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定向井抽油杆柱纵横扭耦合振动仿真研究

振动工程学报 2024年

作者：王宏博孙秀荣李凤鑫李伟成辛顺王长亮李东芳河北环境工程学院燕山大学机械工程学院海洋石油工程股份有限公司

抽油杆柱是由接箍与抽油杆通过螺纹连接组成的细长杆柱。对抽油杆柱动力学行为的研究是预防抽油杆柱失效破坏，降低油井运行成本的基础。针对抽油杆柱的纵横扭耦合振动，提出杆管摩擦力产生的绕轴扭矩是扭转振动的激励这一观点。考虑摩... 详细信息

抽油杆柱是由接箍与抽油杆通过螺纹连接组成的细长杆柱。对抽油杆柱动力学行为的研究是预防抽油杆柱失效破坏，降低油井运行成本的基础。针对抽油杆柱的纵横扭耦合振动，提出杆管摩擦力产生的绕轴扭矩是扭转振动的激励这一观点。考虑摩擦力对杆柱纵横扭耦合振动的影响，建立了具有初弯曲的定向井抽油杆柱在顶端位移激励、底端载荷激励、弯曲井眼轨道激励与油管约束条件下的纵横扭耦合振动仿真模型。采用四阶龙格-库塔法实现了对仿真模型的求解，实现了对杆柱动力学行为的仿真模拟。仿真结果表明：（1）杆柱的纵横扭耦合振动对杆柱纵向、横向振动仿真结果均有影响。相对来说对纵向振动的影响并不明显。（2）油井造斜段的杆管接触力大，杆柱受压段的杆管碰撞严重，因此油井的造斜段与杆柱的受压段为杆管偏磨的危险点。（3）正常预紧情况下，杆柱的扭转振动不足以导致抽油杆柱脱扣，但当接箍螺纹预紧力降至杆柱的最大扭矩以下后，扭转振动即可能导致抽油杆柱脱扣。该研究内容对分析抽油杆柱失效机理、提高抽油杆柱的工作寿命和抽油杆柱的优化设计提供了理论依据。

关键词：耦合振动抽油杆柱定向井轨道激励摩擦扭矩

定向井段中管柱滑落与撞击井底时动态屈曲研究

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定向井段中管柱滑落与撞击井底时动态屈曲研究

作者：韩钰婷燕山大学

学位级别：硕士

当前,我国已开启全面社会主义现代化强国新征程,对于国家生存和发展不可或缺的石油资源显得尤为重要。为了满足国家对于石油资源的亟需,定向井钻采技术也在不断实践中完善和提高,为我国石油产业的长久发展提供无限支持和不竭动力。在钻... 详细信息

当前,我国已开启全面社会主义现代化强国新征程,对于国家生存和发展不可或缺的石油资源显得尤为重要。为了满足国家对于石油资源的亟需,定向井钻采技术也在不断实践中完善和提高,为我国石油产业的长久发展提供无限支持和不竭动力。在钻井及采油过程中,钻柱、套管柱、抽油杆柱、连续油管等作业管柱偶尔由于设计不当或操作失误发生断裂脱落,沿着井筒滑落并撞击井底。管柱在滑落过程中受到摩擦力而产生屈曲甚至塑性变形,在撞击井底时受到井底反作用力产生动态屈曲,更严重的甚至会发生塑性变形,这些都会导致管柱在井筒内卡死,导致井筒报废,造成开采进度减慢。因此,有必要对钻井及采油过程中管柱滑落和撞击井底时的动态屈曲行为进行深入研究。本文调研了国内外学者在管柱屈曲、冲击动力学及仿真软件在管柱动态屈曲应用这三个方面的研究现状后,发现对于管柱断裂后滑落和撞击井底现象的研究甚少,但现场实验条件有限,因此决定采用ABAQUS商用有限元软件对管柱滑落和撞击井底的动态屈曲全过程进行仿真研究。在ABAQUS商用有限元软件中建立三开井眼轨迹参数基础上的管柱滑落模型和管柱撞击井底模型。在管柱滑落模型中分别研究井筒摩擦系数μ=0.1、0.2、0.3,滑落管柱长度L=200m、500m、1000m,井型为水平井和普通定向井这三种参数对管柱在井筒滑落过程中产生的动态屈曲影响,并对仿真中管柱的滑落测深、滑落速度和轴向应力进行数据分析,得出结论:摩擦系数相同、管柱长度越长时,经过同一测深位置的时间越短、轴向应力也越小;在管柱撞击井底模型中分别研究滑落管柱长度L=100m、200m、500m,井筒长度L=1000m、2000m、3000m,井型分别为垂直井和斜直井这三种参数对管柱在撞击井底过程中产生的动态屈曲影响,并对撞击过程中管柱的轴向位移、轴向速度和轴向应力的变化规律进行数据分析,得出结论:井斜角越小,管柱的轴向位移、轴向速度和轴向应力值越大。

