气体钻井全井段钻柱动力学研究

斜直井眼中石油钻柱动力学特性仿真研究的开题报告
一、选题背景和意义
当前，全球能源需求不断增长，传统能源开采面临压力，非常规能源成为重要补充。

其中，在非常规油气开采技术中，斜直井的应用越来越广泛。

斜直井在油气探采中有着广泛的技术应用和应用前景，然而，斜直井的钻井过程复杂，流体力学仿真分析难度大。

因此，本研究旨在通过对斜直井眼中石油钻柱动力学特性仿真研究，探究该过程中钻柱的受力特性和动态响应。

二、研究内容和方法
本研究将从以下几个方面展开：
1. 收集和整理相关文献，了解钻柱在斜直井钻井过程中的力学特性；
2. 建立斜直井眼的模型，利用ANSYS软件进行有限元分析，模拟钻柱钻进过程中的受力情况，并分析其动态响应；
3. 设计实验方案，开展实验验证仿真结果的准确性和可靠性。

三、研究预期成果及意义
本研究将通过对钻柱在斜直井钻井过程中的力学特性进行仿真分析，研究得出斜直井眼中钻柱在受力过程中的动态响应情况。

同时，可以为斜直井钻井过程中的钻柱设计提供参考，并为后续的相关研究提供数据和思路。

最终，本研究成果对于提高斜直井钻井技术的安全性和可靠性具有重要意义，对于保障油气勘探开采工作的顺利进行具有积极的推动作用。

气体钻井钻柱失效统计及影响因素研究全球非常规天然气储量是常规天然气储量的8.5倍，页岩气在非常规天然气中异军突起，引发了能源行业的革命，美国正常页岩气钻井规模每年16000口左右，大规模“工厂化”作业模式成为页岩气开发的新趋势，高效快速的完成页岩气钻井成为新的目标，长宁区块作为国家页岩气开发示范区，在汲取国外页岩气钻井先进经验的基础上，通过新技术实现钻井提速，长宁区块韩家店～石牛栏组地层岩性变化大、可钻性差，气体钻井技术提速效果好，但实施过程中钻柱失效问题尤为突出，严重制约气体钻井技术的应用[1-2]。

针对气体钻井钻柱失效这一技术难题，前人对钻柱失效影响因素的分析主要集中在地质特征、钻具组合、钻头选择、井径扩大等方面[3-4]，较少考虑井眼轨迹设计方面的影响，因此重点分析井眼轨迹设计对气体钻井钻柱失效的影响，为韩家店～石牛栏组地层气体钻井提供一定技术指导。

一、长宁区块气体钻井钻柱失效统计长宁区块自2011年钻成第一口水平井N201-1井，统计已完钻57口水平井，其中在韩家店～石牛栏组层位实施气体钻井的有30口，气体钻井的实施比例达到了52.6%，平均机械钻速6.83m/h，而采用钻井液钻井平均机械钻速仅为3.71m/h，提速效果明显，在实施气体钻井的30口井中，有7口井发生断钻具事故，断钻具的井数占实施井数的23.3%。

断钻具次数达10次，特别是N24-1井断钻具多达4次。

对钻柱失效位置统计，上部钻杆公扣根部位置断裂占40%，另外底部钻柱发生断裂占60%，从钻达层位统计结果分析，石牛栏组钻进过程钻柱失效比例较高，占比70%，韩家店组钻进钻柱失效占比30%，其统计见表1，上述情况表明，气体钻井是该段地层重要的钻井提速技术手段，但钻柱失效问题日益突显。

