浅析PowerV垂直钻井技术在迪那2-1井的应用

近两年来塔里木油田在迪那地区二开直井段快速钻进中大力推广PowerV垂直钻井技术,对加快钻井周期、节约钻井成本取得很大成效,根据我队近年来有关实践,对PowerV进行简单的原理分析,对PDC钻头及钻具的选择,泥浆控制等进行了探讨,对今后在该地区的快速钻进具有一定的指导意义.     

自动垂直钻井系统及其相关技术研究

在了解国内外自动垂直钻井技术的发展及应用概况的情况下，根据自动垂直钻井技术的要求和特点，分析了自动垂直钻井工具的结构及其导向原理，并设计了一种自动垂直钻井控制系统。     

自动垂直钻井工具指向式导向纠斜机构原理方案研究

在了解国内外自动垂直钻井技术的发展及应用概况的基础之上,本文依据自动垂直钻井技术的相关要求和技术特点,分析了目前国内外自动垂直钻井技术的研究现状,并对具有代表性的导向系统进行总结归纳,创造性提出指向式纠斜机构原理方案。     

川东北优快钻井技术

川东北地区存在陆相地层可钻性差、高陡构造井斜严重,地层岩性变化大、压力系统复杂、易塌、易漏,“高压、高产、高含硫”勘探风险大等世界级钻井技术难题,造成的钻井复杂情况多、机械钻速慢、钻井周期长。围绕“钻井提速”这一主线,以开发与应用新工艺、新工具提高南方复杂深井钻井速度为目的,从气体钻井和垂直钻井设备引进配套和研发入手,结合已有的欠平衡钻井技术、控压降密度钻井与复合钻井技术,综合应用多种钻井技术全面提高川东北复杂深井钻井速度及井身质量,通过室内实验研究、单项技术试验和综合技术集成,形成了适应川东北地区地层特     

面向对象的钻井实时计算系统

针对钻井实时计算具有实时性、确定性功能分布、系统复杂性等特点，利用传统的面向对象程序设计工具，构成了满足实时计算要求的钻井实时计算系统．该系统对外部物理过程的状态进行监视．按照一定的数学模型或经验模型进行计算或推理，并根据计算结果或推理结果作出相应的决策，以实现预定的目标．该技术已用于塔里木油田研制的钻井实时监测系统中．完成了该项目所要求的钻井参数的实时采集、实时传输、实时显示、打印、报警、钻井参数入库等功能．     

气体钻井地层出水量理论模型

为了准确预测气体钻井施工过程中出水层位的地层出水量,根据渗流力学的基本原理,并结合气体钻井的实际工作状况,分别分析并建立了钻头钻入水层厚度小于井径、大于井径、完全钻穿水层和钻头已部分钻穿水层但尚未整体脱离水层四种情况下的地层出水量的理论预测模型。在塔里木油田的现场实验表明,理论模型的计算结果和现场实际测量的出水量相比误差在10%左右。该理论模型可以适用于气体钻井过程中出水层位出水量的计算,具有推广价值。     

控压节流阀压降特性及结构改进

 针对控压钻井过程中节流阀压降调节线性度差的问题,采用计算流体力学方法对塔里木油田现用节流阀进行数值模拟,分析现有结构下阀芯开度与压降的关系,并对阀芯进行了结构改进。结果表明,改进后的节流阀更加符合控压钻井工艺要求,其压降特性线性度明显提升,在开度20%~70%时,线性相关系数达到0.973,提高了节流阀压降可调性和控压钻井的安全性。阀芯结构的改进改善了内部流场的涡流现象,比较改进前后速度云图发现最大速度减小了29.78%,提高了节流管汇防冲蚀能力。     

山前构造砾石层气体钻井井壁稳定评价新方法

塔里木油田山前构造带砾石层气体钻井提速效果明显,但砾石层井壁垮塌问题突出,开展砾石层井壁稳定性评价,筛选气体钻井适宜井段是该地区提速增效的关键。通过测试山前构造带巨厚砾石层地面露头岩样粒间填隙物矿物组分含量、微观结构、水理化性能、声波速度特性及力学参数变化规律,再结合现场工程测井资料等信息,对比了西域组、库车组、康村组及吉迪克组砾石层测井响应特征及其与气体钻井井壁稳定性之间的关系。建立了一套砾石层气体钻井井壁稳定评价新方法。评价结果认为,西域组和库车组砾石颗粒间黏土含量高,遇水易分散,气体钻井井壁易垮塌,不适宜气体钻井;康村组和吉迪克组砾石颗粒间以方解石、白云岩为主,胶结强度高,井壁稳定性好,适宜气体钻井。     

涡轮钻井技术的新进展

随着钻井工艺的发展和钻头技术的进步,涡轮钻具在配合新型金刚石钻头、高速牙轮钻头钻井以及在定向井、水平井、大斜度井钻井领域的应用效果显著。论述了涡轮钻井的最新技术成果,概括了近年来涡轮钻具的发展特点;提出了涡轮钻具在性能和结构上的改进措施,以提高钻具的帮助,并使其能满足不同类型钻头和不同钻井工艺的要求。同时对我国涡轮钻井技术的应用现状进行了分析,提出应在低压降、大扭矩、能满足不同使用要求的新型涡轮钻具、提高钻具寿命,改善钻井条件,完善钻井工艺等方面加强研究。     

