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。      

阀式液动射流冲击器的研制

液动射流冲击器在深井模拟实验室的试验结果表明，其在实际应用中具有良好的可行性和应用前景。与此同时，也发现了一些问题，如由于喷嘴过流断面较小等原因导致的射流元件易损坏的问题，所以需要增大喷嘴过流断面。但这种改变必然对射流切换造成影响，其它结构参数必须重新设计。而大量模拟试验表明：增大喷嘴过流断面，调整其它相关结构参数，射流能够实现切换。为此，实际冲击器在设计时增设一阀，将信号道移到中板，改变劈形，排空孔下移且合二为一。重新设计的阀式液动射流冲击器与同规格射流冲击器相比，在冲击功及冲击频率方面相差不大，但压耗大幅度降低。     

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。     

射流式液动冲击器优化设计研究

传统的射流式液动冲击器活塞缸体大多采用单、双道侧壁密封方式,易出现活塞缸体局部变形、密封失效和钻具刺漏等问题。鉴于此,应用有限元分析模块SolidWorks Simulation对活塞缸体受力情况进行静力学模拟分析。分析结果表明,活塞缸体局部发生了径向变形,且其上端的轴向和径向变形十分明显。因此,在结构上对活塞缸体侧壁密封方式进行优化设计,即采用新型侧壁密封方式代替传统的单、双道密封圈侧壁密封方式。经有限元分析验证,优化设计后的结构可抑制活塞缸体的径向变形,从而防止侧壁密封失效现象。在相同的试验情况下,改进后的射流式液动冲击器比传统的射流冲击器机械钻速提高约52%,单只钻头进尺提高72%,纯钻时间延长14%,钻头磨损较小。因此优化设计后的液动锤工作寿命更长,工作更稳定,钻井效率更高。     

新型液动射流冲击器顶紧及密封机构设计

针对液动射流冲击器中压盖与射流元件之间出现的密封及缸体活塞卡死问题,设计了新型碟簧元件顶紧及密封机构,对该密封机构进行了理论计算、强度校核和性能测试试验。试验得出了该结构射流冲击器的最大冲击功、冲击频率和冲击末速度,得到了冲击器性能参数与操作参数之间的关系曲线。试验结果表明：该机构可以解决液动射流冲击器内部零部件因预紧力不足导致的密封失效和因预紧力过大导致缸体变形、活塞运动受阻或卡死的问题;冲击器的性能参数得到了优化,可以根据现场所需的冲击功和冲击频率,对冲击器的流量等操作参数进行调节,以满足不同地层岩性的钻井需求。     

液动射流冲击器计算机仿真技术的发展与应用

计算机仿真分析技术在液动射流冲击器研制过程中具有重要作用，根据应用该技术进行计算机辅助设计的具体工作过程，列举了几种典型的仿真分析方法。结合电子计算机软硬件技术的发展过程，介绍了不同时期依赖于不同工作平台的各种仿真分析方法的技术特点和工作流程，说明了各种仿真分析方法在揭示和预测射流冲击器性能参数变化规律方面所能够发挥的作用。根据目前工作情况及各种仿真分析方法间的比较，提出基于虚拟样机技术和CFD技术的计算机仿真分析方法已经成为液动射流冲击器计算机仿真分析技术的主流。     

石油钻井液动射流式冲击器的设计

根据石油钻井的工况条件，确定了射流式冲击器性能参数的设计目标，利用正交试验法对冲击器的主要结构参数进行了优化设计。优化设计基于大量室内模拟实验数据所建立的数学模型，所设计的冲击器性能参数与实际测试结果基本吻合，优化设计结果也揭示了射流冲击器各结构参数与性能参数相互影响的规律。同时亦介绍了石油钻井液动射流冲击器在结构设计上的创新点。     

液动射流式冲击器结构设计及试验研究

旋冲钻井用液动射流式冲击器焊镶和粘接部位极易开裂导致泄漏、卸压,缸体上、下腔工作压力建立不起来,造成冲击器停止工作或工作断续不稳,影响冲击器的性能。为此,对冲击器缸体进行了一体化结构设计,精选特制高性能热作模具钢材料(HHD),采用整体铸造方式成型,缸体表面采用液体氮化加氧化工艺处理。对该结构冲击器进行了室内性能测试试验和现场应用试验。结果表明,该结构液动射流式冲击器的性能得到改善,具有良好的工作稳定性和参数的可调节性;可以有效地提高深部硬岩地层机械钻速,防止井斜,降低钻井成本。     

