长寿命减扭防磨工具的研制与现场应用

减扭防磨工具可以将钻杆与套管间的摩擦转化为工具本体与其旋转外套间的摩擦,有效传递施工扭矩、降低套管磨损达到减小施工扭矩和保护套管的目的.文章在对国内外减扭防磨工具结构特点及现场应用情况分析的基础上研制了 一种长寿命、高效的全金属减扭防磨工具,并对减扭防磨工具的抗拉、抗扭强度进行了测试,室内试验结果表明,工具的抗拉强度能...     

常规套管防磨器损坏原因分析研究

对于深井、超深井、大斜度井和定向井及其水平井,使用套管防磨器是防止套管先期损害的主要措施之一。对使用过的常规套管防磨器进行了解剖分析,并从理论上力分析了常规套管防磨器损坏的原因,拉应力和由于弯曲引起的拉应力是套管防磨器摩擦块脱落的主要原因;而弯曲引起的压应力是套管防磨器摩擦块挤碎的主要原因,这与对套管防磨器解剖得到的摩擦块两种损坏形式是一致的。可以为套管防磨器的设计提供依据,减小套 管对钻杆的磨损。     

钻杆防磨保护套在水平井水平段中的仿真分析

针对钻杆防磨减断保护套在水平井水平段应用中的问题,采用ANSYS和ADAMS软件,对钻杆防磨保护套在钻进过程中与钻柱及井壁的接触问题做了动态仿真分析,给出如下结论和建议:(1)钻杆防磨保护套与钻杆和井壁之间的接触压力主要受钻柱重力的影响,在钻柱适当的位置增加保护套数量可有效地减小接触压力,减轻磨损;(2)钻杆防磨保护套除因晃动引起外壁磨损外,还常发生内圈磨损,这使摩擦由钻杆与套管的硬摩擦变成钻杆与保护套的软摩擦,从而减轻了套管和钻杆的磨损;(3)钻杆防磨保护套与卡箍之间存在较大压力,铝制卡箍耐磨性较差,应定期更换。     

月牙形和偏心圆筒形内壁磨损套管应力分析

为了分析偏心圆筒形磨损套管和月牙形磨损套管的等效应力,以177.8 mm×12.65mm的P110钢级套管为例,建立了月牙形磨损套管和偏心圆筒形磨损套管的有限元模型,用有限元法分析了内、外压作用下不同磨损深度套管的偏心圆筒形模型和月牙形磨损模型的等效应力,同时还分析了不同直径钻杆磨损后月牙形磨损套管的等效应力。分析结果表明,受磨损套管内部应力的影响,在内、外压作用下月牙形磨损套管的等效应力大于偏心圆筒形磨损套管的等效应力;将月牙形磨损模型转化为偏心圆筒形模型来分析磨损套管的等效应力是危险的,相同磨损深度和载荷作用下月牙形磨损模型的等效应力更大;将月牙形磨损模型转化为偏心圆筒形模型来分析磨损套管的剩余强度值偏大。     

山前地区深井超深井套管防磨与减磨技术研究

针对山前地区深井超深井钻井过程中套管磨损严重的问题,在分析套管磨损机理的基础上,开展了山前地区套管防磨与减磨技术研究,基于技术研究成果及应用实践,得到如下结论:1应用Power V等垂直钻井系统控制井眼轨迹,特别是上部井段的狗腿度和井斜,可明显减小侧向力和磨损量,缩短套管磨损时间;2应综合考虑套管磨损率、磨损系数以及钻杆耐磨带本身的磨损量,优选出效果最优的耐磨带;在狗腿度严重的位置,可考虑采用一定数量的橡胶钻杆卡箍来减轻对套管的磨损;3山前地区钻井液采用CX-300减磨剂能够显著降低磨损速率,减轻套管磨损程度,但在不同钻井液体系使用之前应进行优化分析以确定最佳使用量;4在迪那204井使用高密度钻井液体系,全部采用优选的高密度重晶石粉代替铁矿粉作为加重剂,整个钻进过程中未出现钻具及套管磨损,迪那204井易损件消耗量仅为邻井迪那203井的左右,防磨减磨效果非常显著。     

水平井套管磨损规律及防磨优化研究

在水平井钻井过程中,受造斜段井眼曲率大、水平段钻具受重力影响躺在井眼底边等原因,技术套管磨损问题极为突出,井筒完整性存在极大的隐患,对水平井套管磨损及剩余强度的分析展开系统性的研究是非常有必要的。文章采用套管磨损实验和套管磨损效率预测模型相结合的方法,对技术套管的磨损厚度、磨损系数、磨损后套管的剩余强度进行了研究分析,得到了在水平井磨损系数为1.52×10^-13/pa^-1、井眼曲率在（2～6）°/30 m时的套管磨损厚度、磨损后套管的剩余抗内压强度和剩余抗外挤强度,并对磨损后套管剩余强度进行安全评价。随后从井眼轨迹优化、套管内径及钻杆接头耐磨带选择等出发,总结出水平井技术套管防磨优化建议。此项研究结果对水平井技术套管防磨设计及防磨措施具有指导意义。     

