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特深井钻柱动力学特性模拟与分析

石油钻探技术 2024年第2期52卷 108-117页

作者：狄勤丰尤明铭李田心周星杨赫源王文昌上海大学力学与工程科学学院上海200444

随着钻井深度不断增加,钻柱运动所涉及的力学问题变得更加复杂,钻柱动力学特性模拟及分析可为安全优质高效钻井提供支撑。为了探求特深井钻柱的运动特性,将钻柱运动的控制方程采用Newmark法对时间离散后,运用SOR节点迭代法,对每一时间... 详细信息

随着钻井深度不断增加,钻柱运动所涉及的力学问题变得更加复杂,钻柱动力学特性模拟及分析可为安全优质高效钻井提供支撑。为了探求特深井钻柱的运动特性,将钻柱运动的控制方程采用Newmark法对时间离散后,运用SOR节点迭代法,对每一时间步的钻柱整体构形进行求解,实现了总长超9000 m的钻柱动力学特性模拟,不仅给出了钻柱4个典型位置的涡动轨迹、涡动速度和横向加速度,还分析了钻柱的粘滑特性。分析结果表明,上部钻柱的涡动及粘滑现象不明显;随着位置下移,出现不规则涡动及不充分粘滑现象;近钻头位置的钻柱会出现较剧烈涡动,也会出现粘滑振动;中性点位置处钻柱的涡动最为剧烈、碰摩严重,可能给钻柱带来安全隐患。研究结果为特深井安全钻井提供了理论依据。

关键词：特深井钻柱动力学 SOR节点迭代法涡动粘滑

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特深井钻柱动力学特性仿真与分析

石油钻探技术 2024年

作者：狄勤丰尤明铭李田心周星杨赫源王文昌上海大学力学与工程科学学院

钻柱动力学特性模拟及分析可为安全优质高效钻井提供支撑。随着钻井深度的不断增加，钻柱运动所涉及的力学问题变得更加复杂，如何模拟钻柱的动力学行为颇具挑战性。为了探求特深井钻柱的运动特性，将钻柱运动的控制方程使用Newmark法... 详细信息

钻柱动力学特性模拟及分析可为安全优质高效钻井提供支撑。随着钻井深度的不断增加，钻柱运动所涉及的力学问题变得更加复杂，如何模拟钻柱的动力学行为颇具挑战性。为了探求特深井钻柱的运动特性，将钻柱运动的控制方程使用Newmark法对时间离散后，运用SOR节点迭代法对每一时间步的钻柱整体构形进行求解，实现了垂深超9 000 m的钻柱动力学特性模拟，给出了钻柱4个典型位置的涡动轨迹、涡动速度、横向加速度等结果，分析了钻柱的涡动及粘滑特性。结果表明，钻柱上部涡动及粘滑现象不明显；随着位置下移，不规则涡动及不充分粘滑现象出现；近钻头钻柱会出现较剧烈涡动，也会出现粘滑振动；中和点位置钻柱的涡动最为剧烈、碰磨严重，可能给钻柱带来安全隐患，需特别关注。

关键词：特深井钻柱动力学 SOR节点迭代法涡动粘滑

顺北油气田特深井钻井关键技术现状与发展建议

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石油钻探技术 2024年第2期52卷 72-77页

作者：刘湘华于洋刘景涛中国石化西北油田分公司新疆乌鲁木齐830011 中国石化西北油田分公司石油工程技术研究院新疆乌鲁木齐830011

顺北油气田资源储量丰富,但油气埋藏深,储层具有超深、高压、超高温特点,被公认为钻完井的“世界禁区”。因此,探索适用于顺北油气田特深井的高效钻井技术系列,对加快该油气田高效开发具有重要意义。针对顺北油气田钻井技术难点,通过多... 详细信息

