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水平钻井振动减阻器参数优化设计

天然气工业 2023年第8期43卷 108-115页

作者：黄文君石小磊高德利石油工程教育部重点实验室·中国石油大学(北京)

水平井是开发各类非常规油气资源的主流井型技术,现场实践表明,在钻柱上安装振动减阻器可大幅度降低管柱摩阻,有效缓解钻进过程中的频繁托压问题,有助于提高机械钻速。但是,目前针对减阻工具的优选和使用仍然是基于现场的经验,缺乏有效... 详细信息

水平井是开发各类非常规油气资源的主流井型技术,现场实践表明,在钻柱上安装振动减阻器可大幅度降低管柱摩阻,有效缓解钻进过程中的频繁托压问题,有助于提高机械钻速。但是,目前针对减阻工具的优选和使用仍然是基于现场的经验,缺乏有效的理论方法指导。为此,首先建立了带振动减阻工具的钻柱动力学模型,揭示了不同振动减阻参数下的减阻规律。然后以提高减阻效率为目标,结合振动传播距离模型与反扭矩作用距离模型,并考虑钻柱疲劳失效以及水力能量损失等约束条件,建立了振动减阻工具激励参数与安装参数的优化设计方法。研究结果表明:(1)减阻器激励力幅值、减阻器的数量和安装间距是影响减阻效率的主要因素;(2)随着减阻器激励力幅值增大和安装数量增多,减阻效率不断提高,多个减阻器振动传播范围相互独立时其减阻效率高于交叉重叠情形;(3)当减阻器激励力幅值过大时,存在管柱疲劳失效的风险,当减阻器数量过多时,存在水力能量损耗过高的风险。结论认为,利用该方法优化减阻器后,减阻效率可由原来的10.2%提高至40.1%,该方法可以有效指导减阻工具激励参数与安装参数优化,有助于支撑长水平井滑动钻进降低管柱摩阻,显著提高钻机机械钻速。

关键词：水平井滑动钻进摩阻振动减阻机械钻速疲劳失效水力能量优化设计

深层、超深层定向钻井中若干基础研究进展与展望

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天然气工业 2024年第1期44卷 1-12,I0001页

作者：高德利黄文君石油工程教育部重点实验室•中国石油大学北京

深层、超深层定向钻井具有“垂深大与水平延伸远”的双重特征,受到复杂地层、高温高压、超长裸眼等多重因素约束,其安全高效作业面临着更大的全方位技术挑战。为此,着眼于深层、超深层定向钻井的提速提效问题,系统总结了定向钻井的发展... 详细信息

深层、超深层定向钻井具有“垂深大与水平延伸远”的双重特征,受到复杂地层、高温高压、超长裸眼等多重因素约束,其安全高效作业面临着更大的全方位技术挑战。为此,着眼于深层、超深层定向钻井的提速提效问题,系统总结了定向钻井的发展概况与技术特点,选取了深层、超深层定向钻井中力学方面的几个重要基础问题,分析了国内外专家学者的相关研究进展和最新研究成果,最后展望了深层、超深层定向钻井基础理论研究发展趋势并提出相关建议。研究结果表明:①大小偏差融合控制算法兼顾了井眼轨迹的控制精度、光滑度等多目标约束,适应于深层、超深层条件下井眼轨迹实时控制要求;②合理优化振动减阻工具个数、安放位置及其激励力幅值,可显著降低井下管柱摩阻,并有效提高机械钻速;③基于误差补偿机制的机械钻速融合预测模型既保留了机理模型的可解释性,又具有较高的预测精度;④套管复合磨损预测模型突破了经典“单月牙”模式的局限性,实现了复合模式下套管磨损形状与深度的同步预测。结论认为,深层、超深层定向井和水平井是未来油气井工程的重要发展方向之一,需要加强多因素耦合机理、钻井延伸极限、机理与数据融合驱动等方面的基础研究,以推动复杂油气井工程基础理论的创新与发展,为深层、超深层钻井工程技术进步提供必要的基础理论支撑。