钻杆接头PT100耐磨带的敷焊工艺与应用

在深井、超深井、丛式井、大斜度井、水平井的钻井过程中,套管经常被磨穿,造成严重损失,因此对钻杆接头耐磨带提出了更高要求。针对钻杆接头耐磨带现状,开发出新型钻杆接头耐磨带材料PT100及其敷焊工艺。新型钻杆接头PT100耐磨带在钻井应用中表明,(1)与钢质钻杆接头相比,套管磨损减少86％;(2)与碳化钨耐磨带的接头相比,套管磨损降低76％;(3)在大斜度井中,由于摩擦系数减小,大大降低了钻具旋转阻力,扭矩增大30％,节省材料消耗10％;(4)在裸眼钻井环境下,更大程度地保护钻杆接头,减小磨损。     

分体式非旋转防磨减断保护套研制成功

随着钻井技术的不断发展 ,深井、大位移井、水平井、三维定向井作业越来越多 ,但由于井眼深度增加、井眼轨迹复杂等原因 ,造成钻杆与套管之间的摩阻和磨损较大 ,在钻井过程中表现为 :套管严重磨损甚至磨穿 ;井下扭矩大 ,容易造成断钻具事故 ;容易产生压差卡钻。为此 ,中石化石油勘探开发研究院德州石油钻井研究所研制了分体式非旋转防磨减断保护套 ,有效地解决了这个问题。该保护套的工作原理是 :在靠近钻杆接头的部位 ,装上一个外径大于钻杆接头且耐磨的保护套 ,用上下两个固定在钻杆上的卡箍定位 ,这样保护套在钻杆接头位置起到了支撑的作…     

复合磨损套管爆裂失效机理及剩余强度预测

超深井、水平井、大位移井等复杂油气井服役工况异常恶劣,套管复合磨损严重,将对井筒完整性构成巨大威胁,且磨损套管剩余强度难以精准预测。为此,基于塔里木盆地塔中北坡顺南区块501井套管磨损数据及P110管材应力—应变本构关系,建立了充分考虑钻杆本体和接头联合造成的磨损模式、夹角、磨损重叠深度及磨损深度的复合磨损套管有限元力学模型,并开展了多种复合磨损模式下套管弹塑性变形、屈服、裂纹萌生、扩展及爆裂行为模拟,得到了不同复合磨损套管应力分布、剩余抗内压屈服强度及爆裂强度。研究结果表明：(1)月牙夹角在0°～90°时,应力干涉削弱应力集中,月牙夹角在90°～180°时,应力干涉增强应力集中,这种交互作用机制导致磨损套管剩余强度随着月牙夹角增加而先增加后降低;(2)裂纹萌生并起始于等效应力最大的位置即磨损月牙中心,并垂直于最大环向应力沿径向从套管内壁向外壁扩展,且裂纹一旦萌生,裂纹将迅速扩展并发生爆裂失效;(3)灰色关联度分析确定了复合磨损套管剩余强度对磨损深度、月牙夹角、复合磨损形式、月牙重叠深度的敏感性,分析结果表明磨损深度是决定套管剩余强度的主控因素。结论认为,该认识为套管强度设计与优化提供...     

套管防磨技术在新港1井的应用

大港油田新港1井是1口五开三段制定向井,完钻井深6 716m,三开311.1mm的定向、稳斜井段长达2 470m。由于该井段的岩石可钻性差,钻井施工时间长,钻杆对上层技术套管的磨损相对较为严重,甚至可能磨漏套管。应用兰德公司的减阻防磨套能有效减少钻井过程中技术套管内的钻杆与套管内壁接触磨损的几率。现场应用表明:减阻防磨套可以有效地保护套管和钻杆,为下一步作业和后续工作提供安全保障。新港1井套管防磨技术的成功应用为深井钻井安全施工提供了有益的参考。     

伊朗雅达油田优快钻井技术

伊朗雅达油田地质条件复杂,为碳酸盐岩储层,具有高温、高压及多压力系统,并含有高浓度硫化氢及二氧化碳酸性气体。在2001到2003年间施工了5口探井,井深4 500~5 000 m,普遍钻井存在着机械钻速低、井漏、压差卡钻、高压沥青层侵入等突出问题,钻井周期长,安全快速钻井面临巨大的挑战。文中分析了雅达油田钻完井存在的难点以及优快钻井技术应用方案,包括灰岩地层压力检测技术、非渗透防卡钻井液技术、高效破岩及优选钻井参数、高压沥青层钻井技术为特色的雅达油田安全快速成井配套技术等,这些成果在雅达油田一期的井身结构、钻头选型、钻井提速和钻井液等方面进行了全面应用,平均机械钻速较前期提高40%以上,取得了显著的效益。     

