定向钻井PDC钻头三维钻速预测方法

综合考虑PDC钻头的切削作用、钻具组合的力学作用和地层岩石可钻性各向异性,根据钻头力平衡原理,建立一种新的PDC钻头三维钻速预测方法。在钻头瞬态力平衡计算中,不仅考虑钻具组合的力学作用,还考虑钻头冠部的侧向不平衡力和保径受力对PDC钻头切削作用的影响。结果表明:井眼轨迹的预测结果与实测结果有较高的吻合度,说明方法合理;根据具体的钻头结构参数和地层可钻性各向异性,通过数值计算可获得钻头的轴向和侧向钻速,不需要取得地层法向钻进效率;在钻头瞬态力平衡计算中,钻头侧向不平衡力过大将增大井眼轨迹控制的难度,对PDC钻头布齿参数的进行优化设计可以减小钻头的侧向不平衡力,进而减小钻头漂移角和工具面变化范围,增强井眼轨迹控制能力。     

模拟地层条件的岩石抗钻特性

可钻性级值及单轴抗压强度不能全面、客观分析地层条件下岩石抗钻特性,而利用三轴抗压强度指导钻头选型及钻速预测又受到缺乏连续地层强度特性剖面的制约。针对这一问题,基于模拟地层条件的三轴抗压强度实验、波速实验及微钻头可钻性实验,通过多元回归分析,分别建立了三轴抗压强度、可钻性级值多因素关系模型。在此基础上,利用测井资料建立了抗钻特性参数连续剖面,揭示了抗压强度分层规律。俄罗斯远东鄂霍次克海域V区块实例研究表明:以三轴抗压强度为基础的PDC钻头优化设计取得了钻井提速显著、钻头寿命明显延长的综合效果。     

利用岩屑波速随钻检测地层可钻性及优选钻头类型

研制了随钻测量钻井岩屑声波速度的便携式钻屑波速测试系统,并对岩屑波速进行了测试,建立了岩屑波速与可钻性级值的关系模型。利用该模型,可随钻标定地层的可钻性级值。对数百只钻头的使用资料进行了统计分析,建立了钻头类型与地层可钻性级值的对应关系。根据地层可钻性的随钻标定结果及变化趋势,利用钻头类型与地层可钻性级值的对应关系,即可优选出适合于待钻井段的钻头类型。在DW 1井上进行了钻头优选现场试验,证明该方法是有效的。     

利用岩屑波速随钻检测地层可钻性及优选钻头类型

研制了随钻测量钻井岩屑声波速度的便携式钻屑波速测试系统，并对岩屑波速进行了测试，建立了岩屑波速与可钻性级值的关系模型。利用该模型，可随钻标定地层的可钻性级值。对数百只钻头的使用资料进行了统计分析，建立了钻头类型与地层可钻性级值的对应关系。根据地层可钻性的随钻标定结果及变化趋势，利用钻头类型与地层可钻性级值的对应关系，即可优选出适合于待钻井段的钻头类型。在DW-1井上进行了钻头优选现场试验，证明该方法是有效的。     

定北深井小井眼钻井技术研究

定北深井小井眼三开井段钻遇奥陶系、寒武系、前古生界,下部地层以石英砂岩居多,可钻性差。定8井实钻资料表明,三牙轮钻头、PDC钻头、巴拉斯钻头、单牙轮钻头与地层不匹配,天然金刚石钻头有望解决该问题。现场采用柔性钻具防斜,或PDC钻头吊打防斜,并加强井斜监测,能够有效控制井斜,还可以提高机械钻速。     

岩石可钻性数据的处理方法——中位数法

一、概况 岩石可钻性是岩石被钻穿的难易程度,表现了岩石在钻井过程中的一种综合性质,由于这种性质是用与实际钻井原理相似的微型钻头试验得出来的,对实际工作具有相当的参考价值。根据岩石可钻性对所钻地层进行分级分类工作,便可作为实际工作中选用钻头类型,制定技术定额等提供地质依据。国外有的厂家已将微钻速直接用于初选钻头,予测钻头工作指标与估计成本等方面。根据我国各油田岩心试验结果的统计分析,发现岩石可钻性服从     

岩芯微钻头试验放大用于钻速预测

为了配合应用岩石可钻性预测钻速的研究工作,提出了利用经济简便的微型钻头试验方法。在地层岩芯上钻孔收集图板资料,确定地层可钻性,归纳成钻速方程,绘制成岩芯图板。 本文通过对国外文献资料的剖析,找到将岩芯图板放大的方法。该法是确定岩芯图板的交点,求出大小图板钻速钻压之间的比例关系,从而得到大图板的预测方程及图板。根据中原油田部分岩芯的可钻性及变钻压试验数据所表现的岩芯图板因岩石种类少而交点位置变动性大的现象,提出了岩芯图板交点选定的原则,为制作图板提供依据。最后推荐了中原油田钻速预测方程及图板,预计经过现场资料和试验修正后可供设计使用。     

岩石可钻性钻速模式研究

地层是钻井工程最直接的研究对象,地层是影响钻速的最重要因素。本文主要讨论如何寻求地层可钻性钻速模式。试验与计算结果表明,在标准化条件下,方程V=bw~a的系数a、b主要受地层的微可钻性级值的影响,它们都是可钻性级值Kd的函数,且这种函数有区域性。通过对地质单元上的a、b值变化规律的研究求出了五个油田统一的可钻性钻速模式。     

岩石可钻性能量法现场实验研究

本文介绍了岩石可钻性能全法在油田现场实脸研究的成果:确定其可钻性指标凡对地层的适用范围,证明K指标比其他可钻性指标能更容易、史好地反映出井下实际地层可钻性变化情无,用K指标预浏钻速与实际钻速接近.     