液动射流式冲击器的研究现状与发展方向

冲击器作为旋冲钻井工艺技术实施的核心部件,其性能直接关系到旋冲钻井的效果。介绍了液动射流式冲击器的结构、原理和优点,并对冲击器的计算机仿真技术、结构优化及加工现状、性能测试现状进行了评价分析,指出液动射流式冲击器今后将朝着长寿命、大冲击功以及系列化、集成化方向发展。通过对冲击器的持续研究和改进,旋冲钻井工艺技术必将广泛应用于石油钻井行业。     

深井、超深井和复杂结构井垂直钻井技术

垂直钻井是当今世界性钻井难题之一，它具有减少套管层次和套管尺寸、提高机械钻速、减少钻柱事故的优点。常用的塔式钻具、钟摆钻具、满眼钻具、偏轴钻具、压不弯钻铤、铰接钻具和旋冲钻具等均属于被动防斜技术，不能满足深井、超深井和复杂结构井直井段垂直钻井的要求，尤其不能满足在高陡构造与大倾角等易斜地层和自然造斜能力强的条件下钻垂直井的要求。近10年来发展的旋转导向钻井技术及工具，在一定程度上解决了垂直钻井所遇到的问题，也是当前解决垂直钻井这一世界性难题最有效的技术方案。重点介绍了以PowerV为代表的旋转导向自动闭环钻井系统的结构及现场应用情况。     

深井超深井钻井技术现状和发展趋势

介绍了国内外深井超深井钻井的发展历程及主要技术难点，从钻井地质环境因素描述与评价技术、防斜打快技术、提高钻井速度技术、钻井液技术、固井技术、钻井信息技术及钻井装备7个方面详细分析了国内外深井超深井钻井技术现状，并简单探讨了我国深井超深井钻井技术存在的主要问题及与国外先进水平的差距，指出深井超深井钻井技术会朝着集成化、智能化、信息化和自动化方向、有利于提高钻井效率的方向及有利于提高油气采收率的方向发展，并对我国深井超深井钻井技术的发展提出了建议。     

提高四川深井超深井钻井速度的技术途径

四川地区地质条件复杂，深井超深井钻井速度低、完井要求高、勘探开发成本高，严重制约了深部地层油气勘探开发的进程。为此，对影响四川复杂地质条件下深井超深井钻井速度的主要技术难点进行了分析，并根据龙岗1井的成功经验和当前国内外钻井技术现状，提出了四川复杂地质条件深井超深井提高钻井速度的技术途径，包括浅中层沙溪庙组-须家河组层段采用气体钻井、中深层雷口坡组-长兴组层段采用复合钻井（螺杆钻具＋转盘配合PDC钻头）等新工艺、新技术与成熟技术配套应用的提速技术方案以及科学设计井身结构、配套应用新工艺、新技术和加强钻井装备配套等做法。     

川西地区高压天然气深井钻井完井技术

川西地区天然气储层埋藏深，纵向上普遍存在多个产层和异常高压气层，钻井过程中易出现井喷、井漏、井眼坍塌、卡钻等井下事故和复杂情况。针对复杂的地质条件，开展了技术攻关和现场试验，逐渐形成了包括深井井身结构设计、深井钻井液技术、储层保护技术、高压井控技术、深井长裸眼井段固井技术的深井配套钻井完并技术，并试验应用了包括螺杆钻具＋PDC钻头、深井PDC钻头、旋冲钻井技术、涡轮钻具等提高深井钻井速度的新技术、新工具。近年来，该地区高压天然气深井钻井速度、固井质量不断提高，井下事故及复杂情况不断减少，未出现井喷失控的重大事故，加快了该地区天然气勘探开发速度。     

