一种新型混合齿钻头的设计及可用性分析

近年来,深井钻进成为油气田开发中提高油气资源开发的主力。在钻井过程中,常常会遇到硬质地层和研磨性地层,因此提高这些地层的钻井效率,成为缩短钻井周期和降低经济成本的重要途径;钻头作为石油钻井主要的破岩工具,其性能直接影响了钻井效率,而钻头钻进的稳定性在一定的程度上影响了钻头性能;因此,本文设计优化了一种提高钻进稳定性的新型混合齿钻头,该钻头是在常规PDC钻头的刮刀上设计多种类型的切削齿,并且在钻头的保径上加装了切削刃,其与常规PDC钻头相比,该钻具有更长的使用寿命和更好的稳定性。     

多梯度钻井动态控制参数优化设计

为了确定多梯度动态钻井过程中的关键控制参数,优化钻井效率,建立多梯度钻井动态参数优化模型。以每次调整控制参数后的最大钻进深度和同一井身结构条件下的最大钻进深度为优化目标,以旋流分离器位置和钻井液密度为优化参数,以钻井液循环当量密度与安全密度窗口之间的约束关系以及钻头预期寿命为约束条件,并利用粒子群优化算法对该优化模型进行求解。结果表明:每次调整控制参数后都存在同一组最优的旋流分离器位置和钻井液密度值使单趟钻进深度最大;随着调整次数的增加,旋流分离器距钻头的最优距离和钻井液的最优密度均逐渐增大,但单趟最大钻进深度逐渐减小;旋流分离器和钻头预期寿命的设计应协调,避免起下钻浪费。     

扭转冲击钻井稳态钻进动力学特性及现场应用

为了解决PDC钻头在深井钻进时出现的黏滑效应问题,提出扭转冲击钻井提速技术。保持该技术在稳定的工作状态是提速的关键。为研究扭转冲击钻井稳态钻进时的动力学特性,基于振动学理论,建立考虑钻杆能量耗散的扭转冲击钻井系统力学模型,基于稳态钻进条件对力学模型求解,分析模型特征参数对冲击系统动力学特性的影响规律,最后通过扭转冲击工具的现场应用实例进一步验证扭转冲击钻井稳态钻进的提速效果。结果表明:高钻压低转速配合优选的PDC钻头有利于扭转冲击钻井稳态钻进;钻柱的阻尼和刚度分别有利于扭转切削运动和轴向钻进运动;钻头与岩石相互作用特征参数对扭转冲击钻井稳态钻进影响不明显。文安M井应用实例表明扭转冲击钻井稳态钻进可减缓PDC钻头磨损、显著提高机械钻速。     

基于改进蚁群算法的钻进参数优化

在钻井过程中,为了使钻进过程达到最优的技术和经济指标,需要选择合理的钻进参数。针对单目标钻进参数优化的局限性和不足,通过分析钻进参数之间的相互关系,综合考虑多个目标(如机械钻速最大、钻头寿命最长及钻头比能最小)建立一定约束条件下的多目标优化模型,实现最优的钻压-转速配合。采用改进的蚁群算法进行钻进参数优化,在具体的钻井实例中进行仿真,并将仿真结果与其他经典优化算法的结果进行对比分析。实验结果进一步证明了该模型和算法的有效性和实用性,为蚁群算法在钻进参数优化研究中的应用提供了理论依据。     

提高川东复杂地质深井超深井机械钻速的研究

针对川东高陡地质构造复杂,钻井中深井、超深井机械钻速低,建井周期长,钻井成本过高的问题,分析了川东地区钻井速度低的原因,介绍了岩石的各种性质,钻头选型依据以及如何评判钻头井下使用情况等方面的知识,阐述了合理使用钻头的方法,提出了在川东地区高陡构造地层中提高钻井速度的三种措施：（1） 采用以偏轴-钟摆钻具组合为主的钻井方式进行钻进;（2） 开展喷射钻井,促进机械钻速提高;（3） 开展水力加压器的应用。以期不断优化和强化钻进技术来提高钻井速度确保井身质量。     