关键词：管柱滑落撞击井底定向井动态屈曲有限元仿真

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多目标定向井与水平井靶区的可视化研究

西安石油大学学报（自然科学版） 2022年第5期37卷 53-58页

作者：黄猛周凯潘磊李海滨王来智周建新南京工业大学机械与动力工程学院江苏南京211816 盘锦市辽河油田天意石油装备有限公司辽宁盘锦124010 宝鸡石油机械有限责任公司陕西宝鸡721002

定向井和水平井都规定了靶点和靶区范围,要求在钻井过程中判别是否中靶。本文基于空间解析几何和井眼轨道几何学的相关知识,推导了空间任意圆靶的参数方程,在此基础上,利用2个已知控制点的坐标及其对应的横向与纵向设计偏差,分别确定水... 详细信息

定向井和水平井都规定了靶点和靶区范围,要求在钻井过程中判别是否中靶。本文基于空间解析几何和井眼轨道几何学的相关知识,推导了空间任意圆靶的参数方程,在此基础上,利用2个已知控制点的坐标及其对应的横向与纵向设计偏差,分别确定水平井靶体的靶窗和靶底。最后,使用LabVIEW软件对辽河油田的钻井靶区数据进行了编程和绘图验证,结果表明,LabVIEW可以精确地绘制出不同靶体的水平投影图、垂直投影图和三维视图,为钻井轨迹的可视化实施提供了基础。

关键词：定向井水平井靶区 LabVIEW 可视化

基于SVR的定向井随钻电磁波测井层厚影响快速计算

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吉林大学学报（地球科学版） 2023年第2期53卷 589-597页

作者：胡向阳秦敏张恒荣杨冬袁伟中海石油(中国)有限公司海南分公司海口570100

大斜度井和水平井的快速发展使得仪器测量环境变得更加复杂,其测井解释、地层评价方法和模型与直井有很大的区别。本文通过建立三维层状介质模型,利用三维有限元方法得到大斜度井和水平井随钻电磁波测井响应,分析了三维地层模型下井斜... 详细信息

大斜度井和水平井的快速发展使得仪器测量环境变得更加复杂,其测井解释、地层评价方法和模型与直井有很大的区别。本文通过建立三维层状介质模型,利用三维有限元方法得到大斜度井和水平井随钻电磁波测井响应,分析了三维地层模型下井斜角、层厚和围岩对随钻电磁波测井响应的影响。研究结果表明:当地层厚度小于等于3 m时,随钻电磁波测井响应易受围岩和层厚影响;当层厚大于3 m时,随钻电磁波测井响应基本不受围岩和层厚影响;且直井、大斜度井和水平井中随钻电磁波测井响应存在明显差异,井斜角越大,仪器受层厚及围岩的影响越大。因此建立了不同井斜角条件下随钻电磁波测井围岩校正图版,并据此研究随钻电磁波测井层厚影响快速计算方法。本文利用支持向量回归(SVR)的机器学习算法进行建模,并用十折交叉验证法对算法进行迭代优化,使模型达到最优,最终计算得到的测井响应与基于三维有限元数值方法的计算结果具有很好的相关性,平均相对误差只有0.62%,说明该方法可以用于大斜度井和水平井随钻电磁波测井响应的快速实时计算。

