水力脉冲诱发井下振动钻井技术

在分析现有水力脉冲钻井技术和冲击振动钻井技术现状的基础上，结合当前钻井工程实际，综合水力脉冲和冲击振动钻井两类技术的优势，发展了水力脉冲诱发井下振动钻井技术，即利用水力脉冲直接诱发钻头机械振动，改善钻头与井底附近岩石的受力状况，从而有效提高钻井速度。现场试验表明，该技术具有效果显著、易于实现、工具结构简单、对钻头和地层的适应性强且不影响钻具组合等特点，具有很好的现场应用前景。     

水力脉冲振荡工具设计

水力脉冲振荡工具在石油钻井中的应用越来越广泛,逐渐成为钻井提速的关键技术之一。对水力脉 冲振荡工具的常见结构、工作原理及破岩机理进行了研究,结果表明,水力脉冲振荡工具能够将水击作用产生的压 力脉冲转化为作用于井底岩石的交变动静载荷,改变岩石的应力状态,利于岩石的破碎和井底岩屑的清理,提高钻 井破岩效率。Ｓ１１－１Ｘ井实际应用效果表明,使用水力脉冲振荡工具比常规钻井方式平均机械钻速提高３８．４％。     

自激振荡式旋转冲击钻井工具在胜利油田的应用

摘要 :自激振荡式旋转冲击钻井工具安装于钻头上部 , 钻井液高速流经自激振荡器,形成水力脉冲作用于冲击传递杆,产生低幅高频机械冲击力传递至钻头,提高钻头破岩效果;所产生的水力脉冲再向下传递,经钻头水眼喷出形成脉冲射流,改善井底流场,提高井底净化和清岩效率,同时井底瞬时负压脉冲产生局部瞬时欠平衡,改变井底岩面破岩应力状态,可明显提高机械钻速。在胜利油田沙三和沙四段地层进行了钻井试验,无论是牙轮钻头还是 PDC钻头都有明显的提速效果,试验井段的机械钻速都提高了 30%以上,可成为钻井提速的新途径。     

负压脉冲钻井技术理论及方法

国内油气勘探开发逐渐向深部地层发展,钻井施工中遇到的地层更加复杂、坚硬,岩石可钻性级别不断上升,机械钻速大幅度下降。井底负压脉冲技术既可实现井底负压又可提高射流能量,因此在提高深部地层机械钻速上具有独到的优势。分析了负压脉冲钻井提高机械钻速的原理及特点,介绍了国内外具有代表性的几种负压脉冲工具的工作原理及特点,着重介绍了胜利油田MCP-178型机械阻断式脉冲钻井工具的研制与应用,对提高深部地层钻井速度,降低钻井成本具有重要意义。     

浅议石油钻井新型水力提速技术

本文通过调研分析,研究了几种新型水力提速技术,包括井底脉冲振动钻井技术、井下水力旋流钻井提速技术、超高压钻头钻井技术等,介绍了新型水力提速技术工作原理、装置结构及特点,为降低石油钻井成本、提高钻井效率提供了技术支持。     

自激振荡式旋转冲击钻井工具在大港油田的应用

自激振荡式旋转冲击钻井工具是安装于钻头与钻铤之间.钻井液流经该工具的自激振荡器产生低幅高频机械冲击力传递至钻头,提高钻头破岩效果;同时钻井液高速流经振荡器所产生的脉冲射流作用于井底,改善井底岩石的受力状况和井底流场,强化清洗效果,从而有效提高钻头的破岩效率.自激振荡式旋转冲击钻井工具在大港油田共进行了7口井试验,试验井段机械钻速提高20.57％一132.63％,为中深层钻井提速开辟了新途径.     

水力脉动冲击钻井工具初步研究与试验

掘力脉动冲击钻井是将水力脉冲、机械冲击振动结合为一体提高钻井速度的一种方法，介绍了辽河油田研制的脉动冲击钻井工具的结构、工作原理及现场试验情况。在潜山混合花岗岩、砂岩，硬脆性泥岩等不同地层的现场试验表明：水力脉动工具工作平稳，未出现蹩跳钻现象，也没有出现脱、落、断、掉等问题，主体安全性、可靠性较好；在潜山混舍花岗岩、砂岩、硬脆性泥岩地层机械钻速提高幅度较大，但在部分泥岩地层效果不佳。试验中发现密封圈耐温性差、脉冲腔易磨损等问题，并据此提出了水力脉动冲击工具的下一步研究方向。     

井底脉冲式不对称流场钻井工具的研制及应用

常规钻井作业中井底水力能量利用率较低,水力辅助破岩和清岩能力下降,导致井底岩屑不能及时清理而造成岩屑的重复破碎,甚至形成钻头泥包,使得钻井速度降低。鉴于此,研制了与钻头配套使用的JSXMC型井底脉冲式不对称流场钻井工具。该工具产生的脉冲射流直接通过钻头喷嘴作用于井底,在井底产生不对称流场,不仅具有降低井底压持效应、产生负压脉冲和空化辅助破岩等功能,还具有脉冲效果更强、工具长度短和辅助冲击钻井等特点,从而大幅提高机械钻速。现场应用结果表明:在钻具组合相同和钻进参数基本相同的情况下,该工具的平均机械钻速比邻井提高30%,同时还具有保护钻头的作用。该工具的研制成功可为钻井现场合理有效地利用井底的水力能量并提高机械钻速提供参考。     