实钻条件下破碎能耗的分形评价方法

为了分析实钻过程中钻头破碎岩石能量,将钻进参数、水力参数、岩屑粒度与破碎能耗结合起来建立实钻条件下岩石破碎能耗的分形模型,并应用该模型对大庆徐家围子火山岩地层徐深31井的岩石破碎能耗进行计算分析.结果表明:该模型既能用来计算和评价实钻过程中井底岩石的抗破碎能力,又可作为优选钻进参数和钻头选型的依据;岩石破碎能耗参数与传统静态的岩石可钻性参数有本质区别,岩石破碎能耗参数既与地层内岩石的自身属性有关,又与钻井的破岩条件和钻进措施有关,反映的是实际钻井条件下的岩石抗破碎能力;过平衡钻进的压井工艺能大幅度限制实际钻速;深部地层岩石的较高硬度和可钻性级值均能降低钻速,但降低幅度不大,真正大幅降低钻速的是井底压力环境.     

井底牙轮钻头的钻速方程及现场应用

以岩石侵入理论为基础,在考虑井底压力的条件下,建立牙轮钻头的钻速模型。结果表明:在地层由软、中硬到硬地层过渡过程中,钻速方程能够解释不同破岩方式下牙轮钻头的机械钻速问题;随着刃尖角的增大,锥形齿和楔形齿的牙齿侵深都呈指数递减趋势;随着井眼内钻井液柱压力的增大,侵入深度呈指数递减趋势,其中锥形齿递减趋势大于楔形齿;模型理论钻速计算结果与实际钻速数据接近,最小欧式距离为25.8。     

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。     

气体钻井牙轮钻头井底流场特性分析

基于CFD 技术,通过建立井底流场计算模型,运用数值模拟的手段,对气体钻井的三牙轮钻头井底流场进行
了数值模拟,并分析了喷嘴侧倾角、前倾角和后倾角对井底流场的影响。结果表明：三喷嘴不同侧倾角设置比相同侧
倾角设置更利于井底清岩;三喷嘴复合前倾角比复合后倾角的井底清岩能力更强,但对牙轮切削结构的清洗效果较
差;在不改变气体排量的情况下,通过三喷嘴混合复合前倾角和后倾角的方式,可以在保证一个相对较好的井底清岩
能力的情况下,提高射流对牙轮切削结构的清洗能力和环空的携岩能力。分析结果为气体钻井系列牙轮钻头的设计、
评价以及现场气体钻井的技术措施提供了理论指导。     

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。     

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。     

钻柱纵向振动模型的建立及求解方法

在牙轮钻头与井底岩石互作用模型的基础之上,将钻头在井底作纵向往复运动的位移作为钻柱纵向振动的下端边界条件,在适当简化的条件下,利用弹性杆理论和单元法建立了钻柱在钻井过程中由于钻头与岩石互作用及钻柱的弹性变形而导致钻柱产生纵向振动的动力学模型在给定初始条件和边界条件的情况下,采用数值计算方法求解了钻柱纵振模型。为进一步弄清钻头、钻柱在钻井过程中的实际运动规律和动力学性能,改进钻头、钻柱的设计方法,预防钻头、钻柱早期失效奠定了基础。     

盾构机复合岩土层掘进刀盘弯矩特性分析

针对盾构机在掘进过程中上软下硬的复合地质结构,建立了其刀盘截面圆模型,基于单个切削刀和盘形滚刀的切削机制,建立了复合岩土层掘进时刀盘平面内总弯矩分析模型,分析了与刀盘接触的撑子面内,不同软土面积分数的复合地质条件下,刀盘旋转掘进过程中的弯矩动态特性.结果表明:刀盘平面内2个方向的弯矩与刀盘旋转角分别呈正弦和余弦曲线关系;弯矩波动振幅随撑子面内软土面积分数的增加而降低;当刀盘截面圆内软土面积分数为50%时,其弯矩最大.     

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。     

地层力计算新模型

定量计算钻头与地层之间的作用力对井眼轨迹控制具有重要意义。由三维钻速方程出发，根据钻头合位移方向即为其运动方向的思想，推导出了计算地层力的新模型。该模型综合考虑了地层和钻头的各向异性以及钻头转角的影响，它不受稳斜稳方位条件的限制，是现有地层力模型的补充和扩展。研究结果表明，钻头各向异性和钻头转角对地层力均有影响，把钻头当作各向同性处理时，计算出的地层力比实际钻头条件下要小；在井眼方位和地层下倾方位之间夹角不同条件下，不考虑钻头转角的影响，地层力会略高或略低于考虑转角的情况。由于钻头转角对地层力的影响很小，计算地层力时可以忽略。     

光钻铤大钻压防斜技术在徐家围子深井的应用

大庆徐家围子深井具有地层硬、倾角大（最大可以达30?）等特点易井斜,采取轻压吊打的方法严重影响钻进效率,延长钻井周期。为了提高效率,该地区采用了光钻铤大钻压防斜打快技术,实践证明,光钻铤钻具组合在大庆徐家围子深井钻井中可提高机械钻速20%以上、延长钻头寿命30%以上、纠正井斜。本文通过对光钻铤钻具组合防斜打快机理进行分析,建立其运动学模型和动力学模型,推导出钻头侧向力求解公式,得出光钻铤大钻压防斜打快技术的原理及其适用性。