关键词：定向井支持向量回归层厚校正电阻率正演

毛管压力理论与地质建模在定向井部署中的融合应用——以柴达木盆地英东油田下盘油藏为例

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断块油气田 2024年第3期31卷 487-493页

作者：马凤春吴涛刘强李昱梅华王靖茹崔海栋李阳洁唐丽青海省高原咸化湖盆油气地质重点实验室甘肃敦煌736202 中国石油青海油田公司勘探开发研究院甘肃敦煌736202 中国石油辽河油田公司钻采工艺研究院辽宁盘锦124010 中国石油青海油田公司采油五厂甘肃敦煌736202

英东油田下盘油藏是柴达木盆地的典型长井段多油层单斜断鼻油藏。针对油藏开发矛盾,以沉积和构造控藏为出发点,将传统的单纯油水过渡带计算与储层地质模型预测的单一维度流体分布表征方法相结合,提出了毛管压力理论与地质建模相融合的... 详细信息

英东油田下盘油藏是柴达木盆地的典型长井段多油层单斜断鼻油藏。针对油藏开发矛盾,以沉积和构造控藏为出发点,将传统的单纯油水过渡带计算与储层地质模型预测的单一维度流体分布表征方法相结合,提出了毛管压力理论与地质建模相融合的定向井轨迹部署方法,有效地规避了单一因素在井位部署过程中带来的钻探风险。由于实验室毛管压力的测量环境与实际地层的不同,在计算油柱高度前,要将实验室毛管压力转换为相应的油藏毛管压力,使得计算结果更贴近真实的油藏信息。同时,直接利用平均J函数曲线建立的油柱高度模型,虽然一定程度上弥补了单一岩样表征不全的缺陷,但针对多层强非均质性油藏,需多点、多段的分析和计算,且必须结合工区沉积、构造特征及测井资料修正模型参数,才能进一步提高油气刻画精度。研究结果表明:利用毛管压力曲线可相对有效地定量评价多层砂岩油藏发育规模,在高精度三维模型建立基础上,可为井位轨迹的部署设计提供参考。该方法的应用有利于“牙刷状”油藏的后期开发方式调整及效益动用。

关键词：定向井长井段 “牙刷状”油藏毛管压力地质建模英东油田

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定向井避光纤射孔技术及其应用

测井技术 2023年第3期47卷 385-390页

作者：刘平冯滨张晶宇王志兴徐宁宗飞中国石油集团测井有限公司长庆分公司陕西西安710201 中国石油集团测井有限公司测井技术研究院陕西西安710077 中国石油天然气集团有限公司测井技术试验基地陕西西安710077

套管外永置式光纤动态监测已成为智慧油田发展的重要方向,不损伤光纤的安全射孔技术作为其关键配套技术显得十分重要。围绕避光纤射孔需求,将磁性定向测井方法与陀螺定向射孔技术相结合,提出了一种适应于定向井的新型避光纤射孔技术,在... 详细信息

套管外永置式光纤动态监测已成为智慧油田发展的重要方向,不损伤光纤的安全射孔技术作为其关键配套技术显得十分重要。围绕避光纤射孔需求,将磁性定向测井方法与陀螺定向射孔技术相结合,提出了一种适应于定向井的新型避光纤射孔技术,在对光缆固定器重力高边方位角进行探测解析的基础上,设计安全射流方位,将支撑定位装置和安装了定位导向捕捞装置的零相位单翼射孔枪组合,实现精准避光纤射孔。在长庆油田的应用结果表明,定向井避光纤射孔技术可在井斜大于5°的定向井中实现安全避光纤射孔作业,应用效果良好,值得进一步推广。

关键词：避光纤射孔定向井套管外永置式光纤磁性定向测井陀螺定向射孔

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定向井随钻井壁稳定预测方法及其应用

石油学报 2015年第10期36卷 1290-1298页

作者：吴超臧艳彬张东清吴军陈林刘超中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院北京100101 中石化重庆涪陵页岩气勘探开发有限公司重庆408014

常规井壁稳定预测方法不适用于定向井。根据岩石力学和地震反演原理提出随钻预测定向井稳定性的新方法,包括钻前预测与随钻修正2个操作步骤。通过分析地震数据与岩石力学参数之间的定量关系,建立了包含孔隙压力、地应力、岩石强度等井... 详细信息