关键词：深层和超深层油气工程定向钻井钻井力学基础研究钻井延伸极限设计控制

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救援井磁导向钻井技术研究进展

中国石油大学学报:自然科学版 2023年第5期47卷 55-64页

作者：高德利刁斌斌于瑞丰张森中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室北京102249

救援井磁导向钻井技术是近几十年发展起来的高新技术,是保障救援井与事故井精准连通的核心技术之一。回顾救援井磁导向钻井技术在国外发展起来的简要历程,重点介绍中国在救援井磁测距工具研发、与事故井相对位置不确定性分析、探测定位... 详细信息

救援井磁导向钻井技术是近几十年发展起来的高新技术,是保障救援井与事故井精准连通的核心技术之一。回顾救援井磁导向钻井技术在国外发展起来的简要历程,重点介绍中国在救援井磁测距工具研发、与事故井相对位置不确定性分析、探测定位方案设计等方面的最新研究进展,以及存在的一些问题等,并提出未来需要加强研究的重点内容,以期为中国救援井磁导向钻井技术创新发展提供有益参考。分析认为:今后应针对救援井磁导向钻井关键技术难题加强多学科交叉研究,自主建立一套相应的先进技术体系;应破除已有测距技术的桎梏,加强救援井导向钻井随钻磁测距技术创新研究。

关键词：救援井导向钻井磁导向测距工具邻井距离

横流向涡激-参激耦合振动下深水钻井隔水管疲劳损伤预测

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中国石油大学学报（自然科学版） 2022年第6期46卷 119-126页

作者：王宴滨高德利王金铎赵宏川中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室北京102249

考虑深水钻井过程中浮式平台的升沉运动,基于Vander Pol尾流振子模型,建立深水钻井隔水管横流向涡激-参激耦合振动力学分析模型和控制方程,采用Galerkin法和Newmark-β方法对控制方程进行求解,获得涡激-参激耦合振动下深水钻井隔水管的... 详细信息

考虑深水钻井过程中浮式平台的升沉运动,基于Vander Pol尾流振子模型,建立深水钻井隔水管横流向涡激-参激耦合振动力学分析模型和控制方程,采用Galerkin法和Newmark-β方法对控制方程进行求解,获得涡激-参激耦合振动下深水钻井隔水管的应力时程曲线;采用雨流计数法和Palmgren-Miner线性累积损伤准则,获得深水钻井隔水管的疲劳损伤热点,在此基础上讨论波高、波浪周期、海面海流流速、顶张力对隔水管疲劳热点处疲劳损伤的影响。结果表明:隔水管横流向涡激-参激耦合振动疲劳损热点位于隔水管底部;波高主要通过影响隔水管参激振动特性影响隔水管的疲劳损伤,波高越大,疲劳损伤越大;波浪周期主要通过改变参激振动中隔水管的轴向力影响其疲劳损伤,波浪周期越小,疲劳损伤越大;海面海流流速主要通过改变隔水管横流向的涡激振动特性影响其疲劳损伤,海面海流流速越大,疲劳损伤越大;顶张力主要通过改变隔水管的轴向力分布影响隔水管的横流向涡激振动,进而对其疲劳损伤产生影响,顶张力系数越小,疲劳损伤越大。

关键词：深水钻井隔水管涡激-参激耦合振动 Galerkin法 Newmark-β法疲劳损伤

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大齿快切PDC钻头提速研究与现场试验

天然气工业 2022年第9期42卷 102-110页

作者：刘维高德利中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室北京102249

目前大于?19 mm的PDC切削齿(以下简称“超大齿”)已在国外获得较好的钻井提速效果,但在国内钻井工程中尚未应用,国内PDC钻头依然采用?13~19 mm常规尺寸的切削齿。为了明确超大齿的破岩效果、耐用性及应用前景,通过理论分析、室内实验、... 详细信息