水平井钻头上下倾钻进方向及位置的实时确定

确定钻头上下倾钻进方向及其在目标层中的位置是水平井地质导向钻井中的一个重要问题。介绍一种基于MWD和LWD测量信息实时确定水平井钻井中钻头上下倾钻进方向及其在目标层中位置的实用方法。该法从地质导向几何理论出发,根据井眼轨迹上相邻两点连线到水平线的夹角与地层倾角的关系有效地判断与调整钻头的上行下行钻进方向,同时通过求取钻头离目标层顶界的距离h或对比随钻测井曲线与邻井电缆测井曲线来确定钻头在目标层中的位置。将该法应用于XJMB油田3口水平井的实时钻井中,明显地提高了地质导向钻井的能力,取得了良好的随钻跟踪地质目标效果。     

不同钻井参数、不同磨损期PDC钻头岩屑分析

随着钻井工艺水平的不断提高PDC钻头受到广泛地应用，PDC钻头在提高钻井速度、降低钻井成本、增加经济效益的同时，却由于钻屑细小而给岩屑录井、钻时卡层等带来诸多困难。笔者根据在川西气田十余口井PDC钻头钻井的岩屑录井经验，总结出根据不同钻井参数条件下的PDC钻头使用期法来识别细小真实岩屑，从而提高PDC钻头钻进中的地层剖面恢复符合率。     

全断面钻井钻头结构的优化

在扼要介绍了近年来钻井法凿井方案的基础上，为了提高钻进效率，研究实施了全断面一次钻进的方法。在实际应用中其钻进效率并不高，本文就其原因进行分析，对全断面一次钻进钻头结构进行优化，提出了解决方案，为类似工程施工提供了成功的经验     

导向钻井有关力学特性的分析

通过对导向钻具复合钻进的力学特征及影响底部钻具组合的设计因素分析,指出导向钻具组合利用弯螺杆的力学特性可以一趟钻实现增降稳等多种功能,有助于提高钻井效率;由于螺杆弯角对钻头侧向力影响较大,需合理使用;在倾角较大区块应综合考虑钻柱自身及地层特性的影响,同时可利用导向钻具复合钻进特点设计井眼轨迹。     

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。     

复合钻井技术在BY地区的应用

复合钻井技术是转盘和井下动力钻具同时驱动钻头钻进的一种工作方式,是川东北地区海相地层提速的关键技术,现已形成较完善的钻井工艺配套体系。本文针对BY海相地层中复合钻井技术的应用情况进行总结,针对不能实施良好提速手段的井段,根据所钻地层岩石力学特征和可钻性情况,开展复合钻井技术试验和参数优化,现场施工效果表明该技术应用效果明显,能在很大程度上提高钻速。     

基于层次分析方法的PDC钻头选型

PDC钻头是随着PDC复合材料的发展而发展起来的一类新型钻井工具。在钻井施工过程中,为了提高钻进效率,降低成本,对PDC钻头进行选型研究是必要的。通过层次分析方法,建立PDC钻头分析目标层,影响因素准则层以及钻头型号方案层的关系,构造判断矩阵,建立优选模型。结合大庆中深井的钻井实际情况,基于中深井钻头数据库,进行钻头优选,得出大庆油田某地区中深井PDC钻头选型方案,并在实践中得以验证。     

基于遗传算法优化随机森林模型的机械钻速分类预测方法

为准确预测东部某油田机械钻速,在针对该油田某井机械钻速影响因素分析的基础上,根据现场经验对不同直径PDC钻头的机械钻速进行分级,运用随机森林算法、K近邻算法、支持向量机算法建立机械钻速分类预测模型,并运用遗传算法优化模型参数,得到了满足施工设计及现场作业需要的机械钻速分类预测方法。结果表明,运用遗传算法优化后的随机森林模型预测机械钻速分类准确率为82.1%,明显高于K近邻算法和支持向量机算法,该方法可指导该区块钻井施工参数优化,以提高钻井施工效益。     

