气体钻井井眼轨迹偏斜机理与控制理论研究

气体钻井存在井眼轨迹偏斜与不易控制的难题，严重影响了气体钻井技术的发展与推广应用，制约了我国西部深层油气资源钻探与开发的步伐。本项目针对我国西部气体钻井过程中遇到的易斜难钻地层，综合运用室内实验、理论分析和数值模拟的方法，着重研究气体钻井条件下，易斜难钻地层的各向异性钻井特性及其评测新方法、钻头与地层相互作用新规律、底部钻具组合动力学行为以及井斜控制理论与技术，为解决我国气体钻井井眼轨迹控制难题提供科学依据和技术对策。通过本项研究，提出气体钻井条件下地层可钻性各向异性评测新方法，建立卸载相关的钻头与地层相互作用模型，探讨气体钻井底部钻具组合动力学行为及运动特征，进而阐明气体钻井井眼轨迹偏斜机理和规律；同时，创新设计井斜控制工具及底部钻具组合，形成一套适合我国西部易斜难钻地层的气体钻井防斜打快理论和方法。发表相关学术论文4-6篇，申请发明专利1-2项。

气体钻井存在井眼轨迹偏斜与不易控制的难题，本项目紧密围绕气体钻井、欠平衡钻井方式下的井眼轨迹偏斜机理与控制理论进行了深入系统研究，取得的主要成果如下：.(1) 根据欠平衡钻井原理和常压下岩石可钻性测试原理，自主设计了建造了井底相互作用模拟试验系统，该系统可用于模拟井下温压条件下进行岩石可钻性及其各向异性实验。在模拟井底应力（围压、孔隙压力和井底循环压力）条件下，通过一系列的岩石可钻性及各向异性实验、岩石声波特性实验，结合测井资料，建立了井底应力条件下地层可钻性及其各向异性的定量评估模型及方法。.(2) 综合考虑不同钻井工况、井眼几何约束、地层和钻头的各向异性等诸多因素的影响，重点考虑井底压差的影响，建立了卸载相关的钻头与地层相互作用模型（三维钻速方程），并在此基础上推导出了新的地层力计算模型，研制了三维钻井轨迹仿真计算软件。.(3) 建立了一种用于模拟井下环境下的钻头侧向力测量装置，该装置能用于流体环境中测量钻头侧向力，提高了室内实验模拟底部钻具组合力学性能的研究水平。基于该装置，研究了钻井液密度、钻压、转速等因素对底部钻具组合力学行为（井斜力、方位力、钻头合侧向力及钻头转角）的影响规律。.(4) 应用有限元模型及新的地层力计算模型，研究分析了井底压差、地层倾角等因素对井眼轨迹的影响规律，阐明了气体钻井井斜机理。研究结果表明：井底负压差放大了倾斜各向异性地层中，井底上倾和下倾两侧岩石应力的不对称性，增加了地层的造斜能力；井底负压差越大，地层井斜力越大；井底压差相同时，随着地层倾角的增大，地层井斜力逐渐增大。.(5) 提出了以“降斜弯矩”为主控因素的井斜控制新方法（扩眼保满防斜打快控制方法）。扩眼保满钻具组合，是“扩眼保满防斜打快技术”的硬件组合，它由欠尺寸钻头、扩眼稳定器及钻铤等结构单元构成，其中扩眼稳定器具有“满眼稳定器”的功能，可以消除井径扩大的影响。.该项目的研究成果具有重要的理论和应用价值，对于气体钻井技术的发展与推广应用，加快我国西部深层油气资源的勘探与开发具有重要意义。