目前大于?19 mm的PDC切削齿(以下简称“超大齿”)已在国外获得较好的钻井提速效果,但在国内钻井工程中尚未应用,国内PDC钻头依然采用?13~19 mm常规尺寸的切削齿。为了明确超大齿的破岩效果、耐用性及应用前景,通过理论分析、室内实验、现场试用等方法,系统开展了超大齿(?22 mm)破岩效果及耐用性研究,并在中国石化胜利油田进行了一系列的现场应用试验。研究结果表明:(1)与?16 mm、?19 mm等常规尺寸的切削齿相比,?22 mm PDC切削齿出刃大、吃入深,有利于产生大体积破碎,具有较好的提速潜力;(2)与相同基材及相同制备工艺的?16 mm PDC切削齿相比,?22 mm切削齿的耐磨性稍差,但抗齿尖冲击韧性更好;(3)?22 mm PDC钻头在现场试用中取得了机械钻速快(43.12 m/h)、日进尺高(820 m)的优异提速效果,并展现出足够的耐用性;(4)?22 mm PDC切削齿能够满足可钻性较好地层的提速需求,例如?241.3 mm、?311.2 mm、?444.5 mm等大尺寸井眼,但尚不适用于深部复杂难钻地层。随着钻井深度增加,地层压实致密,钻遇复杂岩性地层增多,超大齿的破岩效果将随之降低,此时“大齿快切”就不如“小齿密刮”。结论认为,?22 mm等超大尺寸PDC切削齿在可钻性较好地层的钻井提速潜力较大,建议大力推广应用。

关键词： PDC钻头超大齿大齿破岩钻井提速破岩机理地层适配性耐磨性抗冲击韧性

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井下管柱力学与控制方法若干研究进展

力学进展 2021年第3期51卷 620-647页

作者：高德利黄文君中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室

关于井下管柱力学的研究迄今已有七十多年的历程,取得了许多重要的研究成果,并主要在油气井工程中获应用实效.然而,由于井眼约束和作业工况的复杂性,目前仍未能够全面而准确地揭示井下管柱在狭长井眼内的复杂力学行为,导致相关工程设计... 详细信息

关于井下管柱力学的研究迄今已有七十多年的历程,取得了许多重要的研究成果,并主要在油气井工程中获应用实效.然而,由于井眼约束和作业工况的复杂性,目前仍未能够全面而准确地揭示井下管柱在狭长井眼内的复杂力学行为,导致相关工程设计控制方法难以解决好实际遇到的许多复杂问题.本文回顾了井下管柱力学的整体发展脉络,重点讨论井下管柱的静力学变形控制方程,然后针对井下管柱力学中的几个重要科学问题,包括井下管柱屈曲、井下管柱摩阻磨损、井下管柱安全作业极限和底部钻具组合力学特性及其相应的设计控制方法等,分别简要介绍了相关研究进展、最新研究成果及存在的一些问题等,并在一定程度上进行了总结与展望,以期为井下管柱力学与控制方法的创新发展并促进油气井工程技术进步提供有益参考.

关键词：油气井工程钻井与完井井下管柱井下管柱力学井下控制工程

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深层致密储层大斜度井压裂裂缝扩展机制研究

岩石力学与工程学报 2023年第S02期42卷 4054-4063页

作者：侯冰崔壮曾悦中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室北京102249

冀东摊海复杂断块油藏致密砂岩储层高效的开采方式为大斜度丛式井体积压裂。斜井射孔水力裂缝起裂后沿水平最大主应力方向和垂向双向扭曲导致裂缝形态复杂,扭曲交界面最易形成砂堵点,因此明确斜井裂缝扩展规律对解决砂堵难题具有重要意... 详细信息

冀东摊海复杂断块油藏致密砂岩储层高效的开采方式为大斜度丛式井体积压裂。斜井射孔水力裂缝起裂后沿水平最大主应力方向和垂向双向扭曲导致裂缝形态复杂,扭曲交界面最易形成砂堵点,因此明确斜井裂缝扩展规律对解决砂堵难题具有重要意义。基于室内真三轴水力压裂物理模拟试验(300 mm^(3)),探究水平应力差、井斜角、方位角和射孔相位角对斜井压裂裂缝起裂特征和扩展规律的影响。试验结果表明:(1)斜井压裂后裂缝面形态分为单一裂缝面、双翼平行裂缝面、多次级缝裂缝面和复杂裂缝面。(2)低水平应力差异系数下,孔眼起裂数量多;高水平应力差异系数下,与水平最大主应力方向夹角较小的孔眼起裂。(3)20°或者80°井斜角下射孔孔眼起裂点少,40°或者60°井斜角下射孔孔眼起裂点多;裂缝扭曲程度随井斜角增大呈先增后减趋势。(4)方位角大于80°时,裂缝起裂压力增大,裂缝形态以多次级缝裂缝面和复杂裂缝面为主。(5)射孔相位角增大,起裂难度增加,孔眼间距增加导致连通作用变弱,易产生次级扩展缝。建议水平应力差大的地层井眼轨迹设计时应该采用大井斜角、小相位角和小方位角施工,可以有效降低裂缝起裂压力和扭曲程度,解决现场施工砂堵难题。

