提高深井钻井速度的有效技术方法

在旋冲钻井技术应用的基础上,对旋冲钻井破岩特点进了描述,论述了旋冲钻井技术应用对钻头寿命的影响以及旋冲钻井工具 (液动射流式冲击器)的工作原理和室内研究,确定了旋冲钻井参数,进行了现场 6次入井试验,试验表明旋冲钻井工艺技术在深井钻井中应用,可提高机械钻速 2 0%~160%,为深井快速钻井探索出了一条有效的途径,丰富了深井钻井技术内容。     

自激振荡式冲击钻井工具在大港油田的应用

为进一步提高中深井、硬地层钻井速度,大港油田在段六拨、孔南等4个区块8口井的部分井段应用了自激振荡式冲击钻井工具进行钻井试验。现场施工表明,该工具性能稳定,质量可靠,应用井段机械钻速提高了14.2%~132.63%。这表明应用自激振荡式冲击钻井工具基本能够满足提高钻井速度的要求,但为了充分发挥该工具的提速性能,应分析该工具的最佳适用条件。      

频率可调脉冲提速工具深井提速现场试验研究

脉冲射流技术是提高钻井机械速度的一种有效方法。根据机械强制脉冲与自激振荡脉冲相结合的原理,研制了频率可调脉冲提速工具。现场2口井的试验结果表明,频率可调脉冲工具在深井井段提高机械钻速21.30%⁵9.17%,提高钻头进尺36.07%59.17%,提高钻头进尺36.07%¹48.15%。频率可调脉冲提速工具结构简单、可靠性高,在现有钻井设备和工艺参数基本不改变的情况下,能在深井下部地层取得较好的提速效果。作为一种能有效提高钻井机械钻速的技术,频率可调脉冲提速工具在深井钻井中具有广阔的应用前景。     

自激振荡式旋转冲击钻井工具在深井钻井中的应用

为进一步提高塔河工区深井、超深井的机械钻速,在该区块试验了旋冲钻井技术。TH10435H井和TH12272井深部井段使用旋冲短节配PDC钻头,取得了良好的提速效果。TH10435H井使用井段:1804~5141.57 m,总进尺3337.57m,纯钻时间165h,平均机械钻速同比提高16.1%;TH10272井使用井段:5172~6318m,总进1146m,总纯钻时间200.6h,机械钻速同比提高11.96%。TH10435H、T12272井应用结果验证了该技术在深井超深井的适用性,为塔河工区深部地层钻井提速探索了新的途径。     

腰英台地区深井钻井提速技术

腰英台地区深井地层具有岩石可钻性差、井壁稳定性差、井底温度高等特点,因此钻速较慢,钻井周期较长。为加快该地区的勘探开发进度,降低钻井成本,在该地区进行了深井钻井提速技术研究。通过针对不同地层的多种PDC和牙轮钻头优选、井底动力钻具和复合钻井试验、新型射流式冲击钻井工具试验及深井抗高温防塌钻井液研究应用等方面的攻关研究,最终形成了一套适合腰英台深井的钻井提速技术。经过现场3口井的应用,取得了显著的提速效果,平均机械钻速提高13.7%,平均钻井周期缩短27.1%。新型钻井液体系的应用有效降低了钻井复杂时效,提高了井身质量,为钻井提速创造了有利条件。建议在该地区继续进行新工具新工艺的现场试验,最终形成一套完善的深井钻井提速技术。     

旋冲钻井在塔河工区超深井段的应用

为提高新疆塔河工区深部地层机械钻速,在该区块试验应用了旋冲钻井技术。针对新疆塔河工区深部地层岩性特点和钻头选型情况,优选出旋冲钻井匹配钻头,优化并确定出射流冲击器结构性能参数。使用改进后射流冲击器首先在塔河工区S116-3井中配合PDC钻头在超深井段进行探索性应用,验证射流冲击器+PDC钻头的可行性,应用井深达6 086 m。随之,在TP324井进行了长井段现场应用,实现了液动射流冲击器与PDC钻头配合实质性应用。S116-3井应用井段:5 998.41~6 086 m,TP324井应用井段为6 151.65~6 912 m,总进尺847.94 m,总纯钻时间314.02,机械钻速同比提高32%~45%。S116-3、TP324井应用结果验证了该技术在深井超深井的提速效果及可靠性,为塔河工区深部地层探索了新的途径。     

