Managed Pressure Drilling to Increase Rate of Penetration and Reduce Formation Damage

One of the advantages of managed pressure drilling (MPD) is an increase in drilling speed and a reduction of mud filtrate invasion as a result of decreasing pressure differential. Reduction of overbalanced pressure (OBP) leads to a decrease of confining pressure around the formation rock and consequently the rock is broken more easily under the bit action and therefore the rate of penetration (ROP) increases. It is also obvious that decreasing the overbalanced pressure results a reduction in mud filtrate invasion and formation damage. In the present article the effect of MPD on increasing rate of penetration and decreasing mud filtrate invasion is studied. Artificial neural networks (ANN) were implemented to develop a model for estimation of ROP by using operational inputs including overbalanced pressure. Using the ANN model, the effect of OBP was analyzed. The effect of OBP on mud filtrate invasion was studied by using developed models of the process and simple Darcy’s law. The results demonstrated that MPD leads to about 30% increase in rate of penetration and 50% decrease in mud filtrate invasion.     

可更换钻头套管钻井工具及工艺研究

采用常规钻机、利用转盘驱动的简易套管钻井技术由于受钻头寿命的限制，只能用于一只钻头钻至设计井深的情况，为此，研制开发了转盘驱动的可更换钻头套管钻井系统。该系统由起下工具、井下锁定工具串及坐底套管3部分组成。进行套管钻进时，井下锁定工具串锁定在坐底套管上，需更换钻头或井下锁定工具串时，往套管内部下入起下工具并解锁锁定装置，起出井下锁定工具串，更换完毕后，再将井下锁定工具串从套管内送入井底，锁定在套管柱末端的坐底套管上，起下过程中可保持钻井液的循环和钻柱的转动。该系统在吉林油田2口井上进行了试验，井下锁定工具串的下入成功率达到100％，并实现了套管正常钻进，但由于打捞矛无法进入到井下锁定工具串的打捞孔中，致使2口井都没有正常起出井下锁定工具串。详细介绍了可更换钻头套管钻井系统的组成、原理、施工工艺及现场试验情况。     

应用改良钻头和改进的钻井液优化深井钻探

在工业和能源部联合指导下,进行了一项等比例室内实验.总共有7种钻头和12种不同的钻井液在3种不同的岩石和各种钻井参数下进行了测试.第一阶段结果已发表在先前的文章中(Judzis 等人,2007年),本文介绍第二阶段的研究结果.第二阶段研究的目的是评估钻头特征和泥浆添加荆是否能在高压条件下提高机械钻速.第二阶段的重要发现包括:①高压条件下,泥浆添加剂在提高机械钻速方面实际上可能比钻头的设计特征扮演更重要的角色.②16 lb/gal的甲酸铯钻井液与16 lb/gal的油基钻井液相比,前者可以在大理石和页岩中增加1倍的机械钻速.用甲酸铯钻井液时既提高了钻头的效率又增加了破岩性.③16 lb/gal的油基钻井液与细粒(直径≈1～3μm)四氧化锰混合,与同样的钻井液和常规重晶石混合相比,在蟹果园砂岩中可以增加1倍的机械钻速.四氧化锰通过增加钻头效率来提高机械钻速,但是对钻头的破岩性没有观测到影响.④第二阶段的试验继续支持第一阶段的结论,即钻井时的实际比能消耗高于岩石的极限抗压强度.     

深水钻井钻柱疲劳寿命研究

深水钻井作业中平台的动力响应将使钻柱承受更多的交变载荷,钻柱疲劳寿命的计算过程更为复杂。应用数值模拟方法,通过Ansys-Workbench中的AQWA模块、瞬态动力学分析模块以及疲劳分析模块,提出了一种研究深水钻井中钻柱疲劳寿命问题的方法。通过实例计算,得到了某海洋环境下平台的运动响应,进而得到钻柱的疲劳极限寿命约102.61 d。计算结果表明,对于水深1 000 m的深水钻井作业,服役时间达到100 d的钻柱必须经过探伤检测,方能确定是否继续使用,且尤其应注意靠近水面部分的钻柱。     

螺杆钻具配合PDC钻头快速钻进试验研究

综合分析了目前使用的ＰＤＣ钻头和螺杆钻具工作特性。介绍了ＰＤＣ钻头配合螺杆钻具在吐哈油田中深井中的快速钻进试验情况。试验结果表明，采用合理配套的钻具组合可大幅度提高机械钻速、降低钻井成本，经济效益明显。     

