新型钻直井的钻具组合及油田试验结果分析

分析了控制钻头侧向力的有效技术途径,阐明了设计钻具组合的基本方法,为钻县组合的综合提供了理论依据。针对钟摆钻具和满眼钻具在防斜纠斜过程中的不足,设计了新型钻直井的柔性防斜纠料钻具,并用纵横弯曲法分析了其力学特性,说明了该钻具的施工工艺特点。试验表明,该钻具能有效地控制井斜,提高机械钻速6倍多。     

单弯螺杆钻具组合非线性瞬态动力学分析

为了合理地使用螺杆钻具进行防斜打快作业,采用有限元分析方法,建立了单弯螺杆钻具组合下部结构的力学模型,并利用该模型定量分析了该钻具组合的力学特性,同时对比分析了影响该钻具组合控制井斜的主要因素。计算结果分析表明,利用单弯螺杆钻具控制井斜时,要综合考虑各种因素,对下部钻具组合进行力学计算,优选螺杆(包括弯角大小、肘点位置)、扶正器个数和安装位置以及钻进参数,以求有效控制井斜和提高机械钻速。     

“单弯双稳”钻具组合的受力分析与现场应用

为了提高机械钻速,降低钻井综合成本,现场常使用＂单弯双稳＂钻具组合防斜打快。利用纵横弯曲法对＂单弯双稳＂钻具组合进行了受力分析,研究了不同因素对＂单弯双稳＂钻具组合钻头侧向力的影响。结合＂单弯双稳＂钻具组合在江汉油田部分区块的成功应用,说明该钻具组合能够很好地控制井斜,有效地提高机械钻速。同时介绍了该钻具的应用实例,为其他油田选择合理的防斜打快钻具组合提供了依据。     

伦坡拉盆地井斜原因分析及控制措施

从地质因素和工程因素两方面综合分析了伦坡拉盆地钻井井斜的原因，认为地层倾角是导致该地区井斜的首要因素。以西伦６井为例说明了多稳定器刚性满眼钻具组合、定长钟摆钻具组合及定向纠斜钻具组合等井斜控制技术的应用效果，为今后在该地区进行定向井施工和直井防斜提供了一些有益的经验和建议。     

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文章运用纵横弯曲连续梁理论，分析井斜平面二维井眼中的偏轴钻具组合的力学特性。所建立的偏轴钻具防斜效果的评价指标，综合考虑了地层倾角、地层各向异性指数、钻头横向切削指数，用于预测实钻井眼曲率，效果良好。文章还运用该指标衡量了主要钻井参数变化对偏轴钻具防斜效果的影响。     

防斜纠斜技术在邑深1井的应用

受地质因素的影响,同样的钻具组合、相同的钻井参数在不同地区应用,防斜纠斜效果存在较大差异。针对不同区块地质特征,综合运用现有井斜控制理论,以达到单井防斜打快、降本增效的目的。邑深1井为中国石化重点预探直井,钻井过程中先后使用了常规钟摆钻具防斜技术、直螺杆复合钻进防斜技术、弯螺杆配合欠尺寸扶正器防斜技术、单弯双稳钻具防斜技术,配合使用电子多点测斜技术、机械式随钻测斜仪测斜技术及MWD测斜技术,较好地实现了对井身轨迹的控制。对各种防斜纠斜技术的应用情况及各种防斜纠斜技术原理进行了对比分析,提出该区块防斜打快、降本增效的各个开次的钻具组合,对大邑地区同类型井提供了一定的借鉴。     

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针对易斜地区防斜打快问题,文章提出了利用单弯螺杆钻具配合转盘钻进行井斜控制的下部钻具组合设计及使用方法。采用有限元分析方法，建立了这种下部钻具组合的力学模型，利用该模型定量分析了其控制井斜的力学特性，从理论上分析了这种下部钻具组合控制井斜的主要影响因素，为优化这种钻具组合和施工参数设计提供了理论依据。在新疆油田易斜地区应用实践表明，这种钻具组合可在小钻压、低转速条件下有效地控制井斜，提高机械钻速，且不会影响下部钻具组合的安全，为在易斜地区防斜打快提供了新的方法。     

新型铰接式钻具组合的研究与应用

针对目前钟摆钻具和满眼钻具在大倾角地层、自然造斜力较强地区,其防、纠斜效果不尽人意的现实,提出了一种新型铰接式直井防、纠斜钻具,建立了该钻具组合的力学模型,阐述了其防、纠斜机理。详细分析了若干钻具结构参数和钻井参数对钻头侧向力的影响,并将其钻头侧向降斜力与钟摆钻具加以对比。通过现场试验表明,该钻具组合在大倾角硬地层正常加压快速纠斜钻进中,降斜效果明显,机械钻速达到了正常钻进速度,为易斜区防斜打直提供了一种新的钻具组合类型,发展了防斜钻井技术,对加速油田勘探开发具有重要意义。     