液动冲击旋转钻井技术在石油工业中的新进展及发展方向

液动冲击旋转钻井技术是在旋转钻井基础上发展起来的钻井新技术,是在钻头上部联接冲击器,将冲击钻进和旋转钻进相结合的一种钻井方法。调研了液动冲击旋转钻井技术的技术特点,和液动冲击器在国内外的最新发展和现场的应用情况。总结了液动冲击旋转钻井技术的破岩机理及钻井参数的优选方法和钻柱的动力学理论。基于目前液动冲击旋转钻井技术的发展现状,结合目前正在兴起的旋转导向钻井技术,对该技术的发展趋势进行了展望。     

四川盆地双鱼石区块深井钻井井斜规律研究

针对双鱼石区块井斜控制问题,考虑钻头与地层互作用、地层倾角、井斜角、地层各向异性指数、地层自然造斜力、钻头侧向力,综合建立了钻头侧向力模型,根据不同影响因素探讨了井斜变化规律,通过实钻资料验证了模型的正确性。结果表明,与常规钻井方式相比,空气钻井条件下地层自然造斜力增加,且增加幅度较大。随着地层倾角增加,地层自然造斜力增加。随着井斜角的增大,钻头综合侧向力减小,在空气钻井中和常规泥浆钻井中,钻头综合侧向力均存在零值平衡点。随着地层各向异性指数的增加,地层自然造斜能力增大导致井斜角增大。结合理论研究,通过钻具组合优化、钻井参数优选提出井斜控制措施,将该区块深层易斜地层井斜角降低至0.50°～1.15°,机械钻速提高了40%～85%。研究结果可为超深层井斜规律的研究和高效控制提供重要的参考和指导。     

跨不同倾角软弱层隧道围岩变形规律

山区隧道与地下工程的建设中多会穿越软弱夹层或破碎带等软弱地层。此类软弱地层几何形态变化大,力学性能差,隧道开挖后的收敛变形往往难以控制,这也成为山岭隧道施工以及结构设计的难点所在。本文着眼于软弱地层倾角对隧道围岩开挖变形的影响规律,利用模型试验,对无支护条件下软弱层围岩的拱顶、拱腰进行研究,监测了软弱层倾角分别为45°、60°、90°、120°、135°时隧道开挖造成的收敛变形；并结合数值模拟方法,进一步对比验证了模型试验的检测规律。结果表明：软弱层倾角对隧道围岩变形的影响十分显著。随着软弱层倾角的增加,隧道拱顶、拱腰以及仰拱的围岩位移先减小后增大。不同软弱层倾角下,通过归一化处理发现,拱顶和拱腰位置数值计算和模型试验的围岩位移变化结果呈现出高度的一致性。且根据监测面的塑性区云图,剪切破坏的区域贯通,分布于隧道一周,其面积随着软弱层倾角的增加,先减少后增大。     

分支井筒稳定的塑性力学模型及分析

针对分支井钻进过程中普遍存在的井壁稳定问题,建立考虑地层、水泥环、套管和支井井筒的分支井稳定性分析三维弹塑性有限元模型。模型中将水泥环、地层和套管分别视为不同的塑性材料,同时通过建立应力各向异性地层中模型转换方法,消除不同支井方位之间的模型误差。通过弹塑性有限元模拟研究支井方位对分支井稳定性的影响。结果表明:方位角小于15°时,地层与水泥环最大等效应力位于主井筒上,有利于分支井井眼稳定;方位角为75°时,等效应力最大值位于分支井井壁上,不利于井壁稳定;从套管侧窗变形的角度来看,分支井方位应尽量靠近水平最大地应力方向;当支井方位角大于30°时,主井眼水泥环的破坏可引起支井钻进问题;在分支井井身结构设计中,采用较小方位角,同时避免采用50°~80°的分支井方位角,以保证水泥环-地层-套管-井筒系统的稳定性和安全性。     

聚晶金刚石复合片钻头喷嘴倾角组合的流场特性

为了解决番禺地区珠江组快速钻进中出现的PDC钻头泥包问题,在实体PDC钻头计算模型基础上,运用数值模拟方法,采用标准 两方程模型对主喷嘴和辅助喷嘴不同喷射倾角组合进行井底流场特性研究,最优化喷嘴角度组合。结果表明：主刀翼1号喷嘴喷射倾角20°、3号喷嘴喷射倾角15°能使井底流场分布最优;远离主刀翼的4号和5号喷嘴喷射倾角变化对井底流场影响较大,适当增加这两个喷嘴喷射倾角有利于井底岩屑快速排出;2号喷嘴喷射倾角在限定范围内变化,对井底流场影响有限。最后,1-5号喷嘴喷射倾角分别按照20°、25°、15°、25°和25°组合布置,应用于个性化215.9mm五刀翼PDC钻头设计中,在实钻中取得了良好的进尺和机械钻速,成功解决钻头泥包。     