表1 长宁页岩气韩家店～石牛栏组气体钻井钻柱失效案例统计井号钻达井深(m)钻达层位顶深（m）失效位置失效次数N2-51886石牛栏组551钻杆公扣根部1N4-21758韩家店组565钻杆公扣根部1N6-21716韩家店组1705无磁钻铤母扣台阶 1N6-61979石牛栏组1755加重钻杆母扣根部 12441石牛栏组2325随钻震击器本体 1N11-32757石牛栏组2668钻铤母扣根部1N24-11717韩家店组1706无磁钻铤母扣根部 41994石牛栏组1800加重钻杆母扣根部 2009石牛栏组696钻杆公扣根部2030石牛栏组392钻杆公扣根部二、钻柱失效影响因素分析及对策1.地质特征长宁区块韩家店～石牛栏组气体钻井钻柱失效的7口井中，有5口井是钻达石牛栏组下部地层断钻具，有2口井在韩家店组地层上部钻具断裂，主要原因是韩家店上部岩性为页岩夹灰岩，软硬交错，在气体钻进过程中扭矩波动大，钻柱振动剧烈，石牛栏下部岩性为灰色泥质灰岩，质地坚硬，可钻性差，钻井液钻进平均机械钻速仅有4m/h，实施气体钻井破岩效果差，冲击力大，对钻具造成严重的疲劳破坏。

关于气体钻井全井段井筒冲蚀规律研究李皋;胡强;冯耀民;孟英峰【期刊名称】《计算机仿真》【年(卷),期】2015(032)010【摘要】气体钻井实际工况中,高速携岩气体会对钻具、井壁及地面管汇等造成冲蚀磨损,是诱发钻井风险的因素之一.针对气体钻井高速携岩气体冲蚀钻具和井壁问题,根据气固两相流理论建立了井筒内钻具居中、井壁扩径、钻具偏心情况下的冲蚀模型,并结合CFD软件对模型进行了相应仿真.对比环空气体流场、钻具冲蚀速率和岩屑运移轨迹可知,岩屑对钻具的冲蚀作用随着井深的增加而逐渐减小,最大冲蚀速率发生在钻具接头迎风面处.井壁扩径情况下,分析钻具与井壁的冲蚀速率和岩屑运动轨迹可知,井壁扩径会加剧岩屑对钻具的冲蚀作用.钻具偏心会在局部加剧钻具和井壁冲蚀作用.【总页数】5页(P154-158)【作者】李皋;胡强;冯耀民;孟英峰【作者单位】西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川成都610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川成都610500;中国石油集团川庆钻探工程有限公司,四川成都610051;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川成都610500【正文语种】中文【中图分类】TE28【相关文献】1.气体钻井钻杆冲蚀规律研究 [J], 王景;祁健2.气体钻井空井压井井筒气液两相瞬态流动数学模型 [J], 魏纳;孟英峰;吴鹏程;李皋;方强;李鹏杰;陶祖文3.气体钻井全井段环空流场改善方法 [J], 刘伟;李黔;程桥;伍贤柱;王明华;张萍;唐洪发;郑新华;段长春4.气体钻井全井段钻柱动力学研究 [J], 肖国益;蒋祖军;练章华;林铁军;魏臣兴5.气体钻井井筒冲蚀作用定量分析及控制方法 [J], 郭建华;佘朝毅;李黔;孙万里因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

气体钻井技术研究与实践长庆石油勘探局苏里格气田探明储量达6000亿方，是我国西气东输的重要气源之一，勘探面积2万平方公里，但如何高效开发，面临着两大技术问题，一个是如何提高机械钻速，缩短钻井周期；第二个是打开储层后，如何最大限度的保护储层。

长庆石油勘探局从1999年开始进行以天然气为循环介质打开储层的钻井技术研究，通过对地层出水预测、地层稳定性、最佳注气参数等几方面的研究，取得了初步成果，并在陕242、苏35-18井和苏39-14-1井、苏39-14-4井进行了试验，试验数据表明：机械钻速大幅度提高，苏35-18井的钻速达到18m/h，是临井的9倍多，苏39-14-4井的天然气钻进井段为1092m，是迄今为止天然气钻进井段最长的。

通过研究与试验，初步形成了地层出水、稳定性评价、井眼净化技术以及天然气钻井HSE文件。

针对苏里格气田的储层特征，为了最大限度的保护储层不受外来水的污染，长庆石油勘探局于1999年提出以天然气作为循环介质打开储层，并分别于2000年、2002年在陕242井、苏35-18井上进行了试验；2003年以提高机械钻速、缩短钻井周期为目的，在苏39-14-1和苏39-14-4井进行了全井段天然气钻进试验，几项研究与试验均取得了明显的效果。

