泡沫钻井用空气锤工作性能研究

介绍了空气锤气室结构和工作原理,提出了空气锤工作的关键点是后气室与活塞的能量积聚和前气室向井底的能量释放。从气室结构参数、钻头尾管尺寸参数、气缸与活塞之间的间隙3个方面分析了泡沫钻井用空气锤的工作性能,并提出了保证空气锤泡沫钻井的调整方案,对空气锤钻井技术应用于泡沫钻井具有参考价值。     

空气锤钻头保径技术探析

介绍了空气锤钻头结构特点和空气锤保径技术研究现状,把空气锤钻头磨损分成了钻头齿断齿、钻头齿掉齿、钻头齿偏磨、钻头齿齿高磨损、钻头刚体磨损及钻头刚体划伤6种形式,并从材料选择、结构设计和空气锤钻井工艺3方面对磨损进行了分析。从材料选择和结构改进2个方面对现有空气锤进行了改进,提出了"三翼面"保径空气锤钻头。新型空气锤保径钻头在龙岗39井空气锤钻井应用中取得了钻进1 899.35 m只磨损2.5 mm的好成绩。     

空气锤钻井机械比能计算方法

空气锤钻井是目前硬质岩层钻井提速提效的重要工艺,为了实时评价空气锤钻头的工作效率,提高钻井施工可控性,对空气锤钻井机械比能计算方法进行了研究。基于前人提出的机械比能相关理论,分析了空气锤钻头机械结构和钻进机理,引入冲击效率和冲击速度等参数修正完善机械比能计算模型,并提出能量传递效率η_tr,辅助分析空气锤钻井效率。根据以上理论模型,研制了空气锤钻井机械比能计算软件,可综合利用钻井参数、岩石力学参数、机械比能、能量传递效率等多种连续曲线剖面科学评估空气锤钻头的钻井效率,并采用元坝区域的钻井数据进行验证。结果表明,该计算方法得到的空气锤机械比能和能量传递效率对钻井效率的评价基本与现场实际情况相符,本文所研究的方法对评价空气锤钻井效率、优化钻井参数和钻后分析具有重要意义。     

空气钻井钻柱波动响应规律研究

空气锤钻井具有提高机械钻速、减少储层伤害以及降低钻井成本等优势,因而在国内外各大油田得到广泛应用。而高速冲击的空气锤产生的应力波既有破岩作用．又对钻柱产生了一定程度的损伤．极易导致钻柱失效。文中根据应力波传播理论,对高速冲击工况下产生的应力波进行了模拟研究,求解出了波动响应随时问变量在钻柱中的传播规律,为研究应力波的破坏机理奠定了基础：     

空气锤及空气钻头在普光气田的应用

普光气田已钻井实践表明，常规钻井液钻井技术机械钻速低，钻井周期长，钻井复杂及事故多，无法满足普光气田开发要求。如何优质、安全、快速钻井成为普光气田勘探开发进程中必须要解决的重大技术难题。为此，对空气锤和空气钻头发展历史进行了简单回顾，介绍了空气锤及空气钻头的结构、使用优点和应用注意事项，重点阐述了空气锤和空气钻头在普光气田的应用效果和出现的问题。实践证明，空气冲击旋转钻井技术是解决普光气田陆相地层钻井难题的有效途径，是加快普光气田开发进程的重要技术，为解决高陡构造防斜打快提供了新思路。     

空气锤钻具组合稳定性动力学因素分析及优化

空气锤钻井过程中由于活塞轴向冲击锤头进行破岩工作,钻柱会产生轴向振动,其中下部钻铤振动常发生以钻铤螺纹断裂为主的失效故障。文章以某井空气锤钻井钻具组合及钻井参数为例,通过有限元法,建立了空气锤钻井全井段钻柱动力学模型,从动力学出发研究下部钻具组合动力学特性,优化空气锤气体钻井钻具组合。研究结果表明：空气锤钻井主要影响下部300 m钻柱,在冲击振动弯扭共同作用下,钻铤螺纹容易产生疲劳失效,模拟结果与现场失效　情况相符。优化方案为KQC275空气锤钻井过程中上部接Ø279. 4 mm 钻铤,此时钻柱系统轴向振动最小,全井段钻柱动态钻进稳定性好,对现场空气锤钻井钻具组合方案进行了优化,预防了钻柱失效。该研究对空气锤钻井钻柱动力学行为有了明确认知以及提供了钻柱振动失效预防措施     

空气锤钻头断落打捞机构

空气锤钻井技术的高效、高质量钻井效果在川东北探区须家河组以上陆相地层得到广泛的认同。但是,空气锤、特别是配套冲击钻头断脱导致的井下事故时有发生,影响因素极为复杂。研究空气锤配套钻头颈部断落机理,分析几种石油矿场用空气锤钻头打捞机构的特点,并设计钻头断落打捞机构是进一步发挥空气锤钻井效率的保证。     

新型自转式空气锤破岩机理研究

空气锤在钻井过程中不旋转, 使得井壁不光滑、 井眼不规则; 同时给分支井、 水平井段钻井、 完井作业带来困难。为此, 设计了一种不需要转盘带动、 具有自动旋转功能的空气锤, 用于水平井气体钻井的井下加钻压工具, 具有自动加压的推进动力, 解决了水平井钻头加压的难题。同时, 对自转式空气锤的工作参数和结构进行了优化设计; 实现了旋转功能。对岩石冲击、 井底岩石破碎等方面进行了机理研究, 为自转式空气锤在水平井、 分支井段的应用提供了依据。     