旋转冲击破岩实验装置的设计与应用

旋转冲击钻井技术是深井、超深井钻井常用的提速措施之一。实践表明,钻压、钻头转速、冲击力与冲击频率是影响旋冲钻井破岩效率的关键参数,优选旋冲钻井参数有助于提高冲击器的破岩提速效果。设计了一种新型旋转冲击破岩实验装置,利用齿形振套的碰撞产生冲击载荷,用地质钻机带动钻头破岩。测量实验表明该装置冲击载荷受弹簧压缩量影响,冲击频率为冲击振套齿数与钻机转速的乘积,冲击过程稳定高效,冲击参数与现场多种旋冲钻井工况有较好的对应。旋冲破岩实验表明旋冲钻井技术可以显著提高钻头破岩速率;提高冲击载荷幅值,能够提高钻头破岩速率。旋冲钻井技术存在最适宜钻压,使用不同类型冲击器钻进不同地层时需要对钻压进行优选。利用该实验装置研究旋冲钻井参数对破岩速率的影响规律,有助于旋冲工具性能参数的设计和优选。     

旋冲振荡钻井提速工具的研制与应用

针对PDC钻头在硬质地层出现的黏滑振动问题,为改善PDC钻头受力状态,提高硬质地层的机械钻速,研制了旋冲振荡钻井提速工具。该工具以高压钻井液为驱动介质,能同时产生轴向冲击和扭转冲击。文中对工具的结构与原理进行了阐述,分析了工具内部腔体钻井液压力分布,计算得到了工具的冲击频率、冲击功等性能参数。室内实验结果表明:旋冲振荡钻井提速工具能实现轴向和扭转相耦合的冲击载荷,工具冲击频率和压降随着排量的增大而增大。现场试验结果表明:该工具能够实现提速减振效果,应用井段平均机械钻速提高了59.46%~84.33%,PDC钻头未出现崩齿现象。     

自激振荡式冲击钻井工具在吉木萨尔地区的应用

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷是新疆油田重要的资源接替区域和“新疆大庆”建设的主战场,但该区域三叠系、二叠系地层胶结致密,研磨性强,可钻性差,机械钻速低,严重影响了勘探进程.为了提高钻探效率,在吉木萨尔地区4口预探井的部分井段应用了自激振荡式冲击钻井工具.文中介绍了自激振荡式冲击钻井工具的工作原理、技术特点和使用要求,以及该工具在吉木萨尔地区的应用情况.现场试验结果表明,自激振荡式冲击钻井工具性能稳定,质量可靠,能量利用率高,可有效提高钻头破岩效率,提速效果明显.该工具的使用为吉木萨尔地区钻井提速提供了一种有效手段.     

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。     

冲击振动钻井工具流固耦合模拟试验

深井超深井钻井过程中,旋转冲击钻井技术是解决硬岩钻速慢的有效方法之一。目前液动冲击器多采用水力能量驱动,随着井深的增加,管路水力能量损耗增大,依靠钻井液驱动的液力冲击装置同样需要消耗水力能量,使得钻头有效压降进一步降低。因此,液力驱动冲击钻井技术在深井超深井中的应用受到局限。基于钻柱振动原理,提出一种利用水力能量和钻柱振动耦合作用的新型冲击旋转钻井装置,通过建立流固耦合物理模型,运用流固耦合方法,获得入口流量、运动位移、振动频率以及入口和出口直径等对装置所产生的载荷特征影响规律。结果表明,装置所产生动载荷幅值随流量、振动位移以及振动频率的增加而增加,而静载荷仅与流量变化有关。     