非均匀地应力条件下磨损位置对套管应力的影响研究

深井、超深井、大斜度井、大位移井等高难度井逐渐普及，其钻柱工作时间的延长以及井眼轨迹的变化使得套管磨损问题日益突出，而磨损位置的不同会对套管强度降低的程度产生重要影响。为此，文章在充分考虑地应力非均匀性的基础上，建立了磨损后套管应力计算的有限元模型。计算结果表明，当磨损位置处于最小地应力方位时，磨损带来的套管应力增加和地应力非均匀性导致的套管应力非均匀分布得到了叠加，是最危险的情况。由于套管磨损位置带有一定的随机性，因此在设计套管强度时，应以磨损位置处于最小地应力方位为基准才是安全的。     

四川盆地深层碳酸盐岩钻完井技术实践与展望

四川盆地的油气资源勘探开发正在向着更深的层位进军,深层碳酸盐岩气藏深井超深井的多压力系统、可钻性差、超高压超高温、高含硫等诸多难题给钻完井工程带来了巨大的挑战。为了保障该盆地深层碳酸盐岩油气资源勘探开发的顺利进行,立足现场实践与技术攻关相结合的总体思路,“十三五”期间安全快速地完成了诸如双鱼石构造双鱼X133井等一批井深8 000 m左右的超深井,深井超深井钻完井配套技术试验攻关取得了重要进展。获得的成果包括:(1)非标准井身结构优化,配合精细控压、承压堵漏等技术的应用,奠定了优快钻进、安全钻达地质目标的基础;(2)全面优选推广使用高效、个性化PDC钻头,有效地提高了难钻地层平均机械钻速;(3)研发应用的抗200℃高温、抗复合盐水等钻井液及主动承压堵漏技术,有效地减少了高温、高压盐水、井漏等复杂地层钻进的井下复杂情况;(4)精细控压钻井及精细控压固井技术应用于窄密度窗口、多压力系统、压力敏感性地层,平均钻完井液漏失量下降90%以上,复杂处理时间缩短85%以上,固井质量合格率提高20%以上;(5)集成应用的气体钻井等提速技术和工具,使得钻井周期和成本均大幅度缩减。结论认为,该试验攻关成果已基本支撑了四川盆地安岳气田天然气资源的快速转化、川西北二叠系和泥盆系天然气资源的重大发现;同时,为适应“十四五”期间四川盆地9 000 m以深的深层天然气开发,钻完井技术仍需要在抗高温井下工具、工作液等9个方面加快攻关进程。     

套管防磨保护措施

在深井,特别在高温高压深探井中,套管的磨损是一个比较突出的问题,且保护套管和保护钻杆往往是矛盾的。崖城4井采取控制平台漂移、钻直表层井段、采用合适的钻具来控制井斜和减小井斜变化率、选用合适的钻杆等作业保护措施非常成功地达到了既保护了套管,钻杆也没有出现过度磨损的目的。介绍了该井凭借有关资料制定的相应保护措施,通过与其他井的情况对比,分析总结了该井成功经验,可为以后钻探同类型的井提供一些启示。     

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南方海相地层高压气井的井控工艺有其独有的特点和难点，允许开展工作的压力窗口狭窄，能量足，喷势大，来势猛，失控造成的损失会非常严重。对既满又喷的地层可以采用堵满和提高钻井液密度压井相结合、待压稳后才继续后续作业的方法进行钻井施工。直放喷通道是气井井控的常备通道，长期关井和间歇放喷不利于井控安全，最好的办法是尽快压井。井控设备配套应在行业标准的基础上进一步强化，除了高压水密封试验外还必须进行高、低压气密封试验。压井需要较多的重钻井液储备和更复杂的工序。节流放喷期间应采取保温措施。     

定向井坍塌压力上限对钻井安全密度窗口的影响

一般钻井安全密度窗口通过计算坍塌压力与破裂压力确定,钻井液密度过低会引起井壁坍塌。实际钻井情况反映,钻井液密度超过坍塌压力上限也会造成井壁坍塌。结合井壁成像测井,分析了高密度钻井液下的井周应力状态,建立了σ_z'＞σ_r'＞σ_θ'模式的坍塌压力上限计算模型,推导得出了直井的解析表达式与定向井的数值计算方法。结果显示:不论直井或定向井,对于强度低于某一临界值的地层,以传统的破裂压力作为安全密度窗口的上限将会低估井壁失稳风险;地层强度临界值的大小取决于主地应力、孔隙压力、有效应力系数。对定向井而言,坍塌压力上限随井斜角和方位角变化的敏感性较高,沿水平最小地应力方向钻进的井眼坍塌压力上限较高;随井斜角增大,坍塌压力上限与破裂压力值逐渐趋于接近。研究结果可防范高密度钻井液引起的井壁损伤和井塌现象。     

