跟套管钻进技术在石油钻井中应用的研究

石油钻井过程中,上提钻柱时,由于钻柱的活塞作用,造成井壁坍塌,钻头被埋的事故。此外,为了实现钻进与下套管同步进行,节省钻进成本,本文笔者通过分析,将传统的钻井工艺加以改进,结合国内外的一些专家学者的研究成果,提出应用于石油钻井的跟套管钻进技术(Drilling Technology with Casing)。本文介绍了跟套管钻进在石油钻井中应用的优势,同时利用跟套管钻进技术的思想对普通的钻机、钻杆等所作加以改进,并分析了适合石油钻井领域的钻机。介绍了跟套管钻进相对于普通的钻进步骤上的不同之处。     

提高尖山铁矿绳索取芯钻进效率工艺技术研究

绳索取芯钻探技术是尖山铁矿区地质找矿勘查的主要技术。为提高尖山铁矿绳索取芯钻进效率,降低勘探成本,本文分析绳索取芯钻进效率的影响因素,根据尖山铁矿钻探工程特点,从设计钻孔结构、制定钻进技术参数、钻头选择和堵漏工艺等方面采取措施,通过现场实践提高了绳索取芯钻进效率,取得良好效果。     

套管钻井技术的应用和优势

套管钻井是一种相对较新的钻井技术,它能在一个钻进过程中同时完成钻井、下套管与固井作业。利用套管给钻头传递机械能和液压能。,这项技术是利用顶驱实现套管的旋转,并且仍然利用常规钻井中使用的钻头,随钻测井录井等工具和一些套管钻井专用的工具实现钻井,并能使用电缆起下钻具。介绍一些套管钻井中使用到的设备和工具,以及它和常规钻井相比较的优点。     

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。     

井底压力条件下岩石可钻性实验及仿真研究

岩石的可钻性是正确评价是确定钻井参数、选择钻头类型、预测钻井效果以及规定钻进工作定额时所必需的;而以往岩石可钻性极值的确定都是在常压下进行的。常压下岩石的可钻性极值与井底压力条件下岩石可钻性极值相差较大,远不能满足工程需要。为此,提出了一种室内测定井底压力条件下岩石岩石可钻性极值的实验方法;并通过HyperMesh有限元处理器仿真得到井底压力条件下岩石的可钻性极值的仿真值。通过对实验数值和仿真数值的对比,二者误差都在10%以内。所以该实验方法能够较准确的得到井底压力条件下岩石的可钻性极值。从而更能够准确的选择钻头类型,优化钻进参数,指导工程实践。     

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.     

天然气水合物地层PCS取样扰动有限元仿真分析

针对天然气水合物地层钻进过程中,钻头扰动可能对井底和井周地层波速变化产生很大影响,从而导致难以通过钻探取心分析及测井获得天然气水合物地层准确信息的问题,借助有限元软件ANSYS/LS-DYNA,构建保压取心器(PCS)钻头钻进水合物地层的有限元模型,模拟PCS钻头钻进天然气水合物地层的动态过程,得到不同时刻的扰动形态,同时得到了钻压、转速分别与水合物地层扰动影响关系。研究结果表明:(1)当转速一定,钻压增大时,超前钻头附近井底地层及钻头附近井周地层扰动程度呈增大趋势;当钻压一定,转速增大时,超前钻头附近井底地层最大扰动程度基本不受转速改变的影响,而钻头附近井周地层最大扰动程度整体呈线性增大趋势。(2)钻压和转速一定时,钻进方向上井底地层距离超前钻头越近,其水合物地层扰动程度越强,反之则越弱,距离超前钻头0.09 m以内的井底地层扰动程度较大,在此范围之外的井底地层则扰动程度较小;同时径向上距离钻头体越近,其水合物地层扰动程度越强,反之则越弱;距离钻头体0.055 m以内的井周地层扰动程度较大,在此范围之外的井周地层则扰动程度较小。研究计算结果可为天然气水合物地层PCS取心分析及水合物测井提供参考。     

大直径引射器式反循环钻头结构设计及数值模拟

针对油气勘探开发特点的要求,将贯通式潜孔锤反循环钻井技术应用于大直径井眼段、复杂地层深井段的油气勘探开发领域,并根据多喷嘴引射器原理,设计一种外径为660 mm的新型大直径引射器式反循环钻头,并进行计算流体动力学(CFD)分析以及野外钻井试验。研究结果表明:该新型大直径反循环钻头结构设计合理,所形成的一、二级引射结构均对反循环形成效果和抽吸能力有良好促进作用,最高钻进效率可达6.0 m/h,平均钻进效率为4.5 m/h,并将井底破碎下的不同颗粒粒度的岩渣屑及地层流体抽吸进入钻头内部形成稳定反循环携带至地表,孔底无沉渣,并且外环间隙无岩渣屑泄漏现象。     