川西中江区块水平井钻井技术

中江区块水平井具有地层稳定性差、轨迹控制难度大、压力系数高等特点。通过分析其地层特点和钻井难点,开展技术攻关和在江沙3-1HF、江沙24-1HF、江沙21-8HF等水平井的钻井实践,确定了该区块水平井直井段、定向段和水平段的钻井工艺技术,形成了中江区块水平井钻头优选、轨迹控制等工艺技术,为川西地区水平井的钻井提速奠定了良好基础。     

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.     

鄂北塔巴庙区块地层特征与可钻性探讨

通过对塔巴庙区块从第四纪到奥陶纪地层岩性、测井、PDC钻头在本区的可钻性以及本区气层特点等因素的分析,指出塔巴庙区块中生代地层成岩性差,PDC钻井速度快,泥岩易造浆,但要注意延长组下段较疏松砂岩中含砾对PDC钻头牙齿不利;上古生代地层成岩性较好,砂岩胶结致密,钻井时注意选择钻井参数,使用牙齿较小的钻头为宜.     

砂砾岩地层的岩石力学特性及钻头优化方法

 为了提高珠江口盆地含砾地层的钻井速度,对该油田的矿物组份及岩性进行了分析,开展了含砾地层的强度、可钻性和研磨性室内实验,弄清了该油田砂砾岩地层的岩石力学特性.根据地层的岩石力学特性和邻井钻头的使用效果,从聚晶金刚石复合片(PDC)钻头的复合片、冠部轮廓、布齿方式和水力结构等方面,对PDC钻头进行结构优化.优化后的新型PDC钻头进尺比普通PDC钻头提高131%以上,钻速提高82%以上,钻井成本每米减少28%.本文提出了考虑地层岩石力学特性、钻头使用效果和钻头综合性能相结合的优化方法,该方法简单有效.     

基于机械比能理论的钻井效率随钻评价及优化新方法

在原有破岩机械比能理论基础上,分析水力能量对破岩与井底净化起到的积极作用,建立水力参数条件下破岩比能模型,并完善相关理论。基于破岩比能模型与钻井参数和机械钻速的相互关系,通过分析钻进中井底工况,判断施加钻井参数的合理性,提出相应优化措施,并利用该模型预测机械钻速。结果表明:建立的破岩比能效率评价体系能够在钻前准确预测机械钻速、钻进中随钻诊断井底工况及优化参数、钻后优选钻头;该理论评价方法诊断准确率高、优化效果好且流程识别简单,具有良好的应用与推广价值。     

一种PDC钻头布齿算法

本文讨论一种复合片金刚石钻头的布齿算法,该方法的依据是等切削原理,即在钻进过程中复合片金刚石钻头每个齿的切削量相等或近似相等,可望获得各齿均匀负荷、延长钻头寿命、提高钻井效率的目的。文中结合工程实际、分析计算精度、生成工程数据表,最后由计算机实现计算和绘制钻头布齿图,具有一定的工程实用意义。     

梨树断陷区块旋冲钻井技术应用研究

中石化东北油气分公司梨树断陷区块在营城组、沙河组、火石岭地层可钻性差、岩性较致密、局部含砾严重,并且沙河子组局部层位岩石硬度达到7级,采用常规钻井技术,存在的问题牙轮钻头效率低,寿命短;各种型号PDC钻头试用后效果不理想,通过采用旋冲钻井技术平均机械钻速提高了3.25倍;钻井周期缩短,钻井综合成本大大降低。旋冲钻井技术是在常规旋转钻井的基础上,在钻头上方连接液动射流式冲击器,在常规旋转破岩的同时,冲击器内的冲锤对钻头施加高频冲击,通过冲击作用对钻头齿下岩石造成强应力集中,使岩石塑性降低,脆性增加,并迅速产生脆性破坏坑力,提高了破岩效率。