长庆姬塬油田定向井下部钻具组合研究

"四合一"钻具是把PDC、单弯螺杆、短钻铤和稳定器四种工具合并运用的一种定向井钻具。它的应用改变了以往定向后强增斜的轨迹控制思路,既利用了单弯螺杆的滑动可调能力,又具备了双稳定器刚性结构的稳斜稳方位性能,还充分发挥了PDC的快速钻进优势,因而能够满足直井段防斜、定向造斜、复合稳斜稳方位钻进、稳斜段轨迹调整控制要求,成功实现二开"一趟钻"完钻,把姬塬油田定向井技术推上了规模化提速的快车道。     

苏里格丛式井的快速钻井配套技术

为了解决制约定向井钻井速度提升的瓶颈问题,从优化剖面设计、二开后使用“四合一”钻具、斜井段钻具组合的优选、轨迹控制以及PDC钻头的选型等方面着手,通过现场的实践、摸索、总结,研究出了一套提高苏里格丛式井钻井速度的配套技术,取得了良好的经济效益和社会效益。     

官H1中半径水平井井眼轨迹的控制

在进行了大量的下部钻具组合特性分析和钻头钻进规律研究的基础上，研制了定向井与水平井井眼轨迹控制分析系统。该分析系统在大港官Ｈ１井首次现场应用，取得了令人满意的结果，本文还对水平井井眼轨迹控制中可能出现的问题，提出了相应解决方案。     

姬塬油田长8油藏高效钻井技术

姬塬油田采用的由PDC钻头＋单弯螺杆＋短钻铤＋扶正器组成的＂四合一＂钻具组合,具有提高造斜点,缓增斜稳方位,从而延长复合钻进井段,减少滑动调整等优点,大幅度提高了丛式定向井井眼轨迹控制能力和防碰绕障能力。使用这种钻具组合可一次性完成直井段、定向造斜段、增斜段、稳斜段的钻井作业,实现了使用一只钻头、一套钻具组合、一趟起下钻打完一口井的高效钻井。同时对钻井液和完井液体系做了改进：浅表层钻井液以防漏为主。二开钻井液以防塌为主。在打开主力油层前50m将聚合物钻井液预转化为低固相分散型钻井液。在打口袋或者完钻循环时,使用适量CMC,SM-1,RSD-4,白土配制稠浆清扫井底,之后按照特定配方整体处理钻井液。     

官H_1中半径水平井井眼轨迹的控制

在进行了大量的下部钻具组合特性分析和钻头钻进规律研究的基础上，研制了定向井与水平井井眼轨迹控制分析系统（ＤＨｓ）．该分析系统在大港官Ｈ＿１井首次现场应用，取得了令人满意的结果．本文还对水平井井眼轨迹控制中可能出现的问题，提出了相应解决方案．     

整体钻柱的受力与变形分析

利用有限单元法，建立了整体钻柱的受力与变形分析模式。用这一模式计算了一口水平井在其增斜段钻柱全长的受力与变形，对钻柱全长的受力与变形分析结果与仅取下部钻具组合时的分析结果进行了对比．算例表明，整体钻柱的受力分析结果是合理的。首次计算出实际井眼中钻柱整体的受力与变形状况，对于合理设计定向井或水平井的钻柱与下部钻具组合有一定的参考价值。该方法同样适用于对套管柱进行受力与变形分析。     

二维定向井轨道优化设计及实例研究

通过对二维定向井轨迹影响因素(井轨迹曲线参数)的分析,建立了考虑下部钻具组合特性、轨迹曲线参数、地质要求等因素,以最短井轨迹曲线长为目标的二维井轨道非线性规划模型.根据目标函数及可行域的性质,采用均匀设计法选择初始点,构建了模型求解算法.根据算法研制的软件对二维定向井的十余种常见剖面类型均能很快给出最优设计,提高了剖面设计的灵活性及计算速度和精度,较大程度地满足了工程上的需要.     

四合一快速钻井在镇泾油田的应用

介绍了"四合一"钻井技术,基于现场应用,指出该技术具备塔式钟摆的防斜性能、多稳定器结构稳斜稳方位能力、复合钻井的滑动可调性、PDC钻头的快速钻进等综合优势,是钻井提速的有效钻具组合.     

