钻具振动分析方法与应用

钻具振动检测与分析技术,就是在旋转钻井过程中,利用钻具产生的振动行为来传输井下钻具情况和岩性信息。钻具振动的幅频变化实时反映了钻井作业参数的变化,据此及时调整钻井作业参数,可优化钻井过程、提高钻井效率;地层岩性的变化也会反应到钻具的振动变化中,根据钻具的振动变化现场分析钻达地层的岩性是钻井地质分析的一个新的技术手段。     

偏轴钻具组合防斜打快的强度分析

针对偏轴防斜打快技术中所用的钻具组合的受力状态复杂,对整个钻柱系统的安全性有较大影响的问题,考虑安全、有效的钻井施工特别需要对偏轴接头及接头附近的钻铤强度进行分析,找出钻具组合的危险点,以便于校核钻具组合的强度和改进偏轴钻具组合的结构设计的实际.以下部钻柱为研究对象,将钻头以上部分分成多个梁单元,进行结构离散,建立力学模型,采用有限元分析方法,进行偏轴接头强度分析.研究表明,偏轴钻具防斜钻具组合的最大复合应力发生在偏轴接头与下部钻铤的结合部位,主要由弯曲载荷和轴向力产生.在应力最危险部位,应特别注意钻具的强度安全问题.     

气体钻井井斜机理分析

随着气体钻井技术的广泛应用,气体钻井过程中的井斜问题日益受到关注,但其机理研究还有所欠缺。本文结合气体钻井井斜的特殊性,从破岩机理、温度、地层因素、井径扩大、下部钻具组合运动状态等方面分析了气体钻井的井斜机理。分析结果表明：与钻井液钻井相比,井底岩石应力状态变化导致地层各向异性指数显著增加,是气体钻井容易井斜的根本原因;井径扩大以及整体钻柱所受摩阻变化影响下部钻具的运动特性,是气体钻井易井斜的重要原因。为此,提出了几点解决气体钻井井斜问题的技术思路,供气体钻井防斜进行参考。     

旋转导向钻井技术的应用及探讨

旋转导向钻井技术可以有效提高钻井速度,解决滑动导向方式带来的井身质量差、井眼轨迹不规则、净化效果差等问题;还具有井下闭环自动导向的能力,大大提高了定向钻井效率和井眼轨迹控制的精度;能有效解决定向钻进中"托压"问题,提高钻井安全性;能够钻出更符合设计要求的轨迹。在江汉油田,共有6口井应用了旋转导向钻井技术。实践表明旋转导向钻井技术对于复杂工艺井具有提高定向钻井效率的作用;适合上部防斜要求难度高的地层,下部在长井段稳斜及长水平段延伸钻井中具有明显优势;能更加精确高效地进行工程和地质导向。在现场运用中,需要对底部钻具组合进优化,进一步提高实际施工中的造斜率,以满足各种井型需要;还应加快推进国产化进程。     

钻井流体粘度对钻柱纵向振动的影响

针对气体钻井技术在低压油气田开发中出现气体钻井的钻柱振动和钻具破坏的问题,概述了气体钻井面临的钻柱振动问题、钻具破坏问题和解决问题的途径.介绍了位移激励法的钻柱纵向振动分析的数学模型和力学分析软件.对钻井流体粘度对钻柱纵向振动的影响规律进行了研究.数据表明,钻井流体的粘度对钻柱的纵向振动影响较大.在一般情况下, 钻井流体的粘度越小, 钻柱的振动幅度越大.钻井流体的粘度对钻柱振动的共振频率影响不大.气体钻井虽然提高了钻进速度,但同时也对钻具防破坏技术提出了更高的要求.     

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.     