顺北油气田资源储量丰富,但油气埋藏深,储层具有超深、高压、超高温特点,被公认为钻完井的“世界禁区”。因此,探索适用于顺北油气田特深井的高效钻井技术系列,对加快该油气田高效开发具有重要意义。针对顺北油气田钻井技术难点,通过多年技术攻关和实践,形成了高效钻井技术系列,主要包括井身结构优化设计技术、古生界分层提速技术、复杂地层井筒强化技术、易漏地层高效防漏固井技术、高温储层高效定向技术和断控型储层保护技术。通过强化地质工程一体化并推广应用成熟技术,在井深逐年增加的情况下,钻井周期逐年缩短,保障了顺北油气田高效勘探、效益开发。指出需持续提升一井多控,断裂间安全钻井、异常高压工程应对能力,加强工具、材料耐温性能等关键核心技术攻关力度,提出应加大万米深井钻探的基础理论、关键技术与装备攻关研究,以进一步推动顺北油气田勘探开发步伐,保障安全成井,不断解锁“中国深度”。

关键词：特深井井身结构分层提速防漏储层保护顺北油气田

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基于管柱动力学的特深井通井组合刚度评价方法与应用

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钻采工艺 2024年第2期47卷 51-58页

作者：祝效华李文哲李柯陈力力孟鐾桥沈欣宇罗伟贺明敏西南石油大学中国石油西南油气田分公司中国石油川庆钻探工程有限公司

我国特深井钻井正处于快速发展阶段,受井眼尺寸大和深度深的影响,钻井过程中极易出现微井斜、扩径缩径和井壁台阶等,导致套管下入困难,因此通井钻具组合评价尤为重要。目前,现场使用的评价方法常忽略了管柱下入过程中与井壁的碰撞和变形... 详细信息

我国特深井钻井正处于快速发展阶段,受井眼尺寸大和深度深的影响,钻井过程中极易出现微井斜、扩径缩径和井壁台阶等,导致套管下入困难,因此通井钻具组合评价尤为重要。目前,现场使用的评价方法常忽略了管柱下入过程中与井壁的碰撞和变形,导致通井效果时好时坏。为了辅助现场施工,文章基于全井管柱动力学模型和HHT-α数值计算方法提出了一种能够模拟管柱下入的动态过程的通井钻具组合的评价方法,该方法考虑了实测井眼轨迹、井眼扩大率和下入阻力等要素。通过某特深井三开下套管前的钻具组合进行实例计算分析,表明井眼扩大率和套管串下入阻力对通井能力和套管下入影响较大,当井眼扩大率较小且套管串下入阻力较大时,需要使用刚度较大的多扶正器通井钻具组合。本方法可以实现实测井况条件下比较精准的刚度对比模拟,也成功指导了案例井?486 mm套管的安全下入。

关键词：特深井通井钻具组合管柱动力学模型刚度比井眼扩大率下入阻力

四川盆地双鱼石区块特深井井身结构设计与适用性评价研究

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钻采工艺 2024年第2期47卷 83-92页

作者：许期聪付强周井红陈宽万夫磊中国石油川庆钻探工程技术有限公司钻采工程技术研究院国家能源高含硫开采研发中心中国石油川庆钻探工程技术有限公司工程技术部中国石油西南油气田分公司

四川盆地双鱼石区块震旦系特深井存在5个套管必封点和2个复杂风险点,井身结构设计存在较大难度。文章在调研国内外已钻特深井井身结构情况的基础上,分析认为双鱼石震旦系特深井所需套管层序多、强度高,现有国内外特深井井身结构方案无... 详细信息

四川盆地双鱼石区块震旦系特深井存在5个套管必封点和2个复杂风险点,井身结构设计存在较大难度。文章在调研国内外已钻特深井井身结构情况的基础上,分析认为双鱼石震旦系特深井所需套管层序多、强度高,现有国内外特深井井身结构方案无法在双鱼石区块震旦系特深井直接应用,需要自主研发。根据国内外现有钻井技术条件,文章建立了2套不使用膨胀管的适合特深井的套管和钻头尺寸匹配模型,并结合邻区钻探经验和本区块的地质特征,设计出适合双鱼石震旦系特深井的井身结构方案;然后对该井身结构开展了套管柱强度校核、水力学、钻柱力学及钻机作业能力的评价,对现有部分套管、钻杆等不满足安全钻井要求的情况,优化设计定制了专用套管、钻杆。研究结果表明,使用该套井身结构方案,作业过程中钻机负荷最大为6 856 kN,现有ZJ120型钻机及配套的70 MPa钻井泵可满足施工需求,配套设计的套管、钻柱、水力参数满足井下安全作业的需求,具有可实施性,可为国内相似区块的特深层勘探开发提供技术参考。

