底部钻具组合参数设计的评价方法

考虑钻具的设计参数对钻进趋势的影响,提出了钻进趋势角的概念,以此作为底部钻具组合设计效果的评价指标。结合底部钻具的力学分析方法与钻头和地层各向异性理论,建立了一套钻具参数设计效果的评价方法。该方法可分析钻具结构参数、地层参数、钻井施工参数等对钻进趋势的影响规律,从而可以为适应不同井眼条件对钻具性能的要求,提供合适的钻具结构设计参数和操作参数。理论及应用研究表明:(1)钻头侧向力等于零的位置并不是钻具钻进趋势发生改变的位置;(2)如果稳定器位置安放合适,钻压也可以在一定范围内改变钻具的钻进趋势;(3)在直井防斜作业中,使用牙轮钻头比PDC钻头可以起到更好的防斜效果。     

“四合一”钻具在某水平井的应用

"四合一"钻具组合是把PDC钻头、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。该钻具组合首先在长庆油田和青海油田得到推广应用,但主要用于定向井的二开造斜中。本文介绍了该钻具组合在某水平段中的使用情况,为以后该工区的钻井施工提供借鉴。     

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。     

天然气井钻具失效分析

天然气井的钻具失效已逐渐成为制约钻井速度的突出矛盾,为彻底搞清楚钻具失效问题,对天然气井钻具失效情况进行了调查和统计,并进行了简要分析;在此基础上进行了不同结构的钻具组合试验,相应有了一定的效果,为今后进一步对钻具失效的分析和试验奠定了良好的基础。     

底部钻具组合参数设计的评价方法

考虑钻具的设计参数对钻进趋势的影响，提出了钻进趋势角的概念，以此作为底部钻具组合设计效果的评价指标。结合底部钻具的力学分析方法与钻头和地层各向异性理论，建立了一套钻具参数设计效果的评价方法。该方法可分析钻具结构参数、地层参数、钻井施工参数等对钻进趋势的影响规律，从而可以为适应不同井眼条件对钻具性能的要求，提供合适的钻具结构设计参数和操作参数。理论及应用研究表明：（1）钻头侧向力等于零的位置并不是钻具钻进趋势发生改变的位置；（2）如果稳定器位置安放合适，钻压也可以在一定范围内改变钻具的钻进趋势；（3）在直井防斜作业中，使用牙轮钻头比PDC钻头可以起到更好的防斜效果。     

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。     

通用下部钻具三维小挠度静力分析方法

为了更好地应用各种新钻具 ,建立了适用于对普通下部钻具、导向钻具、带偏心弯接头和柔性接头的下部钻具进行三维小挠度静力学分析的数学模型 ,包括 ( 1 )微分方程 ;( 2 )钻头、稳定器、弯角、变截面、切点和井壁的边界条件 ;( 3)钻头的侧向力和钻头转角 .给出了该模型的加权余量解 .用该方法编写的软件应用效果良好 .     

钻具连接螺纹副力学性能分析

本文通过对钻具螺纹副的力学性质分析,掌握了接头内外径大小对钻具抗纽强度的影响因素。通过增大螺纹升角和轴向拉力,可以有效降低钻具螺纹副初始拧卸力矩。在钻具加工过程中,改进零部件结构,完善钻具螺纹副技术工艺,合理分配螺纹副各齿圈承受的载荷以提高产品质量和安全性。     

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。     

非正常井眼对气体钻井下部钻具受力影响研究

提出了气体钻井中有井壁坍塌的非正常井眼下部钻具受力影响的研究,根据现场井眼坍塌形状,将该非正常井眼简化为椭圆截面的坍塌井眼,建立了下部钻具有限元分析的力学模型,开发了其有限元分析的ANSYS-APDL程序,可以方便地对钻具进行有限元力学分析。研究了4种非正常井眼情况下,下部钻具的受力情况,得到了钻具在坍塌井眼附近的变形位移、钻具弯矩、钻具内的应力分布大小以及钻头的偏转角等,为气体钻井坍塌井眼的井斜机理研究提供了研究方法和为其防斜打快提供了理论依据。     