气体钻井预防钻具失效分析

气体钻井具有自身特点,气体钻井钻具受高速流体冲蚀作用,钻具磨损严重,空气锤反馈的冲击波使钻具接头螺纹容易断裂,气体钻井钻具频繁失效进而影响钻进速度,增加钻井成本。基于岩石力学和气固两项流理论,对气体钻井钻具受流体冲蚀进行分析 ,建立了环空混合物返速模型,实例计算回压对环空返速的影响。为避免钻具受高速流体冲蚀,应使环空混合物返速介于最小携岩速度和临界冲蚀速度之间。基于力学理论,提出增大井口回压的方法,推导出钻具接头螺纹在预紧力作用下的变形协调方程,应用有限元对钻具螺纹进行应力分析,找出钻具螺纹接头各螺纹牙载荷的分布规律,得出螺纹应力集中区,给出预防钻具失效提高螺纹强度的措施。     

东部地区超深井钻井技术难点与对策

结合大港油田超深井钻井的实际情况,对超深井的井身结构、钻井液体系、钻具组合、钻头等进行了优选与优化研究,对超深井套管磨损进行了预测分析,并制定了保护措施,满足了超深井钻井安全、快速的要求,技术实用性强,为今后该类井在实际生产中的发展与应用提供了宝贵的经验。     

气体钻与泥浆钻全井段钻柱动力学对比研究

全井段钻柱在井内运动过程是一个非常复杂的非线性动力学问题,不可能得到比较完美的解析解,如果采用室内试验或者现场试验研究,其成本又会很高且很难实现.因此,在弹塑性力学、岩石力学和钻柱力学的基础上,以四川某井基本钻井参数和钻具组合为依据,采用有限元法建立了塔式钻具钻至1486m井深时的全井段三维钻柱模型和相应的井筒模型,并且建立了钻头与岩石以及钻柱与井筒之间的随时间变化且有摩擦系数的接触关系和相对应的泥浆钻井模型,对比分析了钻柱在动态钻进过程中的井口参数、钻头上压力和转动速度以及全井段钻柱的弯矩扭矩变化等结果,得出气体钻井与泥浆钻井全井段钻柱的运动规律以及钻铤失效机理的差异.为认识气体钻井全井段钻柱的运动规律提供了新的研究方法,对气体钻井中钻柱力学、井斜控制和设备等方面的研究都有较好的现实意义.     

水平井钻井提速技术在黄盐平4井的应用

黄盐平4井是一口采卤连通水平井,所在区块上部地层较松软,地层倾角大、易斜,下部地层为发育丰厚的盐层,易发生盐卡等事故。采用水平井钻井提速技术,在施工前,加强对钻孔区域地质系数的分析和水平井井壁的稳定性分析,以提高钻井速度;在钻井中,通过优化井身结构、合理配置钻井参数、钻头及钻具类型等来有效地提高钻井速度,保证了全井施工无盐卡事故发生。     

适用于深井钻井的KCI／聚磺水基钻井液体系研究

针对深井钻井,从优选处理剂人手,解决钻井液高温稳定性,泥页岩水化,储层保护等方面的问题,研制适用于深井钻井的KCI／聚磺水基钻井液体系。并对该体系的高温稳定性、抗污染性、防塌抑制性和储层保护效果进行室内评价。最终优选出的钻井液配方高温高压流变性合理,抗污染性和防塌抑制性强并成功应用于东部某油田的深井钻井。     

适用于深井钻井的KCl/聚磺水基钻井液体系研究

针对深井钻井,从优选处理剂入手,解决钻井液高温稳定性,泥页岩水化,储层保护等方面的问题,研制适用于深井钻井的KCl/聚磺水基钻井液体系。并对该体系的高温稳定性、抗污染性、防塌抑制性和储层保护效果进行室内评价。最终优选出的钻井液配方高温高压流变性合理,抗污染性和防塌抑制性强并成功应用于东部某油田的深井钻井。     

深水钻井井控技术探讨

井控是钻井安全的关键,为了确保深水钻井的安全,必须掌握深水井控工艺技术。在海洋深水钻井井控中所面临诸如:天然气水合物,地层孔隙压力和破裂压力之间的窗口比较窄,井控余量比较小,压井、阻流管线较长,其循环压耗比较大,深水地层比较脆弱等诸多难点,针对这些难点应当采取有效的技术措施,确保深水钻井作业中的井控安全。     

粘吸卡钻的“防”与“治”

四川地区地质条件复杂,钻井施工中裸眼段较长且跨越多个层位,井眼在泥浆中浸泡时间长,导致钻井过程中发生粘吸卡钻事故几率增大,尤其是深井、超深井、大斜度井等处理难度大、费用高。研究和探索预防粘吸卡钻事故成为近年来四川钻井技术研究的重要课题之一。利用挤堵手段封堵地层中孔隙、微裂缝、渗透率强的地层,降低滤失量,减少过厚滤饼导致的阻卡、粘吸卡钻等复杂情况的发生,可有效地预防井下复杂情况事故的发生。该技术在大邑301井和孝深1井应用中,取到了理想的效果。     

