基于分段摩阻系数的水平井延伸极限预测及应用

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在现今水平井钻进延伸长度逐渐增长的趋势下,对井眼延伸极限的准确预测就显得备受关注,急需开展完善该方面的研究。因此,本文针对水平井钻柱接触和受力特点,结合钻进延伸的制约因素,建立了基于分段摩阻系数的水平井延伸极限判断准则及预测模型,并应用到长岭、德惠地区实钻水平井进行延伸极限的实例预测分析。具体研究成果如下:(1)根据水平井钻柱接触和受力特点,利用分段计算方法,建立了水平井的钻柱摩阻扭矩计算模型。采用软杆模型,求解井眼曲率变化小的直井段和稳斜段摩阻扭矩;采用刚杆模型,计算井眼曲率较大的造斜段,及刚度较大的加重钻杆至钻头井段摩阻扭矩;并考虑不同屈曲状态及不同井段下钻柱屈曲产生附加接触力的影响,对摩阻扭矩模型加以修正。(2)在传统摩阻系数反演法的基础上,引入系统聚类分析和模拟退火算法,改进了摩阻系数预测方法。利用系统聚类分析,将整个井眼划分为多个不同摩阻系数的井段,再结合实测数据,运用模拟退火算法对各井段依次进行反演计算。相较于传统反演方法,预测精度提高了48.9%,能够得到更为准确细分的摩阻系数。(3)基于水平井分段摩阻系数预测模型得出的摩阻系数反演最优值,再综合考虑延伸极限的制约因素:钻柱摩阻、岩石破碎、钻柱强度等条件的影响,建立了延伸极限的判断准则和预测模型,并给出了计算方法和步骤。在长岭德惠地区进行了实例分析,德深A井延伸极限可达5480m,在原基础上钻深还可提高16.27%;长深A井延伸极限可达7190m,在原基础上钻深还可提高18.37%。(4)分析明确了钻机承载能力、摩阻系数、井眼曲率等因素对延伸极限的影响。为提高极限延伸能力,应提升钻机性能,尽可能降低摩阻系数,优化井眼轨道设计,保持井眼的光滑,减小井眼曲率,选用润滑性能良好的钻井液体系。
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