微小井眼水力加压器结构设计及钻压计算

微小井眼钻进过程中,连续管的直径小、刚度低,采用传统的钻铤施加钻压不能满足钻井需要,为此设计了一种用于88.9mm井眼的微小井眼水力加压器。综合考虑井下马达、水力加压器以下钻柱与井壁的摩擦力、水力加压器运动部件与缸体内壁的摩擦力等因素对井底钻压的影响,建立了水力加压器串联在井下马达上方时井底钻压计算模型,通过对模型的求解可以得到钻井液流量、喷嘴直径与钻压关系曲线,为水力加压器在微小井眼钻进中的应用提供了理论依据。     

五级双行程水力加压器设计与力学分析

水力加压器通过节流作用将泥浆动力转化为轴向推力,可以减少因钻柱耦合振动及钻头与岩石互作用引起的钻压波动,从而给钻头施加较为恒定的钻压,延长钻头寿命,减少钻具疲劳失效,提高钻井效率。为了给中深井提供足够大的钻压及提高入井后的钻压调节能力,设计了适用于φ215.9 mm井眼的φ172 mm规格的五级双行程水力加压器。水力加压器工作时,通过主活塞杆和主缸体的花键副传递钻压和扭矩。花键副的载荷环境较为恶劣,应用有限元软件完成了压扭载荷作用下主活塞杆和主缸体的接触应力分析,得出主活塞杆和主缸体的静安全系数4,其结构安全性可以满足使用要求。     

基于赫-巴模型的微小井眼连续油管钻井环空流阻计算分析

微小井眼连续油管（简称CT）钻井井眼直径小,井眼环空中钻井液流阻较大,严重制约微小井眼CT钻井的推广应用,根据微小井眼CT钻井特点,运用非牛顿的赫-巴流体循环流阻计算模型,分别计算不同外径、不同长度的CT在不同偏心度情况下钻Φ89.0mm井眼时的环空流阻,研究微小井眼CT钻井环空流阻随CT外径、长度、井眼偏心度、流速等参数的变化规律。结果表明：使用外径为25.4～73.0mm的CT钻井,推荐CT环空钻井液流速为0.54～3.10m/s。该研究可解决微小井眼CT钻井循环流阻较大的问题,推动微小井眼CT钻井技术的应用与发展。     

基于双曲模型微小井眼连续管环空流阻计算分析

国内对环空流阻的研究大多是针对常规井眼钻井,完全针对?89.0 mm微小井眼CT钻井的环空流阻计算的研究相对较少。鉴于此,以?89.0 mm微小井眼为例,基于不同的连续管管径、连续管井深、环空流速和偏心度等参数,采用数值模拟的方法,运用双曲模型对微小井眼连续管环空流阻进行计算分析,得出微小井眼连续管环空流速随连续管管径、井深、流速、偏心度的变化规律,从而实现对微小井眼连续管环空流阻与各个参数相互关系的定量描述。分析结果表明:连续管钻井过程中采用较小尺寸连续管、保证携岩下的较小流速可有效降低连续管环空流阻;通过现场试验与计算的对比分析,优选了满足地面额定泵压与携岩最小流速条件下的最佳流速范围。研究结果可为解决微小井眼连续管钻井流阻大的问题提供参考。     

基于R-S模型的微小井眼钻井连续油管内钻井液流阻计算分析

微小井眼连续油管（CT）滑动钻井技术是一项易于实现钻井信息化、自动化和智能化的高效、低成本、环保的新型钻井技术，有广泛的应用前景。但微小井眼钻井使用的CT内水眼直径小，钻井液的流阻大。针对该问题，运用数值模拟方法，使用R-S模型计算微小井眼钻井在滚筒上和井筒中CT内钻井液流阻，分析微小井眼钻井CT内钻井液流阻与CT内水眼直径、循环流速、CT长度或井深、滚筒直径、钻井液密度等参数的定量变化规律。结果表明：微小井眼CT钻井技术可使用的CT管柱外径为44.45～73.03mm，可使用的钻井液流速为2～3m/s。该研究结果对于推动微小井眼CT钻井技术在中国的推广使用有一定理论意义。     

微小井眼钻井技术及应用前景

微小井眼钻井技术是最近几年国外迅速发展起来的一项高效、低成本、安全环保、提高勘探开发效率的钻井前沿技术.微小井眼钻井技术是指井眼直径小于88.9 mm的钻井技术,由于井眼小,使用连续油管钻井,采用新的地震测试技术,易于自动化钻井,因此钻井所需的设备装备减小,停钻时间缩短,生产效率高,能降低勘探钻井成本,降低开发钻井成本1/2,降低海上钻井成本1/2以上.同时产生的少量固体废弃物和处理液也减少了对环境的污染.但微小井眼钻井的配套技术及装备还不是很完善.微小井眼钻井技术的使用范围十分广阔,能够用于定向钻井、欠平衡钻井,地层测试,钻浅层开发井,钻深层勘探孔或其它敏感环境,可在超低水下、海上及陆上边远地区和一些恶劣自然环境条件下进行作业.微小井眼技术独特的应用是在储层或储层附近进行信息检测或通过探测储层如何流动来追踪油气回收作业.低的钻井成本将会使微小井眼钻井技术在今后得到广泛的推广应用.     

