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某超深井Φ450稳定器内螺纹刺漏开裂原因分析

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石油管材与仪器 2022年第5期8卷 43-47页

作者：谭雷川李洪兴高德利胡殊睿周效民中国石油集团川庆钻探工程有限公司川西钻探公司四川成都610051 中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室北京102249

Φ450稳定器在某超深井钻进过程中内螺纹丝扣部位发生了刺漏开裂失效。通过螺纹及刺漏裂纹宏观形貌分析、金相组织试验、硬度试验和材料力学性能试验,分析了失效稳定器刺漏开裂的原因。结果表明,刺漏稳定器的拉伸强度、冲击韧性和金相... 详细信息

Φ450稳定器在某超深井钻进过程中内螺纹丝扣部位发生了刺漏开裂失效。通过螺纹及刺漏裂纹宏观形貌分析、金相组织试验、硬度试验和材料力学性能试验,分析了失效稳定器刺漏开裂的原因。结果表明,刺漏稳定器的拉伸强度、冲击韧性和金相组织结果均符合SY/T 5051—2016标准的要求,但该稳定器刺漏部位附近内壁处硬度测试结果小于该标准的要求,且内螺纹丝扣部位存在大量沉积物。内螺纹应力集中部位的齿根底部产生了裂纹,裂纹在扭矩和轴向应力交变载荷作用下持续扩展,同时高压泥浆经齿牙损坏部位流入至裂纹中,裂纹在应力集中和泥浆冲蚀综合作用下快速扩展形成大尺寸裂纹,直至该稳定器内螺纹部位刺漏穿孔失效。

关键词：稳定器刺漏裂纹失效分析超深井

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基于三角模糊数的高阶煤层气压裂井产能影响评价模型——以鄂尔多斯柳林区块为例

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中国煤层气 2019年第5期16卷 8-13页

作者：彭冠铭谭雷川李宁静徐赣川张馨方张卫东中国石油西南油气田公司物资分公司四川610017 中国石油大学(北京)油气资源与工程国家重点实验室北京102249 中国石油管道局工程有限公司设计分公司河北065000 中国石油集团川庆钻探国际工程公司四川610041 阿尔伯塔大学采矿与石油工程学院加拿大T6G1H9 中国石油大学(华东)石油工程学院山东266580

基于储层物性、压裂施工和排采工艺为出发点,首次将三角模糊数的评价方法运用到高阶煤层气产能评价中,通过建立的层次关系,将影响高阶煤层气产能的复杂因素简单化,得到了各个参数对该区块产能影响的权重,并基于现场大量数据建立了隶属函... 详细信息

基于储层物性、压裂施工和排采工艺为出发点,首次将三角模糊数的评价方法运用到高阶煤层气产能评价中,通过建立的层次关系,将影响高阶煤层气产能的复杂因素简单化,得到了各个参数对该区块产能影响的权重,并基于现场大量数据建立了隶属函数,将现场所测的不同参数值标准化,首次系统地建立了一套高阶煤层气压裂井产能影响评价模型。研究结果表明:压裂液黏度、井底流压和储层渗透率的大小是影响鄂尔多斯柳林地区高阶煤层气压裂井产能的主要因素。

关键词：高阶煤层气压裂井三角模糊数产能评价鄂尔多斯盆地

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