港深78井钻井液技术

详细讨论了大港油田浅海的重点预探井——港深 78井的钻井液技术。为了勘探大港油田浅海油气储藏情况 ,港深 78井完钻井深 446 0 m.为抑制地层造浆、井壁易坍塌等问题 ,上部地层采用了海水聚合物钻井液体系 ,下部地层选用了 KCl海水聚合物钻井液体系 .现场应用表明 :KCl海水聚合物钻井液体系抑制能力和防塌能力强 ,同时具有较强的抗温性、润滑性 ,满足了港深 78井钻井施工的要求 ,在 442 0 m试油 ,获日产 5 4 2 .5 8m3原油和 9.0 5× 1 0 4 m3天然气     

适于塔里木油田克拉区块高密度钻井液的配制

克拉区块生储盖层钻遇第三系吉迪克组和下第三系膏盐层,含大段泥页岩和盐膏层,平均地层压力系数高.针对这一特点,优选出一种适合该区块的高密度钻井液体系,然后对塔里木油田常用加重剂、高分子聚合物增黏剂、降滤失剂进行筛选,并对处理剂的加量进行室内试验,确定出该区块的钻井液配方.该配方抑制性好,抗温性高,具有良好的流变性,高温高压滤失量低,能够满足克拉区块钻井工程及储层保护工作需要.     

库车北部构造侏罗系煤层井壁稳定对策研究

为解决塔里木盆地库车北部构造带侏罗系煤系地层井段井壁稳定问题，采用X射线衍射、扫描电镜等方法对煤岩理化性能和微观结构进行分析，明确了煤系地层井壁失稳机理；建立考虑多割理面影响的煤层井段坍塌压力模型，评价了煤系地层地质力学参数和井壁稳定性，并优化了煤系层段井眼轨迹；根据煤岩微观结构特征，开展了钻井液封堵材料优选，形成煤层段水平井井壁稳定对策。结果表明，煤系地层主要为力学失稳，推荐煤层沿最大主应力方位、井斜45°～80°钻井，钻井液密度1.70～1.74 g/cm³，钻井液封堵复配体系为3%磺化沥青+3%乳化沥青+3%超细钙；应用发现煤系层段定向钻井无复杂事故，煤层斜井段井壁稳定防治效果好。研究成果对塔里木盆地库车北部构造带侏罗系油气安全高效开发具有重要指导作用。     

机械式静态双层推靠自动垂直钻具设计

为满足小尺寸垂直钻探的作业要求,设计一种外径127 mm、具有双层推靠活塞的机械式静态自动垂直钻井工具。该垂直钻具不含独立的电子和液压系统,仅依靠偏重块在重力作用下自动偏向井眼低边的物理特性,带动环阀转动进而改变钻井液流道的开闭,使钻井液在钻具内部和环空中形成压差,驱动双层分布的8个活塞以相应的组合方式推向井眼高边,实现自动纠斜,维持井眼垂直。该钻具采用全新的环阀设计,避免常规盘阀较大的摩擦阻力,提高纠偏的灵敏度和精度,其推靠活塞为独特的双层分布,纠斜时有3个不同层的推靠活塞同时推出,可在较小的钻头压降下获得较大的推靠力和纠斜力矩,纠斜能力显著提升,而且不同层推出的3个推靠活塞形成稳定的三角结构,有效提升钻具的稳定性和可靠性。在钻具结构设计的基础上,对钻具偏心机构、推出机构的力学性能进行分析,并研究角接触球轴承的摩擦阻力对钻具纠斜行为的影响。结果表明:该自动垂直钻具的推靠合力是单个推靠活塞的1+2~(1/2)倍,理论上其纠斜精度仅在井斜角降至0.154°后才会受到影响,纠斜极限井斜角可达0.059°,具有很好的纠斜能力、纠斜精度和灵敏度,而且该钻具结构设计简单,造价及维护成本较低,其机械式的控制方式不受井下温度影响,具有很好的现场应用前景。     

基于随钻测斜技术的井斜预警系统应用

介绍了一种新型的井斜预警系统的地面接收仪器,由井下的机械式井斜预警工具随钻监控井斜,并发生泥浆压力脉冲波,由地面接收仪器测量脉冲波,分析了对信号传递过程中干扰信号的处理方法,经多次现场试验该系统工作良好,可提高工作效率,降低钻井成本。     

加工工艺参数对碳纤维增强复合材料层合板制孔质量的影响

为了研究不同的钻孔参数对制孔质量的影响,本文采取五种不同顶角的刀具(90°、118°、140°、160°、180°)以及不同进给速度对碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics)层合板进行钻削实验,将钻孔参数与制孔质量的关系进行拟合,建立了基于分层因子的评价方法,并由此开发一种CFRP钻孔工艺参数知识库系统。通过对不同顶角钻头的轴向力-时间曲线、进给率/顶角-轴向力拟合关系图进行分析,并对比不同顶角钻头的扫面电子显微镜(SEM)图象,发现：钻头顶角越大,进给率越大则钻削轴向力越大,出口分层缺陷越严重;钻削参数为小顶角、低进给时,出口质量更优异。