微小井眼技术井下工具最新进展和思考

微小井眼钻井是一项井眼直径小于88.9mm,高效、低成本、环保的钻井新技术,该技术容易实现信息化、智能化和自动化,是最近几年国外迅速发展起来的一项钻井前沿技术。2004年以来,为推动微小井眼钻井技术的发展,美国能源部门两次投入1000多万美元,集中了如Baker Hughes、Schlumberge等世界知名石油公司和相关研究机构参与微小井眼钻井技术的研发工作。通过近三年的研究,微小井眼钻井技术及配套工具得到了很大的进展,重点介绍了微小井眼技术井下工具的最新进展,并就我国的微小井眼技术提出了思考和对策。     

微小井眼钻井技术概况、应用前景和关键技术

微小井眼钻井技术具有大幅度降低钻井成本、利于环保和适于恶劣环境下作业等优点。全面发展微小井眼钻井技术之前需要了解该技术的内涵、国内应用前景和关键技术。为此,明确了微小井眼钻井技术的概念,介绍了微小井眼钻井技术的发展现状,分析了该技术在老油田、浅层油气、煤层气"、三低"油气藏等的开发效益和应用前景,提出了微小井眼钻井技术的发展方向,即以小型复合连续管钻机为基础、井下钻具为主导、其他技术相辅助,提出国内需分布实施微小井眼钻井技术,应加大连续管技术、工具及微小井眼钻井基础理论研究、管柱力学、水力学软件等方面的研究力度。     

超深井连续管短半径侧钻工艺研究与现场试验

采用连续管经过油管柱对现有储层进行加深或对未开发层段进行开窗侧钻，不仅可以省去起出油管的费用，也可以避开复杂盖层快速进入目标储层。为了验证连续管过油管侧钻技术的优势，以TH区块深井A井三开井身为例，分析了连续管侧钻面临的技术难点，通过井眼轨迹优化形成了全增并造斜率逐渐增加的方案，依据短半径工程实施中工具柔性弯曲的附加轴向力要求，通过工具优化，形成了?114.3 mm扶正管柱配套侧钻?88.9 mm井眼的设计方案。现场应用结果表明：在2.5°单弯螺杆定向造斜的配合下，连续管钻井平均机械钻速达1.06 m/h,最大机械钻速10.8 m/h,经济效益显著，也证实了连续管钻井的技术优势；连续管钻井管柱组合中，中间部分可以依靠钛合金的柔性特点，尽量缩短两端的工具串长度，以满足短半径侧钻要求。所得结论可为连续管在老油区实施钻侧提供应用参考。     

水力加压器介绍

水力加压器是一种将压差转换成钻压的液压工具，对由于井下震动和冲击引起的钻柱扭断、钻压不稳等问题，使用水力加压器可起到液压吸震的作用，它可阻尼掉轴向震动，在较长的水平井和斜井补偿失控的滑动钻井，保持恒定钻压。介绍了水力加压器的工作原理，级数、使用前需进行的类型造反安装阻流尖嘴及地面测试等，概述了水力加压器的使用方法。通过观察立管压力的变化可清楚地了解加压器井下工作情况。     

井下连续管轴向力及其影响因素分析

针对连续管在井眼中的受力特点,考虑连续管自重、井壁支反力、井壁对连续管的轴向摩擦力、连续管内外流体压力和粘滞阻力、井斜角、方位角以及流体对连续管的浮力等对连续管力学行为的影响,建立了井下连续管轴向力分析模型。编制了相应的力学分析软件,并结合具体的作业工况,对连续管轴向力及其影响因素进行了深入分析。计算结果表明,摩擦因数、连续管尺寸改变了连续管轴向力的分布,井眼尺寸对其轴向力的影响很小。该分析方法与分析结果可用于指导现场连续管井下作业的设计与施工。     

连续管振动减摩钻井技术研究

连续管振动减摩钻井技术可以较好地降低连续管钻井过程中的摩擦阻力。构建了连续管振动减摩钻井模型,对连续管的受力及运动进行了分析。通过搭建振动钻进试验台,模拟激振器在连续管屈曲段的微井眼振动能量,开展相应的振动试验对连续管振动钻井技术进行了验证,并对不同条件下的井筒摩阻进行了比较分析。分析结果表明,轴向振动减摩效果优于旋转振动减摩效果,适当增加振动频率可提高减摩效果,应优先发展轴向振动减摩工具与钻井工艺方法;合适的振动幅度、振动频率与连续管的整体力学性能、地层特性有关;单纯通过井下工具虽可达到减摩降阻效果,但增加了井下结构的复杂性,给钻井带来了额外风险。     