SGQ320型气体钻井用贯通式潜孔锤的研制

常规空气锤钻井技术在石油钻探领域得到了较大的发展和应用,为气动潜孔凿岩工具的发展和使用提供了广阔空间。在系统分析总结反循环空气锤气体钻井技术优势的基础上,详细介绍了SGQ-320型贯通式潜孔锤的组成及工作原理、关键结构参数及零部件的设计、性能参数仿真计算等整个研制的思路和过程。根据拟施工的井眼尺寸,以满足钻头体积碎岩所需冲击能量为前提,计算确定活塞的质量及关键参数,进行具体结构设计,并利用计算机模拟仿真程序辅助进行性能参数设计。SGQ-320型贯通式潜孔锤已完成室内调试,各项性能指标均达到了预期设计要求。该工具的成功研制为石油钻探提供了新的技术支持,能够融合气体钻井、冲击旋转钻井、反循环钻井三者优势,提高复杂地层、深井硬岩地层钻井速度。      

空气锤活塞运动规律研究

为了进一步研究空气锤气室和活塞设计参数对空气锤性能的影响,以KQC系列空气锤为例,在空气锤活塞与气室的物理模型和数学模型的基础上,利用VC++编程软件对空气锤的气室状态和活塞运动规律进行了仿真计算并对计算输出数据进行处理,得出空气锤性能参数曲线,由性能参数曲线分析得出空气锤的内部设计参数与空气锤性能参数之间的关系。研究结果为空气锤的进一步改进和完善提供了理论依据,也为空气锤现场应用中及时调整部分结构参数以保证空气锤的正常工作和快速钻进提供了依据。     

元坝区块陆相井钻井关键技术探析

以元陆10井为例对元坝区块陆相井钻井的关键技术进行了探析。该井在钻进中先后使用了空气锤钻井技术、PDC钻头+螺杆钻具复合钻井技术、进口PDC钻头+扭力冲击器钻井技术及孕镶金刚石钻头+高速涡轮复合钻井技术,有效克服了陆相地层岩性复杂、机械钻速低及易斜易漏等难题。其中进口PDC钻头+扭力冲击器钻井技术应用效果较好,平均机械钻速是常规钻井牙轮钻头的4.68倍,平均单只钻头进尺是常规钻井牙轮钻头的9.7倍。建议使用无固相钻井液体系,并在珍珠冲段之前结束使用扭力冲击器。     

射流冲击器配合PDC钻头在超深井中的应用

射流冲击器配合PDC钻头在超深井中应用可有效提高机械钻速。在简要介绍旋冲钻井破岩机理和射流冲击器的工作原理与性能特点之后,对应用于新疆塔河工区的YSC-178射流冲击器的技术参数进行了优化,选择冲击器活塞行程15 mm,冲锤质量45 kg,分流孔直径13 mm,确定冲击功193～268 J,冲击频率6～19 Hz,压耗1～3 MPa。最后对YSC-178射流冲击器在S116-3井的应用情况进行了详细分析,指出该型射流冲击器与PDC钻头配合进行超深井钻井提速是可行的,应用井例的机械钻速较邻井显著提高。     

空气锤在石油钻井中的应用前景

针对目前深部、复杂地层钻速低和易产生井斜、大直径井眼和水平井施加钻压困难、钻井成本高等问题进行了大量的调研。通过相关文献提供的数据和图表资料分析得出：空气锤结合了冲击回转钻井和空气钻井的两大钻井优势，转速低，扭矩小，钻压小，降低了钻具循环应力和磨损，控制井斜容易，在很大程度上提高了机械钻速、降低了钻井时间和成本，钻硬地层时优点更为突出，由此提出了研究空气锤的必要性，并全面总结了空气锤钻井的优越性，同时也指出了它应用的局限性。最后分析了我国油气资源现状、钻井状况和空气锤在国内外的应用实例，得出空气锤在低压低渗层欠平衡钻井、欠平衡钻水平井、深井、超深井、复杂地层、大直径井中开发油气资源有着广泛地应用前景。     

塔河油田液动射流冲击器+PDC钻头提速技术

为了进一步提高塔河油田深部硬地层的机械钻速,基于旋冲钻井技术理论与实践经验,开展了液动射流冲击器+PDC钻头提速技术研究与实践,探索液动射流冲击器与PDC钻头配合使用提高深部地层机械钻速的技术可行性。首先根据塔河油田深部硬地层的特点及与冲击器配合的要求,优选了PDC钻头;接着利用液动冲击器性能测试系统,测试了液动冲击器各结构参数对其性能的影响;最后根据测试结果及所优选PDC钻头的抗冲击性能,确定了液动射流冲击器的结构及性能参数。液动射流冲击器与PDC钻头配合在 S116-3 井、TP324井和TP328X井的奥陶系地层进行了应用,机械钻速与同井上下井段及邻井相同井段相比,提高了32%~45%。这表明液动射流冲击器与PDC钻头配合使用,可以提高塔河油田深部地层的钻速。