自激振荡式旋转冲击钻井工具在大港板深19-64井的应用

自激振荡式旋转冲击钻井工具利用水力振荡元件产生的周期性机械冲击,通过钻头作用于岩石,使岩石的破坏强度相对降低,同时产生的水力脉动作用于井底,改善了井底岩石的受力状况,提高了岩屑的净化效果,从而有效提高了钻头的破岩效率。自激振荡式旋转冲击钻井工具采用优化的水力结构和高耐磨材料,性能可靠,对钻头和钻具结构没有特殊要求。板深19-64井使用JB-ZJXC-178型自激振荡式旋转冲击钻井工具钻进747 m,平均机械钻速9.05 m/h,比本井同地层马达钻具机械钻速提高90.12%,提速效果明显。     

扭力冲击钻井工具模拟分析及现场试验

对于硬度高、研磨性强的地层,PDC钻头在井底存在黏滑振动和寿命短等问题,制约了其进一步的提速提效。鉴于此,根据水力结构周向式振动原理,研制了扭力冲击钻井工具,并开展了现场试验。结合工具内部流体特性数值模拟分析以及室内模拟试验,分析了工具内部流道流体压力和流速的分布特性,以及扭力冲击钻井工具消减PDC钻头黏滑效应的机理。研究结果表明:现场试验中,扭力冲击钻井工具工作稳定,机械钻速平均提高64. 4%以上;高钻压下的钻进效率比低钻压下的钻进效率明显提高;纯钻30. 2 h的钻头起出新度在90%以上。扭力冲击钻井工具具有性能稳定、操作简单、使用方便、寿命长和延缓PDC钻头磨损等特点,是硬质地层钻井提速的有效手段。     

高研磨性硬地层钻井提速技术

川东北陆相自流井组和须家河组地层岩性致密、研磨性强,机械钻速低、钻头消耗量大,是制约该区域钻井提速的关键层段。为实现提速,各种新型井下工具得到了试验应用,但效果参差不齐。通过计算分层段岩石可钻性,推荐自流井组至须家河组采用孕镶金刚石钻头提高破岩效率;为降低硬地层和软硬交互层段钻头失效导致的钻速低问题,开展了三开井段典型钻具组合扭转和纵向振动理论分析,提出东岳庙段以浅地层采用扭力冲击器配合PDC钻头降低黏滑,珍珠冲段含砾岩层段需使用减震工具或改变钻具组合降低纵振,砂泥岩互层段需推广使用双向减震器或水力加压器降低纵振;采用高速螺杆+孕镶金刚石钻头的复合钻进,提高自流井组至须家河组大井眼定向速度。5口井现场实施后,机械钻速成倍增加、钻头新度提高30%,须家河组?311.2 mm井眼定向速度提高1.32倍。     

影响川东碳酸盐岩深井钻井速度的因素及对策

川东地区独特的地质特点致使在该地区钻井要遇到一系列复杂和事故,主要表现为井深、极易井斜、复杂的井眼不稳定、长段井漏、多压力系统、地层高研磨性以及岩石不均质特性等。加之钻井设备老化等因素,严重影响了该地区的机械钻速。文中分析了产生这些问题的原因,提出了大力推广利用地层自然造斜规律钻中靶井技术和防斜打快技术;深井超深井配备大尺寸钻杆;在确保井控安全的前提下实施平衡钻井技术;针对地层岩石特性研制新型高效钻头类型;推广应用金刚石钻头配井下动力钻具,提高高密度条件下硬地层钻井速度技术;完善与发展井漏的测漏与综合堵漏技术。此外,继续从基础理论和机理上深层次研究川东碳酸盐岩裂缝性产层的压力、裂缝规模及分布规律和井眼失稳问题,加强小眼井钻井的配套工具与工艺技术,加强队伍素质培养。     

连续油管冲洗解堵解卡技术在吐哈油田应用

用连续油管替代常规油管进行冲洗作业,可充分发挥挠性油管能够连续起下和密封可靠的特点;但因管径较细,曲迂度很大,使摩阻增高,如循环介质粘度大,则形成进出口间压差较大。文中提出降低设备输出排量,缓减 Ｃ Ｔ 中的液流速度,降低摩阻,在 Ｃ Ｔ 冲洗方式上采用５ 种冲洗方式,计算出施工中最低排量等。在现场进行冲砂解堵解卡应用中取得效果。     

复合冲击器在西湖凹陷深部地层钻井中的应用

随着勘探开发一体化深入进行,西湖凹陷探井在深部地层钻进过程中面临着平湖组地层可钻性差、机械钻速低、钻头磨损严重、钻头更换频繁等难题,传统提速工具难以有效实现提速提效、缩短工期。新速通公司研发的一体化复合冲击器提速工具,通过将钻井液流压转换为轴向和周向的高频机械冲击,在减弱黏滑效应的同时,将冲击能量传给PDC钻头实现瞬间冲击破岩。该工具有效地提高破岩效率,延长钻头使用寿命,在西湖凹陷不同区域尤其是平北地区取得了良好的效果,3 500 m以深地层机械钻速稳定在10 m/h以上。     