关键词：双鱼石区块特深井井身结构设计适用性评价

顺北油气田特深井钻井完井技术进展与发展思考

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石油钻探技术 2022年第4期50卷 1-10页

作者：陈宗琦刘湘华白彬珍易浩中国石化西北油田分公司新疆乌鲁木齐830011 中石化石油工程技术研究院有限公司北京102206 中国石化西北油田分公司石油工程技术研究院新疆乌鲁木齐830011

顺北油气田油气资源储量丰富,但特深层碳酸盐岩油藏地质条件复杂,钻井完井过程中存在漏失、井壁失稳和高压盐水侵等问题,因此,探索适用于该油气田特深井的钻井完井技术体系,是加快该油气田开发进程的关键。通过技术攻关和实践,形成了适... 详细信息

顺北油气田油气资源储量丰富,但特深层碳酸盐岩油藏地质条件复杂,钻井完井过程中存在漏失、井壁失稳和高压盐水侵等问题,因此,探索适用于该油气田特深井的钻井完井技术体系,是加快该油气田开发进程的关键。通过技术攻关和实践,形成了适用于顺北油气田的特深井钻井完井技术体系,包括特深井井身结构优化、钻井提速关键技术、防漏堵漏技术、长裸眼防漏及小间隙固井技术、超深小井眼定向钻井技术和超深井缝洞型储层完井技术等技术,指出需持续优化特深井井身结构、急需解决二叠系和志留系漏失问题、深层破碎带安全钻进技术不成熟、急需配套高温高压井下仪器工具和裂缝性储层安全钻井技术,提出了增强工程地质一体化、加强堵漏和防塌技术研究、加强新技术和新工具的应用、加强高端仪器和特殊材料及装备研发等发展建议,以进一步推动顺北油气田特深井钻井完井技术的快速发展,实现该油气田特深层碳酸盐岩油气藏的高效开发。

关键词：特深井水平井井身结构防漏堵漏安全钻井顺北油气田

适合特深井的双台肩钻杆接头副台肩间隙的确定

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天然气工业 2020年第7期40卷 90-96页

作者：陈锋朱巍狄勤丰王文昌陈薇王楠上海大学机电工程与自动化学院 200072 上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学和力学研究所 200072

为了满足越来越苛刻的钻井工况的要求,全球各大钻具制造厂商不断开发出具有更优越性能的特殊螺纹钻杆接头,普遍增加了副台肩结构形成双台肩钻杆接头。但是面对超深井和特深井复杂工况,现有钻具接头的副台肩间隙是否满足要求至今未被关... 详细信息

为了满足越来越苛刻的钻井工况的要求,全球各大钻具制造厂商不断开发出具有更优越性能的特殊螺纹钻杆接头,普遍增加了副台肩结构形成双台肩钻杆接头。但是面对超深井和特深井复杂工况,现有钻具接头的副台肩间隙是否满足要求至今未被关注。为此,通过建立具有不同副台肩间隙的双台肩钻杆接头三维弹塑性有限元模型,分析了副台肩间隙对接头应力分布特征和抗扭性能的影响,确定了适合特深井的双台肩钻杆接头合理副台肩间隙。研究结果表明:①不同轴向力(对应不同井深)工况条件下,副台肩间隙对双台肩钻杆接头主台肩、副台肩、螺纹牙的承载比例有着很大的影响;②大轴向力条件下主、副台肩的承载相对较小而螺纹牙的承载较大,减小副台肩间隙可有效降低螺纹牙承载比例;③所考察的NC50双台肩钻杆接头,当轴向力小于3000 kN(井深小于9000 m),建议副台肩间隙选择0.40 mm;④当轴向力大于3000 kN(井深大于9000 m),建议副台肩间隙选择0.20mm。结论认为,根据井深特点使用具有更合理副台肩间隙的双台肩钻杆接头,可以有效地提高接头的使用性能、降低接头失效风险。

