浅谈滑动导向钻井过程中钻具的选择与配置

对滑动导向钻井过程中常用钻具在使用过程中表现出的特点进行了总结,得出牙轮钻头造斜效果较好,定向施工过程中工具面稳定,PDC钻头造斜效果相对较差,工具面不易稳定,且稳斜过程方位飘动严重;动力钻具上部及本体的稳定器关系到造斜效果、稳斜效果及钻进摩阻,配置时需要根据现场条件进行选择;在能满足造斜率要求的情况下,一般应尽量使用弯角较小的动力钻具;无磁钻铤应尽量安装在靠近钻头位置的结论.     

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。     

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。     

随钻扩眼钻井钻进趋势影响因素

以钻进趋势角作为评价指标,对使用随钻扩眼工具进行钻进时的钻进趋势进行了分析.结果表明:对于偏心扩眼钻头,钻压分配比在一定条件下能够改变钻具的钻进趋势,因此在钻具组合设计中不能按照常规钻头来对待;对于钻具组合设计,将扩眼体位于井眼高边时是否满足防斜要求作为设计依据;对于独立结构扩眼器,钻压分配比的变化通常对钻具钻进趋势的影响较小,独立结构扩眼器的防斜主要依赖于领眼钻头与扩眼器之间稳定器位置的调节.     

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。     

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.     

下部钻具组合分析的有限差分方法

讨论了下部钻具组合分析的基本假设、基本方程和相应的边界条件.建立了求解下部钻具组合控制方程的有限差分方程,编制了相应的计算机程序.给出了钻柱和井壁的接触问题、稳定器问题和上切点问题的处理方法.通过计算结果,分析了降斜、增斜和稳斜三种典型钻具组合的钻头侧向力与钻压、井斜角、井斜曲率和方位曲率的关系,以及典型的钻柱弹性线示例.     

偏轴钟摆钻具组合力学特性分析

运用纵横弯曲连续梁理论和达朗伯原理 ,建立了偏轴钟摆钻具组合动力学分析模型。该模型能够用于求解钻头处的侧向力和转角以及偏轴接头处的侧向力 ,以评价钻具组合的防斜 (纠斜 )能力和偏轴接头附近的偏磨程度。计算结果表明 ,适当降低钻压或提高转速 ,有利于纠斜 ;增加偏轴接头偏心距或将偏轴接头位置上移 ,有利于纠斜 ,但不利于控制钻铤 (或接头 )偏磨 ;扶正器位置上移基本上不利于纠斜 ,也不利于控制钻铤 (或接头 )偏磨 ;偏轴接头处存在较大的接触力时 ,适当调整钻井参数或钻具结构能够避免或减轻钻铤偏磨     

推靠式旋转导向井眼轨迹预测与控制方法

旋转导向钻井系统是现代导向钻井技术的发展方向。通过导向机构调节导向参数来预测和控制井眼轨迹,是旋转导向钻井系统的关键技术之一。为解决推靠式旋转导向钻具的导向力和工具面角对井眼轨道的控制问题,对导向力分别在井斜平面和方位平面进行解耦;并应用了纵横弯曲理论建立了底部钻具组合三维力学分析模型,得出了导向参数与钻头侧向力和转角的定量关系。在考虑钻头和地层的各向异性因素的影响下,利用在UPC模型基础上提出的有效钻力的概念,通过计算钻头有效钻力来预测实钻过程中的钻进趋势。在此理论基础上,计算了按设计的井眼轨道钻进所需要的导向参数,并讨论了井眼轨迹参数、钻压、钻头各向异性参数和地层参数对钻具导向性能的影响;分析了其中的规律,并得出只有综合考虑上述各项因素,才能准确计算出导向参数,确保钻头沿设计轨迹钻进,也为旋转导向井眼轨迹控制提供了理论依据。     

连续管钻小井眼水平井水力学分析

水力学分析是连续管钻井的重要内容。建立了连续管钻水平井水力学计算方法并对其规律进行了分析,结果表明:连续管弯曲会增加压耗,增加幅度随排量增加而增大。推荐现场采用50.8 mm和60.3 mm直径的连续油管进行钻井。从控制环空压耗(ECD)角度考虑,建议连续管钻井设计时应使连续管外径与井径比小于0.5;偏心使环空压耗减小,环空尺寸越小,偏心的影响越明显。岩屑床使环空压耗梯度增加,岩屑床高度越大,增加幅度越大。常规钻井时随测深增加,泵压逐渐增加,而连续管钻进时泵压基本保持不变,甚至在某些情况下还会略有减小。     

