基于水力能量利用效率的超深井钻井提速技术

水力因素是影响钻速最活跃的因素之一。为了最大限度地利用水力能量,提高超深井钻井速度,利用编制的软件,对影响水力能量利用效率各因素进行了分析。结果表明,超深井采用?139.7 mm钻杆代替?127 mm钻杆,1000 m可减小泵压约0.6 MPa;黏度每降低10 mPa·s,泵压可降低0.4 MPa左右;密度每增加0.1 g/cm3,泵压增加0.8 MPa左右;排量每增加1 L/s,泵压增加1 MPa以上。同时,分析了超深井钻井喷射钻井的可行性及实现方式,指出超深井水力参数设计需按最小流量法设计,为提高超深井钻井速度提供了有益的参考。     

Ф127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Ф127mm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。     

Φ149.3 mm钻杆高强度接头数值分析

大位移井、深水井和超深井钻井中Φ149.3 mm钻杆旋转台肩接头不能满足API标准高抗扭矩的要求，限制了Φ149.3 mm钻杆性能的发挥。为了充分发挥Φ149.3 mm钻杆的性能，基于有限单元法理论，根据钻杆接头轴对称的特点，将三维问题简化为二维问题，设计了一种新型Φ149.3 mm钻杆双台肩接头，使用ANSYS软件模拟近似分析接头螺纹在各种情况下的强度，再与Φ139.7 mm接头对比，验证其高抗扭矩的性能。通过ANSYS模拟计算，证明了Φ149.3 mm钻杆双台肩接头的高抗扭性能，能够满足现场的应用。     

Ф101mm非标钻具及工具在苏里格气田的应用

鉴于API标准S135钢级Ф88.9和Ф101 mm钻杆均不能适应以深井、大位移井为主的苏里格气田的施工要求,推广应用了非标钻具进行施工。推广措施包括非标螺纹钻具设计和配套工具的改进。钻杆接头选用双台肩非API标准螺纹ST39,锥度为1∶12。将吊卡台肩上部开口直径改为127 mm,高度不变。方钻杆采用107.95 mm非标四方钻杆。现场应用结果表明,研制的Ф101mm非标钻具及配套工具管体和接头的抗拉、抗扭强度较API标准螺纹更加合理,更加符合长水平段水平井钻井施工要求。     

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。     

非API钻具在小井眼水平井中的应用

苏里格小井眼水平井钻井中使用ф88.9 mm钻具出现"两小一高"(排量小、扭矩小、压耗高)的问题,使得螺杆在水平段钻进中动力不足,影响了提速提效。通过API REG 7G计算了钻杆管体的抗扭强度,通过有限元软件分析了接头尺寸与抗扭性能的关系,并根据特殊钻井工艺参数对API钻具接头扣型的要求,提出使用双台肩接头,解决了苏里格水平井钻井中无法在ф177.8 mm技术套管内使用ф101.6 mm钻具的技术难题,实现了钻井过程中的大排量、高螺杆输出扭矩、低循环压耗,满足了苏里格小井眼水平井钻井的需要。     

φ73mm(S135)直连型钻杆的研制及应用

为解决小井眼钻井、小井眼水平井钻井和φ139.7 mm套管开窗侧钻井中输送测井仪器和钻水泥塞的技术难题,研制了φ73 mm(S135)直连型钻杆。其钻杆接头与管体一体化,不需要摩擦焊接,通过减小API规范φ73 mm钻杆的接头外径和设计新型钻杆螺纹,增大了接头外径与井眼的环空间隙,满足在深井中输送测井仪器和钻水泥塞施工的要求,保证了井下安全。现场应用情况表明,该钻杆抗拉、抗扭和密封性能可靠,机械钻速明显提高,钻井施工更加顺利。     