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。     

中原φ118mm小井眼侧钻井PDC钻头应用技术

套管开窗侧钻井是调整老油田开发层系、挖掘开发死油区和事故井恢复生产的重要措施。探索PDC钻头应用于侧钻井,对于解决单牙轮钻头机械钻速低、井眼缩小等问题,大幅度提高侧钻井的机械钻速,意义十分重大。通过现场十口井的钻井实践,在PDC应用条件优选、复合钻进、定向、安全保障措施等技术方面进行了有效探索,取得良好效果。     

欠平衡下牙轮钻头牙齿侵入系数及钻速研究*

欠平衡条件下,钻井机械钻速大幅度提高,但钻头牙齿的侵岩机理至今尚不清楚。以岩石侵入理论为基础,在考虑欠平衡钻进条件下,针对牙轮钻头侵岩、破岩问题展开研究,推导了欠平衡钻进井底条件下牙轮钻头牙齿的侵入系数方程,并进一步建立了欠平衡钻进条件下的钻速模型。岩石侵入系数不受牙齿载荷和侵深的影响,是一个描述岩石抗侵入能力的基本参数。以徐深气田为例,理论和实验分析了内摩擦角和刃尖角对侵入系数和机械钻速的影响。结果表明,随井底有效法向应力的增大侵入系数增大;随内摩擦角和刃尖角的增大侵入系数呈指数增大;随有效法向应力的增大机械钻速明显减小;随内摩擦角和刃尖角的增大机械钻速呈线性减小。     

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。     

改善井底流场能够提高钻速

自从喷射钻井技术广泛应用以来,人们一直在研究如何充分利用喷射钻头在井底获得的岑力功率,,以获得更好的钻井经济效益。本文介绍了喷射钻头井底流场液流流向、井底排屑量和井底液流压力的试验研究方法及其应用。研究表明,由于井底流场的不完善而形成的涡旋、回流和滞流区是造成岩屑在井底重复破碎,影响井底净化效率的重要因素,改善喷射钻头的井底流场,最大限度地减少这些因素的影响,能够更好地发掘喷射钻井技术的潜力,提高钻井速度,降低钻井成本。     

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。     

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.     

三牙轮钻头齿面结构对破岩效率影响的研究

本文叙述了三牙轮钻头齿面结构对破岩效率影响的研究方法,研究工作是用全尺寸钻头在地面钻头试验架上进行。作者根据试验钻头对不同岩石钻进时所测得的钻进参数、钻进指标和钻头的井底模式,结合它们的齿面结构,分析其对破岩效率的影响,找出各钻头齿面结构的优缺点。从而对现有国产钻头提出改进意见,并将所获得的认识用于新钻头的设计之中。     

基于时域统计特征的井眼碰撞识别方法

相同钻井条件下,钻头钻遇水泥环、套管的振动信号与钻进地层的振动信号的时域特征不同。提出一种基于时域统计特征的井眼碰撞识别方法,通过识别振动信号的特征差异,实现对钻头碰撞邻井井眼的及时预警。首先在时域上提取信号的分散特征和形状分布特征,然后利用主成分分析法对时域特征进行降维处理,进而得到主要特征成分,最后利用支持向量机对特征进行分类训练,以完成对钻进地层和钻遇水泥环、套管的自动识别。通过南海某钻井平台现场作业数据检验,验证了该方法的可行性,表明该方法可以加强海上丛式井作业的安全性。     

绳索取芯钻头的选用

本文对我国目前野外地质勘探中普遍使用的绳索取芯钻进钻头的选型和使用应注意的事项进行了详尽的分析与探讨,对现阶段绳索取芯钻进效率、工程质量、加快地质工作步伐具有重大意义。     

喷射式钻头测绘方法

喷射式钻井,利用泥浆射流及时清除井底岩屑,避免钻头重复切削,同时有利于岩石破碎,可提高进尺20—30%。这种新型钻井方法国外早已大量使用,国内正在大力改善钻井条件逐步推广。现在要求设计及生产新钻头时,毛坯一律做成喷射式,以利进一步发展喷射式钻井。我们在钻头测绘中有些体会及教训,现总结如下。     

绳索取芯金刚石钻头在复杂地层中的应用研究

本文主要论述在煤矿区地质条件复杂，即软硬互层多、岩石的可钻性相差悬殊及地层破碎条件下，如何选择金刚石钻头可最有效地提高绳索取芯钻进效率及延长钻头寿命。为类似类矿区施工具有一定的借鉴意义。