井下可控变径稳定器工作机理及力学分析

石油钻井井眼轨迹控制是当今世界性技术难题之一,旋转导向钻井工具可控制井眼轨迹,但日租费昂贵,使用变径稳定器可有效解决该问题。针对目前国内可变径稳定器结构复杂、制造成本高等问题,设计了井下可控变径稳定器,详细介绍了工具的结构组成和工作原理。利用CAE技术对其关键部件进行力学分析;并利用CFD技术计算工具在三种工位时过流压降。综合考虑可变径稳定器受钻井液驱动力、节流套筒及导向体阻力、弹簧弹力等因素,对可调整支撑块进行力学分析,推导出可变径稳定器所受液压压降与工具直径的计算公式,同时实验论证该公式的合理性。该工具与防磨工具配套使用在钻井时可减少钻井时长,大大缩短钻井周期,降低钻井成本。     

硅酸盐-硫铝酸盐水泥基护壁堵漏材料的研制

针对复杂地层钻探护壁堵漏技术难题,研制了一种硅酸盐-硫铝酸盐水泥基护壁堵漏材料。首先,分别对掺加外加剂的硅酸盐复合水泥、硫铝酸盐水泥的主要技术指标进行试验研究,在此基础上,按不同比例对两种不同系列的水泥进行复合,对复合浆液的流动度、可泵期、凝结时间以及强度等主要技术指标开展试验研究,并结合水化热与扫描电镜分析对其水化硬化过程进行探讨,揭示硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥的水化协同效应。研究成果表明,利用硅酸盐-硫铝酸盐水泥水化协同效应可为解决松散破碎、陡倾宽缝以及动水冲蚀等复杂地层的护壁堵漏技术难题提供新的思路和解决方案。     

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。     

钻井液类型对井壁稳定的影响实例与防塌机理分析

针对东海油气田N区块钻井过程中易发生井壁坍塌的问题,通过梳理分析N5区块及周边构造三口探井地质条件、地层特性、测井数据,基于地质力学与岩石力学基本原理计算了井壁坍塌压力;并对使用水基钻井液和油基钻井液的钻井工况进行对比。研究发现在钻井液密度高于坍塌压力的情况下,使用密度相对较低的油基钻井液即能够保持井壁稳定,无阻卡等复杂问题。使用水基钻井液钻井,则部分泥页岩井段井径扩大,起下钻明显阻卡,处理复杂问题耗时较长。分析主要原因,在于油基钻井液能够降低泥页岩水化程度,减缓钻井液向微裂隙中的渗流,抑制微裂隙扩展,提高钻井液对井壁的有效支撑作用。因此,在东海油气田复杂泥页岩地层钻井中,使用油基钻井液能够更好地保持井壁稳定,避免或减少钻井复杂问题。     

南堡2、3号构造带保护储层的钻井液体系

现有钻井液对南堡2、3号构造第三系储层损害主要为液相损害并且其封堵效果不佳,为了降低损害程度提高封堵效果,对研究区块的储层岩性、物性、敏感性和潜在损害因素等进行分析。利用FDY—Ⅱ型储层综合损害实验评价系统和钻井液高温高压封堵评价等方法进行钻井液优化设计。结果表明,优选后的钻井液体系表面张力由30. 61 m N·m-1降至27. 51 m N·m-1,防水锁能力提高;高温高压滤失量由22. 7 m L降至14. 2 m L,滤失量低且封堵效果明显;岩心渗透率恢复值由70%以下提高到85%以上。研究成果为南堡2、3号构造带致密油气藏勘探开发提供保护储层的钻井液体系备选方案。     

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。     

新型广谱"油膜"暂堵型钻井完井液体系研究与应用

在钻井过程中为达到保护油层的目的,通常根据油层的平均孔喉半径,在上部钻井液中加入合适粒经的暂堵剂,再配合胶体填充粒子等,将上部钻井液改造为对油层具有保护作用的钻井完井液;但往往在实际钻井中,油层孔喉半径分布范围较宽,导致改造后的钻井完井液仅对某井段具有较好的屏蔽暂堵效果,而对另外的井段起不到较好的保护油层作用.本研究针对油层非均质性强、孔径分布范围较大、油层孔径难以准确预知等特点,根据室内岩样污染评价结果,提出了采用广谱"油膜"暂堵剂GPJ进行广谱"油膜"暂堵,通过室内评价和现场应用表明,该钻井完井液体系不仅实现了对油层的广谱暂堵,而且保护油层效果更佳,可获得更大的日产油量.