套管防磨措施研究进展

在大位移井、大斜度井、水平井和深井钻井中，或者在狗腿严重度较大的井段，或者在技术套管下入后的长裸眼钻井过程中，常常出现套管磨损问题。由此而诱发的套管抗挤强度和抗内压强度降低问题制约了油井的后续完井测试作业的顺利进行，影响了油井寿命，严重时还会导致某段油井报废和整口油井报废。国内外学者研究了许多措施来减缓套管磨损问题。通过对这些措施的原理进行研究，为油田作业选用和科学研究提供借鉴。敷焊耐磨带的效果明显，操作方便，是深井钻井、大位移井钻井和大斜度钻井中重点推广的技术。     

扭力冲击器在渤海中深层的应用

中深层油气田是渤海油田进一步勘探开发的重点,其中渤中X油气田是典型的中深层油气田,主要目的储层埋深均超过4 000 m,岩性致密、研磨性极强,前期钻探出现了较多复杂情况,严重制约了储层的勘探进程。为了解决中深层地层压力复杂、钻具憋跳严重及机械钻速慢等难题。基于渤中X油气田地层特征,开展了扭力冲击器配合忍者齿钻头提效技术的开发与应用,其破岩时以冲击破碎为主,并加以旋转剪切,在保证井身质量的同时提高机械钻速。扭力冲击器配合专用忍者齿钻头在BZ?E井进行了应用,能够较好地克服地层硬度高且致密的花岗岩地层,在提高机械钻速的同时,延长钻头的使用寿命,同时对提高渤海油田中深层钻进速度,节省钻井成本提供了新的方法。     

大港滩海大位移井井壁稳定技术研究

大港油田主要采用大位移井开发滩海油气资源.在2008年埕海二区大位移井钻井中遭遇了严重的井壁坍塌,单井平均事故复杂时效达22％,严重影响大位移井的安全.通过对油页岩层理弱面强度测定、斜井井壁应力分析、井眼轨迹对坍塌压力和破裂压力的影响分析、井壁稳定的力学和化学对策的研究,指导井眼轨迹优化设计、安全泥浆密度窗口确定及钻井液性能改进,现场应用效果显著.     

吐哈油田玉果区块防塌钻井液技术研究

针对吐哈油田玉果区块深层复杂泥页岩地层,选取代表性泥页岩岩心,通过X射线衍射、扫描电镜、水化膨胀/分散、比表面积、比亲水量等测定,对该油田岩样进行了地层组构和理化性能分析,分析了该区块深部复杂地层井壁失稳的机理,提出了"物化封堵-抑制水化-有效应力支撑"的三元协同防塌钻井液技术对策。通过单剂优选和配方优化,研制出了适合玉果区块复杂地层的防塌钻井液体系。现场试验表明,该钻井液体系防塌、封堵能力强,钻井液维护处理简单,使用该钻井液可以显著提高机械钻速,节约成本。     

玉北地区钻井液技术

针对玉北地区古近系膏岩层易蠕变缩径、二叠系火成岩地层易垮塌掉块、奥陶系灰岩地层易漏,导致的钻井周期长、机械钻速低、复杂情况多等问题,优选了适合各开次的钻井液体系。一开选用膨润土聚合物体系,利用其高膨润土含量解决地表流沙层的井壁稳定与井眼清洁问题;二开选用KCl聚磺钻井液,通过强化钻井液的抑制封堵能力与抗污染能力解决了因泥岩段水化膨胀、砂岩段形成虚泥饼造成的阻卡问题,实现了井壁稳定;三开选用KCl聚磺防塌钻井液,解决了高密度钻井液的抗污染问题,实现了深部地层的快速钻进;四开选用低固相聚磺钻井液,大幅度提高了深部地层的钻进速度。     

静压式井下增压器的动力分析

本文分析了静压式井下增压器的动力传递方式与要求，提出了深井钻井中地面钻井泵应以小排量高原压的方式供给井下增压器的动力为宜。