常规井壁稳定预测方法不适用于定向井。根据岩石力学和地震反演原理提出随钻预测定向井稳定性的新方法,包括钻前预测与随钻修正2个操作步骤。通过分析地震数据与岩石力学参数之间的定量关系,建立了包含孔隙压力、地应力、岩石强度等井壁稳定参数和地震记录的非线性模型,基于其利用地震资料直接反演井壁稳定参数,实现钻前预测井壁稳定性,为钻井设计提供依据。实钻中结合定向井的实际施工情况,通过实时反演对钻前预测的井壁稳定数据模型进行随钻修正更新,及时优化调整钻井方案以避免工程复杂故障。该方法在涪陵页岩气田进行了应用,结合"井工厂"钻井作业模式,形成了井壁稳定预测现场操作方案。现场应用情况表明该方法预测精度较高,具有良好的实时操作性能,有利于定向井的安全快速钻井。

关键词：定向井井壁稳定随钻预测地震反演涪陵页岩气田 “井工厂”

陆相多层砂岩油藏渗透率表征与定向井初期产能预测——以蓬莱19-3油田为例

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石油勘探与开发 2017年第1期44卷 97-103页

作者：刘彦成罗宪波康凯李廷礼蒋曙鸿张俊张章李云婷中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院天津300459 中海油研究总院北京100028

基于对蓬莱19-3油田多层砂岩油藏定向井初期产能主要影响因素的研究,提出基于岩相约束的渗透率解释模型,建立了适用于海上多层砂岩油藏的定向井初期产能预测公式。蓬莱19-3油田定向井初期产能主要影响因素为渗透率和含油饱和度。利用蓬... 详细信息

基于对蓬莱19-3油田多层砂岩油藏定向井初期产能主要影响因素的研究,提出基于岩相约束的渗透率解释模型,建立了适用于海上多层砂岩油藏的定向井初期产能预测公式。蓬莱19-3油田定向井初期产能主要影响因素为渗透率和含油饱和度。利用蓬莱19-3油田岩心、扫描电镜、铸体薄片、测井和生产动态等资料,综合考虑储集层宏观沉积特征和微观孔隙结构对渗透率的影响,建立了基于岩相约束的多层砂岩油藏渗透率解释新模型。在渗透率校正的基础上,引入电阻增大率表征含油饱和度的影响,修正Vandervlis的定向井产能公式,得到适用于陆相多层砂岩油藏定向合采井初期产能的计算公式。研究结果表明,考虑岩相约束后的渗透率并引入电阻增大率后的产能预测公式计算精度高。

关键词：多层合采渗透率表征含油饱和度定向井产能预测蓬莱19-3油田渤海湾盆地

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定向井的多层分注管柱串通过性分析

西南石油大学学报（自然科学版） 2016年第3期38卷 162-169页

作者：冯定施雷夏成宇张红涂忆柳长江大学机械工程学院湖北荆州434023

随着定向井注水层数增多,多层分注管柱串的通过性分析,是施工过程中确保油井安全、防止管柱失效的主要方法,严重影响井下分注工艺的成功实施。以多个封隔器和配水器(5个工具以上)组成的多层分注管柱串整体为分析对象,充分考虑井眼轨迹... 详细信息

随着定向井注水层数增多,多层分注管柱串的通过性分析,是施工过程中确保油井安全、防止管柱失效的主要方法,严重影响井下分注工艺的成功实施。以多个封隔器和配水器(5个工具以上)组成的多层分注管柱串整体为分析对象,充分考虑井眼轨迹、曲率、井径、地层摩阻、套管直径等因素的影响,采用力法和位移法,结合能量和动力学分析方法,在三维空间下,分析管柱串与套管内壁之间的摩擦阻力与管柱串整体通过能力之间的关系,建立了一种可用于定向井至水平井的多层分注管柱串在起下过程中的动态载荷和受力剖面模型,在井筒的最大曲率处,比较管柱串下端的轴向作用力与摩擦阻力,从而实现对多层分注管柱的通过性分析。最后结合工程实例,对多层分注管柱串进行了通过性和安全性分析,给现场作业提供了良好的工程指导。

关键词：定向井多层分注管柱串通过性计算方法