柔性钻具组合防斜钻快的强度分析

在倾角大、岩石硬度高、自然遣斜能力极强的地层中，采用常规塔式钻具组合、刚性满眼钻具组合和钟摆钻具组合均难以控制井斜，而采用柔性防斜钻具组合控制井斜则为大倾角硬地层防斜钻直提供了一种新型的技术手段。但是钻具强度问题一直是倍受关注的焦点。文章以固体力学有限元理论为基础，建立了柔性下部钻具组合在弯曲井眼或斜直井眼中的有限元力学模型，求解并得到了下部钻具组合的应力场。研究结果揭示了柔性防斜下部钻具组合的变形、应力分布规律、下部钻具组合的强度特征和失效的力学机理，为钻具组合安全使用和优化设计提供了参考依据。     

常规钻具组合防斜打快钻压优选与应用

对于常规钻具组合防斜打快,目前国内主要采用轻压吊打和大钻压预弯曲被动防斜技术来实现复杂地层井斜的有效控制。然而较低的钻压导致机械钻速低,大钻压预弯曲技术使钻柱容易失稳而导致井下复杂,因此如何平衡防斜打直、机械钻速、钻柱失稳三者间的关系,合理选取钻压是常规钻具防斜打快的关键。为此,基于纵横弯曲梁及管柱弯曲理论,充分考虑地层造斜力对井斜的影响,以钻头综合作用力最小为准则,建立了常规钻具组合直井防斜打快钻压的优选模型,编制了计算机程序,并以伊拉克米桑油田BUCS-44H井为例,开展了现场试验。结果表明:不同倾斜程度的地层具有不同的钻压适用范围,在高陡构造中使用降斜特性较强的钻具,并在钻柱预弯曲的条件下,施加大钻压钻进可以平衡机械钻速与防斜打直间的矛盾;充分考虑地层造斜特性及钻具自身造斜特性选取的最优钻压,既能避免钻柱失稳,也能实现防斜打快,对现场井斜控制具有一定的指导意义。     

满眼防斜钻具的最优组合设计

本文指出影响井眼斜率的主要因素是钻头的综合偏斜角,满眼防斜钻具的最优组合设计应使钻头综合偏斜角为最小。为此,必须采用合理的组合方式并保持组合“填满”井眼,以充分限制钻头的横向位移和减小钻头的偏斜。文章给出了一种简单实用的满眼防斜钻具最优组合设计和计算方法。     

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斜井旋转钻进中,井斜控制主要由稳定器与钻铤组成的增斜、降斜、稳斜钻具来实施。文中通过下部钻具力学分析,应用近期研制的“井下稳定器安放位置调节器”组配的钻具组合,在正常钻井时,稳定器到钻头距离保持不变,钻具井斜性能相对稳定;停钻后,通过地面调整泵压或钻压来改变调节器伸缩量,使井下稳定器到钻头距离和钻具井斜性能发生变化。经现场应用表明,这种调节器能够由地面简单操作改变井下稳定器的安放位置和钻具井斜性能,避免起下钻重新组配钻具组合,可实现斜井旋转钻时的井斜连续控制。     

空气钻井钻具组合动力学特征及井斜机理研究

研究了用牙轮钻头进行空气钻井时光钻铤钻具组合动力学特征及井斜机理,建立了光钻铤钻具组合的转子动力学模型,分析了空气钻井与泥浆钻井时光钻铤钻具组合动力学特征的区别。结果表明,高碰摩系数使空气钻井时钻具组合反向涡动,空气的低阻力使空气钻井的涡动速度增大。泥浆钻井则相反,钻具组合以较低的涡动速度向前涡动。这些特征的综合作用使得空气钻井时钻头上的降斜力小于泥浆钻井,成为引起空气钻井井眼易斜的主要原因之一。     