底部钻具组合造斜率预测新方法

基于钻头与地层相互作用模型及钻进趋势评价指标,提出一种底部钻具组合造斜率预测的新方法——平衡趋势法,认为底部钻具组合的造斜率应与钻进趋势角为零时的井眼曲率相等。结合钻具组合受力分析模型和钻头与地层相互作用模型,推导出钻进趋势角的计算表达式,建立平衡趋势法求解底部钻具组合造斜率的计算方法。实例验证表明,该方法具有较高的计算精度,能够实现钻头和地层的各向异性、地层倾角及倾向等各种因素对底部钻具组合造斜率的定量评价,为今后底部钻具结构的合理配置以及钻井参数的优选提供有力的理论依据和分析手段。     

二维定向井轨道优化设计及实例研究

通过对二维定向井轨迹影响因素(井轨迹曲线参数)的分析,建立了考虑下部钻具组合特性、轨迹曲线参数、地质要求等因素,以最短井轨迹曲线长为目标的二维井轨道非线性规划模型．根据目标函数及可行域的性质,采用均匀设计法选择初始点,构建了模型求解算法．根据算法研制的软件对二维定向井的十余种常见剖面类型均能很快给出最优设计,提高了剖面设计的灵活性及计算速度和精度,较大程度地满足了工程上的需要．     

整体钻柱的受力与变形分析

利用有限单元法，建立了整体钻柱的受力与变形分析模式，用这一模式计算了一口水平井在其增斜段钻柱全长的受力与变形，对钻柱全长的受力与变形分析结果与仅取下部钻具组织时的分析结果进行了对比，算例表明，整体钻柱的受力分析结果是合理的，首次计算出实际井眼中钻柱整体的受力与变形状况，对于合理设计定向井或水平井的钻柱与下部钻具组合有一定的参考价值，该方法同样适应于套管柱进行受力与变形分析。     

陕北油田钻具失效原因分析及对策研究

统计资料表明，陕北油田钻具失效的主要原因是钻具在井下承受的交变应力较大。从钻具、钻压和转盘转速、钻井液性能等方面优选了适合该地区安全钻进的钻具组合和工艺技术，从而降低了钻具失效事故的发生。     

气体钻水平井稳定器安放位置与井斜控制研究

针对XS–001H 气体钻井水平井段的井眼轨迹控制问题,建立了全井段水平井井斜控制的有限元模型,该有限元模型可以任意调整水平段钻具组合参数和稳定器的安放位置来进行井斜控制的力学机理研究。重点研究了钻铤钻具组合、无磁抗压缩钻杆钻具组合、稳定器不同安放位置与井斜控制的力学机理和关系,并得到了相应钻具组合下,钻头侧向力与稳定器间距的定量关系曲线,不同钻具组合在水平段的最大挠度与稳定器的变化关系曲线,这些结果为气体钻水平井段的井斜控制提供了定量的理论数据,并得到了现场应用。     

倒装钟摆钻具组合设计方法

倒装钟摆钻具组合是一种新型的直井防斜钻具组合,在小井斜角高钻压下表现出了较好的防斜特性。以311.5mm井眼为例对倒装钟摆钻具组合的设计方法进行了研究。通过对稳定器上下钻铤尺寸搭配以及不同钟摆长度的分析可知,适当增加稳定器以上钻铤尺寸,降低稳定器以下钻铤尺寸以及增加稳定器与钻头之间钻铤的长度将有助于提高倒装钟摆钻具组合的防斜能力。倒装钟摆钻具组合设计时,在钻头与稳定器之间的钻铤不与井壁接触的前提下,应该使设计的钻具组合得到尽量大的钻头转角。研究为倒装钟摆钻具组合的优化设计提供依据。     