深井超深井气体钻井一次性气举工艺技术

气体钻井技术能保证循环介质的当量密度低于 １ ． ０ ０ｇ ／ ｃ ｍ ３ , 有效控制钻井液漏失, 提高机械钻速。目前, 气体钻井设备工作的最大气压为１ ５ ． ０ＭＰ ａ 。针对深井超深井气体钻井前气举中因管内外压差过大, 施工压力过高, 用常规气举办法难以一次性完成的难题, 提出以气浸诱喷为主要原理的深井超深气体钻井一次性气举技术, 同时向钻具内泵入气体和钻井液, 钻井液把气体不断的推到钻具环空, 使井筒发生严重“ 气浸” , 直至井筒发生有控制的 “ 溢流” , 逐步降低环空液柱压力, 最终实现“ 人造井喷” , 将井筒内的钻井液完全举出。在Ｌ Ｇ地区某深井运用该技术, 只耗时４ ． ０ｈ就成功地一次性在井底将全井钻井液举出, 开创了国内深井一次性气举的先例, 展示了该技术“ 节约钻井时间、 减少环境污染” 的优点, 提升了气体钻井技术水平。     

青海柴达木盆地三高井钻井液技术

柴达木盆地的牛东、冷湖、扎哈泉和英西区块地层岩性复杂,有盐层、盐膏层、芒硝层、硬脆性泥岩、高压盐水层,以往钻井事故和复杂频发,盆地阿尔金山前带牛东鼻隆构造,受造山运动影响,整体地层倾角为60°~70°,地应力较高且存在高压盐水层,压力系数多变,裸眼井段井壁失稳现象时有发生。2013年至今,在柴达木盆地应用BH-WEI抗三高钻井液服务各类井20口,为做好各区块钻井液技术服务,施工前查阅相关资料,结合室内实验与现场试验,总结得出低活度、弱水化与强封堵、强抑制有利于井壁稳定的结论,已完成青海油田1字号重点风险预探井4口、第1口分支水平井和扎哈泉第1口水平井,最高使用钻井液密度为2.35 g/cm3,平均井径扩大率为4.67%,电测成功率为100%。其中应用井扎平1井是油田公司在扎哈泉致密油区块部署的第1口水平井;东坪区块仅在2013年采用威德福MEG钻井液完成1口四开水平井,因漏失严重且井下复杂提前完钻,而2013~2014年在该区块应用BH-WEI钻井液顺利完成水平井6口,实现零事故复杂;2014年初投产的坪1H-2-2和坪1H-2-1井,完井测试均为区块高产井,平均日产天然气50×104 m3/d。现场应用情况表明,抗三高钻井液体系配方简单,维护方便,具有良好的剪切稀释性,具备动塑比高、塑性黏度低等特性,环空压耗小,井眼清洁,具有良好的润滑防卡和防塌能力,可防止侏罗系深灰色泥岩垮塌及水平井定向托压及黏附卡钻,形成一套适合青海油田复杂区块探井、水平井钻井液工艺技术。      

磨损套管爆破强度应力应变分布规律研究

套管磨损后,其壁厚大大减薄,抗内压爆破能力大大下降,从而会造成大量的钻井事故或油气井早期报废。利用有限元分析软件,研究了有水泥环和无水泥环磨损套管模型爆破压力下的应力应变分布规律。研究结果表明,在逐渐加载至爆破压力的过程中,应变与加载内压的关系会由线性变为非线性;爆破压力下,磨损套管内外壁面的应力分布曲线在周向20°位置存在一个明显的转折点;套管外表面周向20～140°段径向位移会随着磨损量的增大而减小。     

钻柱拉力扭矩模型在侧钻水平井中的应用

在油气井作业中,由于钻柱和井壁接触所产生的轴向阻力和扭矩损失对钻井和修井作业均有很大的影响，甚至成为作业成败的关键。钻柱的拉力和扭矩分析是水平井和大位移井设计和施工的重要内容。为此，介绍了钻柱拉力扭矩分析的数学模型、钻柱稳定性判别方法和屈曲后的附加压力和附加应力的钻柱强度校核方法。对钻进过程中的G104-5CP12侧钻水平井钻柱的各种运动状态进行了力学分析。计算表明，在正常施工过程中钻柱一直处于稳定状态，具有比较大的安全系数。