扭力冲击器在海上深部地层的提速效果评价

某海域A区块地质条件复杂,中深部井段地层岩性为花岗组灰色泥岩与粉砂岩、含砾细砂岩和中砂岩互层。钻井过程中可钻性差,钻头憋跳严重,机械钻速低。为提高钻井效率,在A3井深部井段采用扭力冲击器配合PDC钻头,开展了提高机械钻速的尝试。应用结果表明,该井的机械钻速比邻井提高了20%以上,有效减少了钻头卡滑现象,消除了钻头在井下运动时的不规则振动,延长了钻头使用寿命,同时为LWD等其他钻井工具的使用提供良好的工作环境。     

“NEW-DRILL”提速新工具在元坝气田的应用

元坝气田陆相深部的自流井组和须家河组地层岩性致密，非均质性强，砾岩含量高（最高可达50%），地层研磨性强（可钻性为8 级以上），且钻井液密度高（最高可达2.4 g/cm3），压持效应大，导致牙轮钻头磨损速度快，单只钻头进尺少，是制约元坝钻井提速的关键层段。为了解决这一关键层段钻井提速问题，针对元坝陆相深部高压致密研磨性地层的钻井难点，从破岩工具入手，通过对破岩机理的进一步研究分析，提出了要应用为钻头提供持续的扭矩、恒定转速和钻压的动力工具，以增加钻头的破岩能力，减少钻柱的震荡，减少切削时滑脱和钻压波动，同时配合高效的PDC 钻头或孕镶金刚石钻头，从而提高钻井效率的思路。为此，元坝气田开展了“NEW-DRILL”提速新工具的现场应用，获得了成功，取得了明显的效果。使元坝气田三开平均机械钻速由0.76 m/h 提高到2.06 m/h；周期由150~170 d 缩短到90~110 d。缩短率为35%，有效地解决了元坝气田钻井提速的技术瓶颈问题。现场应用表明，“NEW-DRILL”提速新工具能够有效提高陆相地层的机械钻速，具有进一步推广应用前景。     

硬地层稳压稳扭钻井提速技术

采用PDC钻头钻进硬地层时,如果破岩扭矩较小或波动幅度较大,易造成钻头恶性振动和钻头使用寿命短,从而导致机械钻速低和钻井周期长。因此,建立了PDC钻头破岩所需门限扭矩的计算模型,以门限扭矩定量计算为核心、平稳传递钻柱应变能为手段,形成了硬地层稳压稳扭钻井提速技术。该技术通过优化井眼尺寸、选用合适的钻头和冲击类辅助破岩工具,降低破岩门限扭矩和门限钻压;通过选择合适的井下动力钻具,为钻头提供足够的破岩能量;通过选用减振工具和优选钻井参数,降低振动,保证钻头运动平稳。稳压稳扭钻井提速技术在夏河1井古生界硬地层进行了现场试验,二叠系机械钻速提高485.6%、全井机械钻速提高70.4%,取得了显著的提速效果。研究结果表明,稳压稳扭钻井提速技术能够提高硬地层机械钻速,可为复杂地层钻井提速提供借鉴。      

高效破岩新方法进展与应用

为了提高破岩效率,新型钻井工具和技术不断产生。为此总结和介绍了国内外最新的高效破岩方法及其应用,按高效破岩方式将其分为2类:①利用新型钻井工具提高破岩效率,包括水力脉冲空化射流发生器、新型PDC钻头与井下增压工具;②利用新型钻井技术提高破岩效率,包括控粒子钻井技术和超临界二氧化碳钻井技术。现场应用和试验研究结果表明,这些新型的钻井工具或钻井技术都能显著提高破岩效率,具有很好的应用前景。最后提出高效破岩的合理化建议,以期为我国钻井实现高效破岩提供指导。     

井下压力温度测试技术在徐深5井的应用

针对深层欠平衡钻井存储式随钻井下压力温度测试工具和配套软件存在的问题，进行了改进与完善，解决了井下仪器的振动问题，延长了钻井过程中的有效工作时间，改进后的工具在徐深5井进行了应用，该井是大庆油田深层加快勘探的一口重要的欠平衡预探井。通过应用，实测出该井第三次开钻井段钻井过程中不同情况下的井底压力、温度。利用关井求压时的井底压力变化能够准确地计算出地层压力、井底负压值的大小，对比设计井底压力值，为科学指导下步钻井，精确控制井底负压值提供依据。利用井底压力的实测值与理论值之间的误差分析表明，由于岩屑的影响造成井底压力增加，导致井下出现过平衡，影响欠平衡钻井的效果。同时，还介绍了实测井底压力温度数据在环空岩屑携带的情况、实际钻头压降大小和井下流体温度变化等方面的应用。