空气锤钻井技术在定向井中的应用

空气锤钻井技术用于直井钻井可以提高机械钻速和防斜纠斜,同时也可用于定向井和水平井中,以提高机械钻速和缩短钻探周期。为此,介绍了国外空气锤钻井技术在定向井中的应用,包括自回转式空气锤钻井技术和空气螺杆马达驱动式空气锤定向钻井技术,分析其在油田的应用效果,以期对国内空气锤定向钻井技术提供技术参考。     

深部岩石力学与深井钻井技术研究

深部地层防斜打直问题和深部硬地层快速钻进问题是深井、超深井钻井中两大技术难越，是制约深井、超深井钻井发展的技术关键。深部井眼岩石力学的研究，特别是深部井眼岩石可钻性和岩石各向异性的研究，是解决深井、超深井钻井关键技术的重要课题。文章充分调研了国内外深井、超深井钻井状况，分析深井、超深井钻井存在的主要技术难题、钻井岩石力学在深井、超深井中的应用状况、深井、超深井钻井的关键技术及钻井岩石力学在深抖、超深井钻井中的作用，分析了深部岩石力学在深井、超深井钻井中的井眼稳定技术、井斜控制技术、高效破岩技术和地层压力的钻前定量预测等关键技术上的发展前景。     

深井水平井欠平衡钻井液技术研究

松辽盆地南部深层火山岩埋深在3500m以上,采用直井开发效益低。经论证决定采取水平井技术与欠平衡钻井技术相结合的方式,实现高效开发,更有利地保护气藏。长深平1井面临井底温度高、水平段施工周期长、敏感性气藏保护难等不利因素,分析可能出现的井壁失稳坍塌、高温钻井液携岩差、钻井液污染损害气藏等问题,开展了深井欠平衡水平井的抗高温井壁稳定技术、抗高温携岩润滑技术、气藏保护技术等研究工作,经过现场应用,取得了成功,形成了抗高温深井水平井钻井液技术成果,满足了深层气藏的高效开发需求。     

元坝124井超深井钻井关键技术

元坝地区地质因素复杂,存在陆相地层厚度大、砂泥岩互层频繁、可钻性差以及自流井组-须家河组地层超高压、压力窗口窄等特点,所钻井普遍存在溢流、井漏、垮塌等复杂和事故,机械钻速低,施工周期长。元坝124井是元坝地区的一口重点预探井,钻井过程中先后实践应用了气体钻井、控压钻井等多项新技术,创造了元坝区块钻井周期最短、机械钻速最高等多项记录。除了我国超深井自身气体钻井、控压钻井技术水平较以前有了大幅度提升外,下部陆相地层引进了Smith公司"孕镶金刚石钻头+涡轮钻具"技术、海相地层应用了"国民油井抗高温螺杆+贝克休斯高效PDC钻头"复合钻井,显著提高了机械钻速,有效缩短了该井钻井周期。该井平均机械钻速2.8m/h,钻井周期253.84d,是目前元坝地区钻井周期最短的一口。     

塔河油田深井超深井钻井液技术难点与对策

塔河油田油气埋藏深．钻遇地层多而且复杂．钻井过程中易发生钻井液漏失、井眼坍塌、卡钻等井下复杂情况和事故，严重影响了勘探开发的进程。通过技术攻关和技术引进，成功解决了塔河油田三叠系、石炭系硬脆性泥页岩地层易坍塌、奥陶系大型裂缝溶洞地层钻井液漏失、巨厚盐膏层塑性蠕变卡钻等制约塔河油田勘探开发的技术难题，使该油田井深6000m左右的开发井建井周期从原来的90d缩短到70d以内，井径扩大率由15％降至10％以内，超深盐膏层钻井成功率从2002年前不足40％提高到现在的100％，经济效益十分显著。     

胜利油田深井超深井钻井技术

胜利油田深井超深井钻井技术的发展大体经历了初步钻探、起步发展和规模应用3个阶段，初步形成了复杂地层条件下深井超深井配套钻井技术：深井井身结构设计技术、提高上部大尺寸井眼机械钻速技术、提高深部小尺寸井眼机械钻逮技术、套管防磨技术、防斜打快技术、钻井液技术、完井技术。详细介绍了深井超深井配套钻井技术的研究与应用情况，并指出了胜利油田超深井钻井技术的攻关方向。