关键词：钻杆接头超深井特深井副台肩间隙应力分布抗扭性能

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顺北油田特深井裸眼坍塌处理工艺技术与应用

内蒙古石油化工 2022年第4期48卷 88-90页

作者：伍兴东中国石油化工股份有限公司西北油田分公司采油四厂新疆乌鲁木齐830000

顺北油田储层埋深7500m~8800m。以裂缝洞穴(溶洞)为主,部分井因破碎地层坍塌掉块堵塞井筒,严重影响了油气井产能。受井深、大斜度、地层漏失、井眼不规则等因素影响,造成井筒处理作业过程中遇阻、卡钻等异常情况频繁发生,极大影响了作... 详细信息

顺北油田储层埋深7500m~8800m。以裂缝洞穴(溶洞)为主,部分井因破碎地层坍塌掉块堵塞井筒,严重影响了油气井产能。受井深、大斜度、地层漏失、井眼不规则等因素影响,造成井筒处理作业过程中遇阻、卡钻等异常情况频繁发生,极大影响了作业进度及周期。针对上述问题开展了研究,重点对作业过程的钻磨参数、修井液及井下工具等方面进行了设计与优化,形成了一套适合特深定向井裸眼坍塌处理的工艺技术手段。该技术在顺北油田成功应用5口井,施工成功率100%。通过现场应用表明,该技术大大降低了该类井处理的难度及风险,为后期该类井的处理提供了技术指导。

关键词：特深井坍塌大斜度工艺优化

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高含硫气井钻完井技术新进展与发展展望

天然气工业 2023年第9期43卷 25-33页

作者：张智付建红白杨尹虎赵苑瑾黄媚油气藏地质及开发工程全国重点实验室·西南石油大学四川省成都市610500 中国石油西南油气田公司

我国高含硫天然气资源丰富,但普遍具有高温高压和高含腐蚀性气体的特点,在开采过程中容易发生气侵、井涌、管材腐蚀等安全隐患,其安全高效钻完井对保障我国高含硫天然气稳产、增产目标具有重要意义。为此,开展了高含硫天然气气井钻井过... 详细信息

我国高含硫天然气资源丰富,但普遍具有高温高压和高含腐蚀性气体的特点,在开采过程中容易发生气侵、井涌、管材腐蚀等安全隐患,其安全高效钻完井对保障我国高含硫天然气稳产、增产目标具有重要意义。为此,开展了高含硫天然气气井钻井过程的流体相态特征及井筒压力分析,从井筒压力控制的角度,总结分析了近年来国内外高含硫气井在钻井工艺、钻井液技术以及井筒完整性等方面取得的关键技术突破和新进展,并展望了万米特深井钻完井技术的发展趋势。研究结果表明:①气体溶解度对井筒流动压力影响较大,高含硫气井钻井过程中必须考虑酸性气体溶解特性对井筒多相流动的影响;②精细控压钻井及控压固井技术能精确控制井筒压力在安全密度窗口内,防止钻井过程酸性气体侵入井筒,实现了固井过程压稳不漏;③适用于H2S地层的钻井液技术不但可以稳定井壁、保护储层,还能提高钻井速度;④从井下管柱结构优化设计开始,研究完整性风险定量评价方法和低成本防腐技术,可以实现全生命周期井筒完整性,降低高含硫气井钻完井安全生产风险。结论认为,高含硫气井钻完井技术新进展的系统梳理不仅对推动高含硫天然气藏的安全高效开发具有重要的现实意义,同时也为高含硫气藏深井超深井安全高效钻完井技术发展提供了研究思路和攻关方向。

关键词：高含硫钻井工艺井筒压力钻井液井筒完整性特深井