近钻头扭转冲击器破岩机理及应用

PDC钻头是超深井硬地层主要的破岩工具。由于黏滑振动引发的PDC钻头过早失效是造成超深井钻井成本增加的一个重要因素。本文针对PDC钻头的黏滑振动效应,理论分析了黏滑振动机理,建立了PDC钻头黏滑振动系统的力学模型,并用高频低幅扭转冲击器及优化钻头结构的方式来消除钻头的黏滑振动。研究结果表明:PDC钻头长度越长,能量衰减越快,扭转冲击能量传递效率越低;PDC钻头截面积越大,长度越小,高频扭转冲击器冲击系统能量传递效率越高。新疆塔里木盆地XK3井试验表明,扭转冲击工具与常规钻具相比机械钻速提高1倍以上,能够有效消除PDC钻头的黏滑振动效应,减轻钻柱扭转振荡,降低钻井成本。     

空气锤在石油钻井中的应用前景

针对目前深部、复杂地层钻速低和易产生井斜、大直径井眼和水平井施加钻压困难、钻井成本高等问题进行了大量的调研。通过相关文献提供的数据和图表资料分析得出：空气锤结合了冲击回转钻井和空气钻井的两大钻井优势，转速低，扭矩小，钻压小，降低了钻具循环应力和磨损，控制井斜容易，在很大程度上提高了机械钻速、降低了钻井时间和成本，钻硬地层时优点更为突出，由此提出了研究空气锤的必要性，并全面总结了空气锤钻井的优越性，同时也指出了它应用的局限性。最后分析了我国油气资源现状、钻井状况和空气锤在国内外的应用实例，得出空气锤在低压低渗层欠平衡钻井、欠平衡钻水平井、深井、超深井、复杂地层、大直径井中开发油气资源有着广泛地应用前景。     

井下钻柱减振增压装置工作原理及提速效果分析

为了进一步提高深部地层钻井速度,基于直井钻进过程中底部钻柱振动特性的研究成果和有效利用直井底部钻柱纵向振动能量实现钻井液增压的思路,研制出了JZZY-1型井下钻柱减振增压装置。该装置工作时,能将钻柱振动能量转化为钻井液的压能,使钻井液增压并通过钻头上的特制喷嘴产生超高压射流,从而实现既减小钻柱纵向振动,又提高钻井液喷射压力来辅助破岩的目的。胜利油田3口井的现场试验结果表明,该装置能够大幅度提高钻井速度,不但结构可靠、工作稳定,工作寿命能够满足现场应用的要求,而且其减振效果优越。这表明利用钻柱纵向振动来实现井下钻井液增压是可行的,应对该增压装置进行深入研究,以满足深井超深井安全高效钻井的需求。      

中国石化超深井钻井技术现状与发展建议

为了促进中国石化超深井钻井技术进步,加快深部油气资源勘探开发步伐,在统计、分析钻井数据的基础上,介绍了近年逐步成熟和得以有效应用的气体钻井、"PDC钻头+螺杆钻具"复合钻井、"孕镶金刚石钻头+涡轮钻具"复合钻井、"PDC钻头+扭力冲击器"复合钻井、35 MPa高压喷射钻井、自动垂直钻井系统等超深井钻井提速技术。分析了普光气田、元坝气田及塔河油田等中国石化三大重点区域的超深井钻井技术现状:普光气田已钻井平均井深5 999.00 m,平均钻井周期232.06 d;元坝气田已钻井平均井深7 049.67 m,平均钻井周期439.47 d;塔河油田12区已钻井平均井深6 441.80 m,平均钻井周期102.85 d。分析认为,中国石化超深井钻井技术已达较高水平,但与欧美等石油工业发达国家相比尚有差距。最后,对中国石化超深井钻井技术的发展进行了思考,给出了发展建议。      

φ127塔标钻杆

为满足深井、超深井安全快速钻井的需要,塔里木油田研制了φ127mm塔标钻杆。该钻杆设计的是新型加厚过渡区结构,改善了应力分布,降低了应力集中系数,提高了钻杆防刺漏性能;加大了接头内径,降低了钻柱内压力损耗;提高了接头材料屈服强度和螺纹基面节径,增加了接头连接强度。该钻杆具有低循环压耗、高疲劳寿命的特点,对提高钻速、预防失效、提高水力破岩能力、延长钻头寿命有显著的作用,满足了塔里木油田超深复杂井强化钻井的需要。