新型双台肩钻杆接头研究与应用

随着钻井技术的进步,要求钻杆接头可传递更大的扭矩以适应各种复杂的工作环境,因此对其抗扭性能研究变得尤为重要。为此,设计了一种新型双台肩钻杆接头。与一般的双台肩钻杆接头相比,新型钻杆接头增加了外螺纹接头和内螺纹接头圆柱孔部分的长度,使得钻杆接头可以保证钻杆在井下传递更大的扭矩而不发生失效。利用有限元软件建立了API标准接头和新型双台肩钻杆接头的有限元分析模型。由有限元计算结果可知,新型双台肩钻杆接头的抗扭能力明显高于API标准接头,可传递更大的扭矩。油田中应用也表明新型双台肩钻杆接头的性能优于API标准接头。     

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在深井和硬地层钻井中，地质构造复杂、地层倾角大、地层研磨性强，机械钻速低、钻具失效严重，钻柱设计是其中的制约因素之一。为此，文章提出以钻柱的强度和沿程水力损失为依据，对深井、强化钻井钻柱设计进行了探讨。针对Φ127 mm钻杆在深井、强化钻井的不足，提出采用Φ139.7 mm或Φ149.2 mm钻杆；对深井尾管段小井眼，针对88.9 mm钻柱的不足，提出采用Φ102 mm钻杆。同时,以钻杆材料的力学性能为例，指出在正确认识API标准的基础上，制定高于API标准的企业标准势在必行。     

选择钻杆的新方法——用一根钻柱可取代5in和3(1/2) in钻杆

用一根带有双台肩钻具接头的4in(102mm)钻杆柱可取代5in(127mm)和3 1/2in(89mm)钻杆,既能钻单底水平井又能钻完一口常规井。对4in钻杆的选择、稳定性和成本等方面进行了详细分析。     

双台肩钻杆外螺纹接头断裂原因分析

对101.6 mm×9.65 mm S135DSTJ型双台肩钻杆外螺纹接头断裂事故进行了调查研究.对该批用过的钻杆进行了详细的探伤检查,发现许多钻杆外螺纹接头部位存在裂纹.通过对钻杆接头断口和裂纹形貌进行分析,认为钻杆接头为硫化氢应力腐蚀开裂失效.通过对钻杆接头结构尺寸、材料性能和承载能力进行分析计算,认为采用同时增大外螺纹接头内径和材料强度的方法,虽然可以保证接头抗扭强度,减小钻柱水力损失,但却降低了钻杆接头抗应力腐蚀开裂的能力,增大了接头危险截面的应力集中,降低了钻杆外螺纹接头的使用寿命.     

AD24井φ139.7mm钻杆接头断裂分析

采用有限元技术分析了AD24井φ139.7 mm钻杆断裂失效的原因,利用测量统计结果得出双台肩钻杆接头承载能力大幅下降是钻杆接头产生疲劳断裂的主要原因,为采取相关的预防措施提供了理论依据。     

钻杆接头抗扭强度及材料韧性指标研究——系列专题之八

近年来由于深井、定向井等逐年增多,钻杆内螺纹接头纵裂破坏成为常发事故。钻杆接头的各种纵向开裂属于低应力脆性断裂。当接头横向材料韧性不足时,任何表面损伤及缺陷如摩擦热裂纹等,都可作为裂纹源向纵深扩展。应用失效评估图技术估算表明,横向材料V型缺口夏比试样室温冲击功大于100J时,将显著减少钻杆内螺纹接头纵裂破坏,失效案例统计数据验证了这一结果。     

S135钢级Φ139.7 mm钻杆管体断裂失效分析

为保证钻井安全生产,采用力学性能试验、金相显微组织分析、断口宏观和微观分析等方法,并结合现场钻机工况,对某Φ139.7 mm×10.54 mm、S135钢级钻杆管体断裂失效原因进行了分析。分析结果表明,钻杆管体各项参数符合标准要求,钻杆管体断裂属于过载断裂,主要原因是钻杆所受载荷超过钻杆管体本身抗拉能力所致。为了避免同类失效事故的发生,提出采用1 138 MPa钢级钻杆和增加管体壁厚的方案,来增加钻杆的抗拉、抗扭能力,实现钻井现场安全生产的目的。