关键词：岩石力学大斜度井井眼轨迹参数水力压裂裂缝形态致密储层

深海天然气及其水合物开发模式与钻采技术探讨

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天然气工业 2020年第8期40卷 169-176页

作者：高德利中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室

中国南海的石油天然气资源十分丰富,但其大多数都埋藏于深水区,油气勘探开发工作面临着许多难题和挑战。历经多年的探索与实践,我国海洋油气钻探工程已经实现了从浅水(水深300 m以内)到超深水(水深超过1500 m)的跨越,并在南海发现了丰... 详细信息

中国南海的石油天然气资源十分丰富,但其大多数都埋藏于深水区,油气勘探开发工作面临着许多难题和挑战。历经多年的探索与实践,我国海洋油气钻探工程已经实现了从浅水(水深300 m以内)到超深水(水深超过1500 m)的跨越,并在南海发现了丰富的天然气与海域天然气水合物(以下简称水合物)资源,亟待进行安全高效开发,因而对相应的天然气及其水合物高效开发模式与技术支撑体系提出了迫切的需求。为此,针对深海天然气及其水合物安全高效开发的重大课题,提出了适用于常规天然气的“水平井或复杂结构井浮式钻完井+水下钻采系统+浮式生产、集输与浮式液化天然气生产储卸装置(FLNG)处理系统+船运外输”的开发模式及其技术支撑体系,以及适用于非常规天然气——海域天然气水合物的“水平井或复杂结构井浮式钻完井+水合物原位分解开采+水下或浮式生产与集输处理系统+管道或船运外输”的开发模式及其技术支撑体系;论述了大位移井、“U”形井等先进井型的开发模式及其适用的海洋地质环境,并给出了“U”形井的连通控制模型;此外,还介绍了与深水钻井力学和设计控制技术相关的研究进展。结论认为,建立先进适用的工程模式及其技术支撑体系,寻求实现“地质-工程-市场”一体化的解决方案,同时加强相关的信息化与智能化建设,是深海天然气及其水合物安全高效开发的关键之所在。

关键词：深海天然气海域天然气水合物开发模式技术支撑体系复杂结构井深水钻井大位移钻井 “U”形井中国南海

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砂岩热储层防损伤完井液体系研究

钻井液与完井液 2023年第2期40卷 265-271页

作者：杨丽丽王世博张永威丁剑蒋官澄中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室北京102249

我国地热资源开发利用正处于快速发展阶段,以中低温的砂岩热储层地热资源开发利用为主。然而在开发地热资源时,由于疏松的砂岩热储层特殊的地质构造,在钻完井的过程中,储层出砂严重同时钻完井液容易进入储层造成敏感性伤害以及钻完井液... 详细信息

我国地热资源开发利用正处于快速发展阶段,以中低温的砂岩热储层地热资源开发利用为主。然而在开发地热资源时,由于疏松的砂岩热储层特殊的地质构造,在钻完井的过程中,储层出砂严重同时钻完井液容易进入储层造成敏感性伤害以及钻完井液中固体物质堵塞储层引起储层渗透下降的问题。针对上述问题,本研究引入了关键处理剂仿生固壁剂、隐形酸PF-HTA、缓蚀剂并通过实验进行了加量的优选,最终形成了聚膜隐形酸完井液体系。室内研究表明该完井液体系污染储层岩心后渗透率恢复值大,与钻井液配伍性良好,对储层损伤小,具有良好的储层保护效果。

关键词：砂岩热储层渗透率完井液