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随着油气田勘探开发工作的不断深入，所钻遇的地层构造越来越复杂，对地质中靶的要求也越来超高，特别是高陡构造的防斜打快问题更是钻井技术小的难点和重点。传统的满眼钻具组合和钟摆钻具组合只是以钻具侧向力作为井斜控制的理论依据，具有较大的局限性。发展中的偏心钻具、偏轴钻具、柔性钻具、反钟摆钻具、导向钻具等防斜技术，在有效地控制钻具侧向力的基础上，增强了钻柱的公转效应，削弱了钻头倾角的增斜作用，可以较好地控制井斜、提高机械钻速。但是，钻具组合的内在力学性质决定了它们仍然没有抵抗地层造斜力的功能，因此对于高陡构造和强造斜地层，其井斜控制效果仍难以得到充分的保证。要从根本上解决防斜打快问题，除了有效地控制钻具侧向力和钻头倾角之外，还必须具有足够的抵抗地层造斜力的能力。只有同时考虑这三方面的因素，并使之相互协调，才能真正地解决高陡构造和强造斜地层的防斜打快问题。     

柔性钟摆钻具纠斜的理论分析

在井斜控制技术中，钻头侧向力是衡量井斜控制效果的关键参数。本文利用纵横弯曲理论对柔性钟摆钻具和钟摆钻具的钻头侧向力进行计算，从理论上说明柔性钟摆钻具比钟摆钻具具有更好的纠斜效果。     

预弯曲动力学防斜快钻技术的试验研究

预弯曲动力学防斜打快钻井技术主要利用预弯曲动力学防斜打快钻具组合在井眼中的涡动特征，在钻头上形成一个远大于钟摆降斜力的防斜力，从而使井眼保持垂直。预弯曲动力学防斜打快钻具组合是一种带预弯曲结构的特种钻具组合，钻进时，其在井眼内形成特定的涡动轨迹，引起钻具组合以较大的不平衡几率向下井壁方向振动，从而实现向下井壁的冲击力。常规钟摆和满眼钻具组合的工作原理都是力求钻具组合发生尽可能小的变形，减小钻具组合因变形引起的增斜力。预弯曲动力学防斜打快钻具组合在胜利油田史138-6井进行的试验表明，这种方法具有很好的防斜打快效果。与邻井常规钟摆钻具组合相比，这种钻具组合的钻压提高50％以上，机械钻速则提高120％。文中给出了钻压和转速对预弯曲动力学防斜打快钻具组合防斜力的影响规律。     

偏轴防斜钻具的研究及试验

偏轴防斜钻具是一种新型的防斜钻具.分析了偏轴防斜钻具的工作原理,设计出了241.3 mm井眼用偏轴接头,并优选了技术参数.研究设计的偏轴钻具组合在辽河油田进了现场试验,取得了明显的效果,控制了井斜,又保持了较高的机械钻速.     

单弯双稳导向钻具组合复合钻进稳斜能力分析与优化

为解决单弯双稳导向钻具组合长时间复合钻进时实钻井眼轨迹偏离设计井眼轨道的问题,对单弯双稳导向钻具组合的稳斜能力及其影响因素进行了分析。根据底部钻具组合复合钻进导向力的拟动态计算模型,编制了相应的计算机程序,模拟计算了钻具组合结构参数、井斜角和钻压对单弯双稳导向钻具组合复合钻进稳斜能力的影响规律。结果表明:第一稳定器如果外径过小,在复合钻进中将处于悬空状态,失去支撑井壁的作用;随着第二稳定器外径的增大,单弯双稳导向钻具组合复合钻进的钻头井斜力减小;螺杆弯角、井斜角和钻压对单弯双稳导向钻具组合复合钻进的钻头井斜力影响均不显著。根据模拟计算结果,对南堡13-斜1025井稳斜段所用单弯双稳导向钻具组合进行了优化设计。实钻结果表明,采用优化设计的钻具组合复合钻进时稳斜效果很好,井斜变化率只有0.18°/30m。这说明,根据各因素对复合钻进稳斜能力的影响规律,对单弯双稳导向钻具组合进行优化设计,可以提高其稳斜能力。      

关于防斜钻具的选择

满眼钻具的防斜机理与钟摆钻具不同。使用钟摆钻具时,只要降低钻压即可得到较小的稳斜角。但使用满眼钻具时,只能给出较小的曲率。在易斜地区打直井时,需根据地层条件以及对井身质量的要求适当选择钻具的类型。     

单弯双稳钻具旋转钻进防斜打直效果分析

与传统的钟摆钻具组合和满眼钻具组合相比,弯螺杆钻具组合复合钻进防斜打直技术具有优越性.针对常用的单弯双稳导向钻具组合,考虑弯螺杆钻具公转产生的离心力影响,应用纵横弯曲连续梁方法和达朗伯原理,建立了单弯双稳钻具复合钻进条件下防斜打直效果分析模型.以提高(Φ)215.9 mm直井段防斜打直效率为目标,模拟分析了钻具结构和钻进参数以及井眼参数对钻头侧向力和井斜趋势角的影响规律,推荐了钻具结构优化和钻井参数优选方案.