用惩罚函数法提取牙轮钻头钻进模式有关参数

由于钻井数据的误差较大,使得用简单的方法往往不能有效地提取工程设计和现场施工所需的信息。解决这一问题的办法,一是尽可能提高数据采集质量;二是革新数据处理的方法。作者提出了用惩罚函数法来提取分井段、分地层、分岩性的钻进模式有关参数的方法,并用该方法处理了中原油田濮深13井的综合录井资料和钻头记录数据,提取了与牙轮钻头有关的参数,获得了满意的效果。这些参数的获得,可以用来为现场实时监测、室内践现场工程设计施工以及钻井工程模拟服务。     

巴麦地区钻井难点分析与提速关键技术

巴麦地区是中国石化在西北地区的勘探开发新区,钻井过程中存在中上部地层阻卡严重,二叠系、石炭系井壁稳定性差,深部地层可钻性差、机械钻速低等技术难点。针对这些技术难点,进行了高压喷射钻井技术和优化水力参数的研究与现场试验,优选了钻头和螺杆类型,进行了涡轮复合钻井技术研究与现场试验,提出了微裂缝地层井壁稳定技术。结果表明:高压喷射钻井技术与常规钻井相比,平均机械钻速提高26.0%～29.3%;311.1和215.9mm井眼段采用优选的钻头,机械钻速分别提高29.0%和43.0%;二开和四开井段采用优选的螺杆,机械钻速提高27.0%～100.0%;高速涡轮复合钻井与常规钻井相比,机械钻速提高146.0%,与螺杆复合钻井相比机械钻速提高20.0%;中速涡轮复合钻井与螺杆复合钻井相比,机械钻速提高23.0%;应用微裂缝地层井壁稳定技术后未出现井壁失稳问题,实现了微裂缝地层安全钻井。     

螺杆钻具配合PDC钻头在深直井中的应用

在分析螺杆钻具配合 PDC钻头提高机械钻速的原理的基础上 ,介绍了螺杆钻具配合 PDC钻头在大港油田 6口深直井中的应用情况 ,并对其经济效益进行了分析。6口井的应用表明 ,螺杆钻具配合 PDC钻头钻进可显著提高机械钻速 ,缩短建井周期 ,降低钻井成本 ,值得推广应用。     

用岩石强度法随钻监测预测地层压力

在钻进过程中,利用岩石强度法随钻监测预测地层压力;根据监测数据对探井钻前的地震勘探预测结果和计算模型进行修正,再根据修正后的模型,对钻头下部未钻开地层的孔隙压力进行再预测,以此来提高地层压力的预测精度,为安全、优质地完成钻井作业提供技术保证。这项技术已应用于中国南海莺歌海盆地。结果表明,它能够大大提高地层压力的监测和预测精度,可及时准确地预报井下异常高压层,为现场钻井施工提供可靠的技术依据。     

用岩石强度法随钻监测预测地层压力

在钻进过程中,利用岩石强度法随钻监测预测地层压力;根据监测数据对探井钻前的地震勘探预测结果和计算模型进行修正,再根据修正后的模型,对钻头下部未钻开地层的孔隙压力进行再预测,以此来提高地层压力的预测精度,为安全、优质地完成钻井作业提供技术保证。这项技术已应用于中国南海莺歌海盆地。结果表明,它能够大大提高地层压力的监测和预测精度,可及时准确地预报井下异常高压层,为现场钻井施工提供可靠的技术依据。     

岩石可钻性呈椭球型分布时地层与钻头相互作用模型

综合考虑钻头各向异性、地层各向异性、钻进效率、地层产状、钻头与地层的作用力和钻头转角等因素的的影响，建立了以矩阵形式表达的岩石可钻性呈椭球型分布时地层与钻头相互作用模型。     

丛式井优快钻井技术在川西地区的应用

丛式井技术是川西地区近年为适应川西地区高效勘探开发的需要而推广应用的一项具有良好发展前景的钻井技术,并已产生了显著的社会经济效益.文章对丛式井在川西地区推广应用中形成的井身结构优化、井眼轨迹设计及控制、平台的优化布置、钻头的合理选型和钻井参数优选、钻井液技术等优快钻井技术进行了较为系统的总结和回顾.     