一、苏里格气田的储层特征分析1.储层特征苏里格气田的主力气藏是上石盒子组盒8，岩性主要是含砾砂岩、石英砂岩及岩屑砂岩，分布着微细裂缝，微裂缝的密度为0.2 0.3条/米；储层空隙中粘土矿物，含量在15%～30%左右，孔隙内自生的粘土矿物主要以伊利石、高岭石为主，少量的绿泥石混层；储层的束缚水饱和度为70%～90%。

2.苏里格气田属于典型的“四低”气田苏里格气田属于典型的“四低”气田：压力系数低，仅为0.85左右；平均渗透率低（0.3～2×10-3μm 2）；丰度低；产量低，截至2002年12月，75口井试气产量中，日产大于10万方的井占17.3%，日产4～10万方的井占36%，日产2～4万方的井占18.7%，日产小于2万方的井占28%。

万米深井上部大尺寸井眼钻柱动力学特性研究祝效华;李柯;李文哲;贺明敏;佘朝毅;谭宾【期刊名称】《天然气工业》【年(卷),期】2024(44)1【摘要】油气勘探已向更深、更复杂的超深层的万米勘探新领域推进,但上部大尺寸井眼给万米深井的钻井提出了巨大挑战:岩石硬和返速低导致钻速慢,大尺寸井眼内剧烈振动导致钻具裂纹多发,钻压小则钻速慢,钻压稍大则下部振动快速加剧从而导致大尺寸钻具使用寿命远低于预期。

为此,在对比研究了深地川科1井(以下简称SDCK-1井)和毗邻8000 m超深井上部井段钻柱振动问题基础上,基于全井钻柱系统动力学模型和数值仿真方法,针对性研究了大尺寸井眼中的钻柱动力学特性。

研究结果表明:①井眼尺寸越大,钻头和下部钻具的振动越剧烈,SDCK-1井二开大尺寸井眼与邻井中等尺寸井眼相比(井深500 m处),其钻头及下部钻具振动强度均值分别增加了48.0%和41.5%,比SDCK-1井三开中等尺寸3000 m井深的钻头及下部钻具振动强度均值分别高了29.0%和2.9%;②相同井眼尺寸和岩石特性情况下,下部钻具组合比钻柱整体长度对钻头振动的影响更大,优化下部钻具组合能够明显改善钻头振动,保护钻头,同时还可以提高钻头破岩能量利用效率实现钻井提速;③在大尺寸井眼中钻头破岩激励向上传播,横向振动衰减慢于轴向振动衰减,大尺寸钻头扭矩更大且钻压和扭矩波动更加明显,因此从保护下部钻具的角度出发,大尺寸井眼钻具组合对抑制横振更加有效;④大尺寸井眼中下部钻具弯矩和弯矩波动更大,现场频繁出现的钻具裂纹除受控于整体振动强度较大以外,交变弯矩是裂纹发生的重要原因。

结论认为,该研究成果揭示了超深井大尺寸井眼中钻柱的动力学特性,指出了应着重控制横振和交变弯矩,该认识可以为超深井上部大尺寸井眼钻井提供技术指导。

【总页数】9页(P49-57)【作者】祝效华;李柯;李文哲;贺明敏;佘朝毅;谭宾【作者单位】西南石油大学;中国石油西南油气田公司;中国石油川庆钻探工程有限公司【正文语种】中文【中图分类】TE2【相关文献】1.斜直井眼中钻柱的动力学特性分析2.深井大尺寸井眼钻速低的原因及对策3.大斜度小井眼随钻扩眼钻柱动力学研究4.超深井上部大尺寸井眼稳定器接头母扣失效机制5.塔里木盆地超深井311.2mm井眼钻柱动力学特性及参数设计因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。