空气冲旋钻井机械钻速仿真算法

钻井机械钻速预测是难题.以前,研究者们常根据现场数据或试验数据,用统计拟合分析方法得出机械钻速的经验或半经验关系式.这些经验或半经验公式包括一些很难确定的系数准确性和可靠性差.为此,作者结合三牙轮钻头有关的理论,建立了空气冲旋钻井钻头的真实数学模型、真实井底模型和钻头牙齿与井底岩石互作用模型,用计算机仿真方法预测出了空气冲旋钻井机械钻速.使用表明,该模型可靠,计算结果与实际机械钻速基本一致,研究成果可用于冲旋钻头改进、优化设计和钻井参数优选.     

贯通式气动潜孔锤反循环连续取样钻头的改进与优化

针对栾川钼矿复杂地层勘探中所遇到的反循环形成难和形成不彻底的状况,提出了贯通式反循环取样钻头的改进方案,并且进行了现场试验。试验表明,改进后的钻头具有反循环效率高,钻进速度快,岩矿心采取率达99%以上的特点。     

井下液压脉冲发生器工作特性仿真

井下液压脉冲发生器是一种可调制脉冲射流的井下提速工具,该装置的工作原理是利用井底钻柱振动能量,采用活塞激励的方式调制脉冲射流,基于该装置工作原理,利用Matlab环境下的Simulink系统建立装置工作状态下的仿真模型,对装置的工作特性进行仿真分析。结果表明:装置调制脉冲射流的压力变化值与装置内柱塞运动规律密切相关,装置产生的脉冲压力幅值随钻头压降的增大而增大,但增长幅度逐渐变缓,随钻井液流量的增加呈线性减小趋势,随钻压的增大而增大,随转速的升高而增大,合理选取钻进参数有助于装置工作性能的进一步提升。     

准噶尔南缘深井机械比能分析与钻井参数优化

准噶尔盆地南缘深部地层具有埋藏深、岩石抗压强度高、可钻性差等特点,导致复杂情况多、钻井周期长,单井平均钻井周期335 d,深部地层平均机械钻速在2 m/h以下,提高机械钻速是南缘深部地层钻井的迫切需求和巨大挑战。针对南缘深部地层复杂条件,建立井口载荷与钻头载荷之间的关系,分析螺杆钻具输出特性,推导复合钻井机械比能模型。以HT1井五开ϕ190.5 mm井段实钻数据为基础,针对不同地层分析南缘深部地层机械比能与机械钻速之间的关系,优选钻井方式,确定合理的钻井参数范围。机械比能分析表明,连木沁组对转速不敏感,推荐采用常规钻井方式并适当增加钻压;胜金口组和呼图壁河组推荐采用复合钻井,适当提高钻压;清水河组和喀拉扎组扭冲提速效果不明显,建议尝试新型提速工具,考虑尝试高钻压、适当转速的参数组合。研究结果可为后续南缘深部地层提高钻速提供参考。     

美国页岩气水平井水基钻井液研究与应用进展

 水平井钻井是推动美国页岩气大规模开发的核心技术之一,美国在页岩气水平井初期使用油基钻井液成功钻探页岩水平井。迫于油基钻井液环保和成本高的压力,美国对页岩气水平井水基钻井液进行了研究并推广应用。介绍了美国典型的3个页岩气区块水基钻井液研究情况。Haynesville地区选用更接近井下环境1.38 MPa分压的CO₂侵、12%低密度固相污染和204℃、48 h条件评价钻井液抗污染能力;通过模拟钻井液流入、井底静止和流出过程中井温和压力变化的新方法测试钻井液在井眼中的流变性。而Fayetteville和Barnett地区采用扫描电子显微镜（SEM）分析浸泡后岩石的形貌研究钻井液与岩石的作用机理,进而研究水基钻井液配方。Haynesville地区现场应用时,在CO₂侵和井底204℃高温条件下,机械钻速比使用油基钻井液的邻井提高8.5%;Fayetteville和Barnett地区应用钠米硅醇封堵水基钻井液时,滑动钻速分别是9.2~15.4 m/h和7.4~24.6 m/h,复合钻钻速30.8~77.0 m/h。     