连续油管打捞连续油管关键工具研究与应用

针对用常规管柱打捞连续油管作业效率低、风险和施工强度高等问题,在调研连续油管作业技术现状的基础上,提出了连续油管打捞连续油管的思路,针对现场技术需求研发了专用打捞工具。通过模块化结构设计,在专用打捞工具中集成了鱼顶旋转引入、鱼顶检测、鱼顶抓获及剪切等功能机构,使其能够适应连续油管打捞连续油管的工况。模拟计算和室内试验证明,专用打捞工具的性能达到了设计要求。该专用打捞工具在塔里木油田X–1井?88.9 mm生产管柱内进行了13次打捞连续油管的作业,累计捞获井内严重遇卡的?38.1 mm连续油管2 851.87 m,捞获率100%,作业效率是常规管柱打捞作业的4倍,验证了专用打捞工具性能的稳定性。研究结果表明,连续油管专用打捞工具能够满足打捞连续油管的要求,可提高打捞连续油管的成功率和作业效率。      

带封隔器的油套合压管柱油管临界排量计算

为防止油套合压过程中封隔器因承受较大活塞力而发生移位,开展了保证封隔器不发生移位的油管临界排量计算研究。通过管柱受力分析,建立了压裂管柱轴向力计算模型,利用有限元分析软件模拟了封隔器胶筒的锚定力。根据压裂管柱所受轴向力与锚定力的关系建立了保证封隔器不发生移位的油管临界注入排量计算模型。通过计算得出:当地层破裂压力梯度为2.1 MPa/100m时,井深2 000.00 m处φ60.3,φ73.0及φ88.9 mm油管的临界排量分别为0.965,0.810和0.470 m3/min;而在井深3 000.00 m处,3种尺寸油管的临界排量分别为1.120,0.985和0.680 m3/min;临界排量随井深增加而增大,随油管尺寸增大而减小;在选取的地层破裂压力梯度范围内,地层破裂压力梯度为1.8 MPa/100m时,φ88.9 mm油管的临界排量最小,为0.46 m3/min。研究结果表明,油管排量大于临界排量可有效防止封隔器发生移位,有助于确保油套合压过程中压裂层位和压裂深度的准确性。      

超临界CO_2连续油管钻井可行性分析

超临界CO2流体具有接近于气体的低黏度和高扩散系数,同时具有接近于液体的高密度。与氮气、空气、液体、充气液、泡沫等钻井流体相比,超临界CO2流体的密度变化范围较宽,这一特性使得超临界CO2为井下马达提供足够扭矩的同时,还能保证井底的欠平衡状态。即使超临界CO2流体侵入储集层,也不会对其造成伤害,相反还能进一步增大储集层孔隙度和渗透率,降低流动阻力,提高采收率。同时超临界CO2射流破岩速度较水射流快得多,而且破岩门限压力也非常低,在利用连续油管进行超临界CO2喷射钻井时,可大大降低连续油管钻井系统的压力,扩大连续油管的作业范围,更适合小井眼、微小井眼、超短半径水平井、复杂结构井等钻井。超临界CO2连续油管钻井将为钻井带来一次全新的技术创新,也将成为特殊油气藏开发的高效钻井技术。图10表1参15     

进口P110EU油管粘扣原因分析及试验研究

对某井在完井作业过程中进口φ73.0 mm×5.51 mm P110EU油管粘扣事故进行了调查研究,宏观分析了油管粘扣形貌,检查了库存油管螺纹接头,对粘扣的油管接头工厂端进行了上、卸扣试验。调查研究和试验分析结果表明:油管本身抗粘扣性能符合标准要求,油管粘扣原因主要与背钳夹持位置不当、且没有引扣有关。     

长水平段水平井冲砂管柱摩阻分析及应用

针对水平井垂深浅、水平段长,因水垂比高带来作业管柱下入摩阻大,直井段油管重力不足导致冲砂作业管柱下入深度受限的问题,开展了冲砂作业管柱下入摩阻仿真模拟研究。基于水平井井眼轨迹、管柱组合结构和流体摩阻等影响因素,同时考虑冲砂作业管柱存在多变径部位的特点,结合变径部位的轴向力计算模型,建立了冲砂管柱下入摩阻的预测模型。对CP11水平井的冲砂管柱进行了下入摩阻分析。分析结果表明:采用73.0 mm+88.9 mm两种规格工具油管组合的作业管柱改变了直井段的油管重力,增大了管柱的有效推力,提高了冲砂作业管柱的下入能力。同时分析表明冲砂管柱下入速度不宜过大,管柱下入速度过大会增大管柱的流体摩阻,影响管柱下入能力。研究结果可为油田长水平段水平井作业管柱优选及现场安全施工作业提供理论指导。     

液力转向器研制与应用

针对连续管管柱不能转动的固有特性,根据定向钻井的技术要求,通过在地面启停泥浆泵的方式,利用液力转向器驱动井下定向钻具组合进行转动,从而调整定向钻具的工具面,实现连续管定向钻井。连续管液力转向器可单次转动角度45°,额定输出转矩700～945 N·m。试验表明,外径95 mm的连续管液力转向器完全满足121 mm井眼连续管定向钻井的技术要求,实现了连续管定向钻井。