下部钻具组合的特性分析

下部钻具组合的型式是影响井眼轨迹的重要因素之一。本文应用有限单元法,对下部钻具组合进行二维及三维静力分析,编制了相应的计算机程序。对下部钻县组合的工作特性进行了全面的分析。计算出了两种规格(12 1/4″井眼中的8″钻铤及8 1/2″井眼中的6 1/4″钻铤)、三种(一个、两个及三个扶正器)钻具组合的各种特性曲线,并从中优选出一些性能较好的钻具组合。文中还推荐出两种规格各九种型式性能较好的钻具组合,供定向钻井部门参考使用。     

偏轴钻具组合防斜效果的实验室评价

运用底部钻具组合运动状态模拟实验装置,在实验室内评价了偏轴钻具组合的防斜效果。根据钻头与地层相互作用模型,提出了以井斜趋势角为指标的综合评价方法,利用模拟实验数据对直径为311mm井眼中4种偏轴钻具组合的防斜效果进行了评价。结果表明,井斜趋势角可以作为综合评价钻具组合防斜效果的指标;使用扶正器可以提高偏轴钻具组合的防斜效果。     

预弯曲钻具组合在软硬交错地层的应用

油气井的防斜打快问题是石油钻井面临的一大难题。川西地区中浅部地层岩性软硬交错程度显著,导致钻井易井斜的问题,前期主要通过国外垂钻系统解决该问题,钻井成本高。预弯曲钻具组合是一种低成本防斜打直技术,但是在软硬交错地层的应用尚缺乏科学的适用性评价方法。提出了一种考虑地层软硬交错特征及地层倾角影响的易斜地层预弯曲钻具选择方法,实现了软硬交错地层的造斜力计算,进而选择能提供相当防斜力的预弯曲钻具组合进行防斜应用。分析结果表明,在川西地区,地层倾角小于25°、软硬交错指数小于3时,预弯曲钻具组合可以提供足够的防斜力。应用该技术进行了现场应用,预弯曲钻具组合取得了较好的防斜提速效果,证明这种评价方法力学原理明确,模型准确可靠,应用简单,可以为软硬交错易斜地层低成本防斜打快技术提供可靠参考。     

偏心钻头底部钻具组合稳定器的适宜安放位置研究

采用静力分析的方法 ,建立了偏心钻头底部钻具组合的力学模型 ,并对力学模型进行了求解。对单稳定器及双稳定器钻具组合的力学分析结果表明 ,在设计钻具组合的稳定器位置时 ,应该以偏心块位于上方时计算的稳定器与钻头的最小距离为参考值。在钻具组合设计过程中最好使用钻压分配比一定且该值较小的钻头。采用双稳定器钻具组合时 ,钻头侧向力大于零的下稳定器与钻头的最小距离比单独采用一个稳定器时要小 ,且下稳定器位置的变化对钻头侧向力的影响要比上稳定器大得多。因此 ,在钻具组合的设计过程中对下稳定器安放位置的要求应该比上稳定器更为严格。     

偏轴钻具组合防斜效果的实验室评价

运用底部钻具组合运动状态模拟实验装置，在实验室内评价了偏轴钻具组合的防斜效果。根据钻头与地层相互作用模型，提出了以井斜趋势角为指标的综合评价方法，利用模拟实验数据对直径为311mm井眼中4种偏轴钻具组合的防斜效果进行了评价。结果表明，井斜趋势角可以作为综合评价钻具组合防斜效果的指标；使用扶正器可以提高偏轴钻具组合的防斜效果。     

偏心钻头底部钻具组合稳定器的适宜安放位置研究

采用静力分析的方法，建立了偏心钻头底部钻具组合的力学模型，并对力学模型进行了求解。对单稳定器及双稳定器钻具组合的力学分析结果表明，在设计钻具组合的稳定器位置时，应该以偏心块位于上方时计算的稳定器与钻头的最小距离为参考值。在钻具组合设计过程中最好使用钻压分配比一定且该值较小的钻头。采用双稳定器钻具组合时，钻头侧向力大于零的下稳定器与钻头的最小距离比单独采用一个稳定器时要小，且下稳定器位置的变化对钻头侧向力的影响要比上稳定器大得多。因此，在钻具组合的设计过程中对下稳定器安放位置的要求应该比上稳定器更为严格。