气体连续循环钻井技术在博孜区块砾石层的应用

博孜区块上部地层发育着近5 000 m厚的砾石层，砾石层硬度大、可钻性差，导致了上部大尺寸井眼常规钻井机械钻速低、钻井周期长，近年来尝试了多种提速工具、工艺技术，效果都不理想。为此，进行了气体连续循环钻井技术研究，设计了气体连续循环钻井技术方案，制定了井斜控制、沉砂清理等工艺技术措施，形成了适合巨厚砾石层地质特征的气体连续循环钻井工艺技术，并开展了6口井、9井次现场应用，显著提高了机械钻速，缩短了钻井周期，较大节省了钻井成本。气体连续循环钻井技术克服了沉砂30 m以上无法接立柱的困难，有效延长了微出水地层气体钻井进尺，将最大井斜控制在5°的安全范围内，未影响后期技术套管下入及完井改造工艺实施。气体连续循环钻井技术正在成为博孜区块巨厚砾石层钻井提速提效的一项关键技术，它为博孜-大北区块万亿方产能建设目标提供了有力的技术支撑。     

巴什托构造井身结构优化设计研究

巴什托构造是巴麦地区主要勘探区块之一。该构造工程地质条件复杂,多套压力系统并存,前期探井多采用的四层次井身结构设计方案,在实施过程中常有涌、卡等井下复杂情况的发生,明显减缓了钻井速度,增加了钻井成本。在已钻探井的基础上,通过对邻井地层岩性、测井和实钻资料进行统计分析,以BX井为例,对此构造的地层岩石力学参数进行了分析研究。优选地层压力预测方法并建立了其地层压力剖面和安全钻井液密度窗口,结合地层岩性条件综合提出了改进后的五层次井身结构设计方案,并进行了优选和对比分析。通过实钻资料对比,改进后的井身结构更为合理,能够避免下部井段易卡的复杂情况的发生。后续施工的三口井均采用了优化后的井身结构设计方案,取得了良好的效果,减少了井下复杂事故的发生,节约了钻井成本,提高了钻速。     

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.     

气体钻井井下燃爆分析

与常规钻井相比,气体钻井在提高机械钻速、发现和保护油气藏等方面优势明显,由于负压钻进时,地层流体极易进入井筒,地层产出的可燃气体和氧气混合后具有燃烧、爆炸的潜在危险,容易发生严重的灾害性事故,在气体钻井应用中往往需要充分预测和评估钻遇气层的危险程度并提前采取应对措施。结合气体钻井实际施工情况,简要介绍了气体钻井过程中井下燃爆方面的研究进展,分析了气体钻井过程中可燃气体发生燃爆的条件。并从混合可燃气体组成、温度、压力,以及惰性气体含量等几个方面,展开论述了爆炸极限的主要影响因素。依据经验公式计算了某井气体钻井过程中可燃气体爆炸极限的变化情况,得出可燃气体下限值随井深增加略有减小,可燃气体上限值随井深增加明显增大的结论。结合该井实际施工情况,验证了计算的可靠性,可以看出氮气钻井过程中的氧含量安全范围很窄（2.43%4.20%）。     

气体钻井井下燃爆界限计算模型

为明确气体钻井过程中引发井下燃爆的原因,确定井下混合气的燃爆界限,根据现行气体钻井施工规范及现场从业经验,归纳出气体钻井施工时环空不畅或封闭、钻具与地层岩石的摩擦生热、钻头破岩产生火花是引发燃爆的原因,并结合燃烧与爆炸学理论知识从引燃方式入手,建立了以热自燃、热板点火、热球点火和火花点火为引燃能量表现形式的燃爆界限计算模型。以A井施工为例,该模型可根据钻井参数变化动态计算不同井段的燃爆界限,为及时调整钻井方案,防控井下燃爆事故提供了依托。