小井眼钻井水力参数优化设计模型的建立及软件开发

1、目录第一章绪论11.1研究目的与意义 11.2国内外研究现状11.3本文研宪内容41.4创新点4第二章小井眼与常规井钻井水力学差异性研究52.1压降分布差异52.2钻柱旋转影响差异72.2.1钻柱旋转影响的差异性72.2.2钻柱旋转对小井眼井环空压耗的影响分析723钻柱偏心彫响差异102.3.1钻柱偏心影响的差异性102.3.2钻柱偏心对小井眼井环空压耗的影响分析112.4井壁粗糙度及钻具接头影响差异132.5不同钻井液流变模式影响差异142.6排量选择范围及钻井液流态假设差异162.7小结16第三章小井眼井钻井环空压耗计算模型的建立173.1模型的建立方法分析173.2小井眼环空压耗计算新模

2、型183.2.1基于有效直径的环空压耗计算公式的推导183.2.2小井眼环空压耗模型的建立193.23小井眼环空压耗模型的求解203.3小井眼井环空压耗各影响因素的分析233.4新环空压耗模型的准确性验证 263.5 小结 30第四章 小井眼钻井水力参数优化设计模型的建立314.1水力参数优选标准314.1.1最大钻头水功率324.1.2最大射流冲击力 334.2小井眼钻井液流变模式的优选和流变参数计箕的优化 344.2.1钻井液常用流变模式及参数常规算法344.2.2非线性回归分析新算法35423钻井液流变模式的优选方法 384.2.4新算法的实例分析及各流变模式的比较394.3循环系统压耗

3、计算的优化4143.1地面管汇与钻柱内压耗计算424.3.2环空压耗计算的优化444.3.3循环系统压耗优化结果分析444.4喷嘴当量尺寸的优化454.5水力参数优化设计步骤464.6小结49第五章小井眼钻井水力参数优化设计系统的软件开发505.1软件简介505.1.1数据管理模块505.1.2计算分析模块525.2软件计算示例555.3小结58第六章结论与建议596.1 结论596.2建议59致谢61参考文献62攻读硕士学位期间发表的论文65第i章绪论第一章绪论1.1研究目的与意义小井眼钻井技术不仅具有常规钻井技术的特点，因尺寸小还能明显降低钻井成本， 可用于探井、三低油气藏、浅油气藏的开发

4、、老油气B挖潜改造。另外小井眼钻井与常 规钻井相比废泥浆及钻屑处理量减少75%,井场占地面积仅是常规井占地的1/41/3,噪 音也明显减小，有效缓解了钻井过程中的环保压力.随着钻井技术不断提高，应用小井 眼开发油气田已成为一种趋势。然而，由于小井眼的井径和环空间隙小以及钻柱高速旋转的特点，小井眼钻井与常 规井眼钻井在水力学上有很大的区别，其中重要的一点就是小井眼环空压耗明显大于常 规井。国内外现阶段的研究表明，小井眼钻井环空压耗占总压耗的3蚣90%,而常规 钻井只占10%左右。钻柱旋转、钻柱偏心等对环空压耗有影响的因素在小井眼环空压耗 计算中不能再忽略，常规的水力参数优化设计方法也已不能完全适

5、用于小井眼。若用忽 略了这些因素的常规井环空压耗计算模型计算小井眼井环空压耗并进行水力参数优化设 计则会产生很大的误差，会影响到等效循环密度(ECD)等的准确预测，不利于快速、 安全钻井工作的进行。目前已建立的小井眼环空压耗模型考虑的影响因素不够全面，也 没有公认有效的计算模型，建立适合于小井眼井的环空压耗计算模型及水力参数优化设 计模型是非常必要的。所在课题组承接的一体化钻井工程协调设计软件系统项目也急需 此模块来进行完善。因此，开展小井眼的水力参数优化设计与研究具有塑要意义。1.2国内外研究现状小井眼井至今仍是一个模糊不清的概念，不同的学者与公司有过不同的定义。但一 般都是围绕以下三个标准

6、中的一点进行定义卩卜：根据90%井段的井眼尺寸；(2)穿过 目的层井段的井眼尺寸；(3)环空尺寸。(l)Amoco公司Walker和Millheim定义：小井眼就是90%或90%以上井段用于小于 7”(177. 8mm)钻头打的井眼，此定义是目前引用较多的定义；(2)法国EIF Aquitaine公司 的定义：完井井径小于常规井井径(215. 9mm)的井统称为小井眼，根据定义，老井加深、 老井侧钻井眼也属于小井眼；(3)BP公司Murray定义：小井眼井是钻成最小井径的井， 典型小井眼最终尺寸为95. 2mm； (4)周煜辉等钻井专家认为小井眼井为穿过目的层的井 段用小于7(177. 8mm)钻头钻成的井眼；(5)刘长生等钻井专家认为小井眼井为目的层 井眼直径等于或小于6(152. 4mm)的井眼；(6)国际石油工程师认为小井眼井为环空尺 寸小于 1(25 4mm)的井眼$ (7) Baker Hughes Hallibu