福建东西溪硬岩定向钻穿越施工

福建东西溪硬岩定向钻穿越施工,遇到的主要难题是入土点侧和出土点侧卵石层深约14．17m,穿越的大部分地层为花岗岩,长度约1500m。为此,在该穿越施工中采用了三项关键技术：超长距离夯套管技术、硬岩导向孔对接技术、硬岩扩孔技术。文章简要介绍了该穿越施工的过程及三项关键技术的应用情况。福建东西溪硬岩定向钻穿越成功,创造了国内硬岩定向钻穿越的最长纪录（1690m）。     

火山岩地层优快钻井技术

针对目前火山岩地层钻井存在的可钻性差、地层倾角大、井斜控制难度高、地层裂缝发育、漏失严重和井壁稳定性差等技术难点,从钻头优选与结构改进、欠平衡钻进配套技术及复合钻进配套技术的应用、加强防漏堵漏配套技术措施等几个方面着手,进行了火山岩地层快速钻井优化配套技术研究,形成了一套高效的提高火山岩地层钻井速度的配套技术措施.现场应用表明,采用该套技术措施,火山岩地层的钻井速度得到明显提高.最后指出,进行火山岩破岩机理、欠平衡钻井配套技术和防漏堵漏技术等方面的研究,是火山岩地层钻井技术的研究方向.     

地层硬度突增时PDC钻头黏滑振动分析

PDC钻头在钻遇软硬交错地层时,容易出现切削齿崩齿或损坏等情况。针对该问题,研究了在钻进过程中地层硬度突增时PDC钻头黏滑振动特性,建立了PDC钻头的扭转振动的扭摆模型。基于PDC单齿切削岩石及钻头处钻压的施加原理,建立了"钻头-岩石"相互作用模型,采用算例分析了地层硬度突增后PDC钻头处的扭矩及转速随时间的变化规律,并得出钻头转速波动的相轨迹。分析结果表明:在PDC钻头钻进过程中,当所钻地层硬度突增后,PDC钻头会出现扭转振动,表现为钻头运动的相轨迹收敛于稳定的椭圆形极限环,其振幅与突增后的岩石硬度成正比;当突增后岩石硬度较大时,会出现PDC钻头的黏滑振动,为一种稳定的自激振动;岩性的突变是造成PDC钻头黏滑振动的一个重要原因,而PDC钻头与岩石之间的非线性摩擦阻力是造成PDC钻头黏滑振动自激属性的根本原因。研究结果对钻井工程参数的优选及降本增效有很好的指导意义。     

适合大港滨海区块硬地层的PDC钻头优化设计

大港油田滨海区块下部地层为含砂质泥质结构,岩石由泥质和砂质等组成,地层硬度高、研磨性强,单只PDC钻头进尺少、机械钻速低,制约了该地层的勘探开发进程。鉴于此,对PDC钻头的冠部轮廓、刀翼、布齿和水力性能等进行了优化设计,得到了适合该地层的M432215.9 mm七刀翼PDC钻头。大港油田滨海6井的现场试验结果表明,在同井段同尺寸情况下,M432215.9 mm七刀翼PDC钻头的平均进尺49.0 m,机械钻速1.540 m/h,牙轮钻头平均进尺22.5 m,机械钻速0.967 m/h;使用七刀翼PDC钻头提高了钻进速度,缩短了钻井周期。     

复合钻井中提高钻头水功率的一种方法

钻头水眼压降以及钻头水功率作为重要的水力参数,对提高机械钻速有着重要影响。从钻头水眼、传动轴TC径向轴承以及两者间尺寸配合出发,分析计算传动轴的承压能力、钻头水眼压降及水功率,提出了一种提高钻头水眼压降和水功率的方法,即通过增大轴承长度之和来提高轴承压降,通过缩小水眼尺寸来提高钻头水眼压降及水功率。传动轴的承压能力与TC轴承套的总长度成线性正相关,钻头水眼压降及水功率与钻头水眼尺寸成反比。     

声波测井资料在岩石可钻性及钻头选型中的应用

在进行钻井工艺设计中 ,对钻头的选择及其可钻性的评价主要选取本地区具有代表性强度和硬度的岩心进行室内可钻性实验 ,进而对地层岩石可钻性进行分级评价。这种方法由于取心的局限性 ,尤其在新区井少的情况下限制了此方法的应用。通过分析声波时差与影响岩石可钻性地质因素的关系 ,建立了声波时差与岩石可钻性指数的评价模型。利用该模型对油田实际资料进行了分析 ,根据可钻性剖面确定了合适的钻头类型 ,取得了良好的应用效果     

声波测井资料在岩石可钻性及钻头选型中的应用

在进行钻井工艺设计中,对钻头的选择及其可钻性的评价主要选取本地区具有代表性强度和硬度的岩心进行室内可行钻性实验,进面对地层岩石可钻性进行分级评价,这种方法由于取心的局限性,尤其在新区井少的情况下限制了此方法的应用,通过分析声波时差与影响岩石可钻性地质因素的关系,建立了声波时差与岩石可钻性指数的评价模型,利用该模型对油田实际资料进行了分析,根据可钻性剖面确定了适合的钻头类型,取得了良好的应用效果。