分流式自动垂直气体钻井工具设计

Power V自动垂直钻井系统等主动防斜打直技术已在钻井液钻井中得到了广泛应用,但气体钻井过程中也容易发生井斜,由于气体钻井过程中钻柱内外压差较低,无法开启现有垂直钻井工具的推靠机构,目前还没有成熟的气体钻井主动防斜打直技术。随着气体钻井技术在国内深井超深井提速中的广泛应用,急需研发适用于气体钻井的自动垂直钻井系统。根据钻井液钻井的自动垂直钻井系统基本原理,利用气体动力学特点,设计了一种分流式自动垂直钻井工具。该钻井工具基于气体动力学原理和流固耦合分析方法,利用分流气体方法,将分流喷射的反作用力用于调节钻头侧向力,实现了自动感应井斜及纠斜,达到了垂直钻井的目的。理论分析证明,利用该钻井工具可以实现气体自动垂直钻井。      

垂直钻井技术在青探1井的应用

玉门青西油田窟窿山逆掩推覆体老地层挤压破碎严重,且裂缝发育,地层倾角60°左右,地层产状变化大,钻井过程中井斜控制难度大,制约了青西地区钻井速度的提高。为此,该油田在青探1井钻井过程中首次试验应用了Power V垂直钻井技术,井斜角控制在0.5°以内,平均机械钻速2.14 m/h,与邻井相比提高了52%以上,且无井下复杂情况和事故发生,顺利完成了该井第三系推覆体地层易斜井段的钻井任务。分析了青探1井地质特点及钻井技术难点,介绍了Power V垂直钻井原理、技术特点及现场试验情况,分析了试验应用效果,对下一步青西油田垂直钻井提出了建议。     

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。     

川东北地区超深井优快钻井技术

针对钻井速度慢、井身质量难以保证、钻井成本高等问题,统筹考虑多压力剖面和钻井复杂情况,开展四开制井身结构试验,在此基础上以优快钻井为目标,对欠平衡、垂直、复合以及旋转导向钻井等关键技术进行研究,优选优配各层段钻井工艺,形成以垂直与欠平衡钻井为核心的陆相地层防斜打快钻井技术和以复合与旋转导向钻井配合高效钻头的海相地层安全钻井配套技术.现场试验表明,优快钻井方案在钻井提速、井身质量控制和降本增效方面效果显著.     

阿北1井垂直钻井工具应用分析

为解决塔里木盆地两北地区二叠系地层底部-志留系地层采用常规钻具组合钻井时井斜严重及防斜与打快矛盾突出的难题,阿北1井进行了VTK垂直钻井系统防斜打快试验。VTK垂直钻井系统为一种闭环自动垂直钻井系统,在工作中可主动启动液压部件,通过1~2个肋板向井壁施加一定的作用力以对抗井斜趋势,以保持井眼按垂直方向钻进。现场试验结果表明:阿北1井应用VTK垂直钻井系统钻进深部易斜地层时,井斜角控制在0.14°~2.09°,大部分井段的井斜角小于1.00°;大部分试验井段(5 331.00~5 532.00和5 698.8~5 965.15 m)机械钻速可达2.34~1.17 m/h,与常规钟摆钻具组合相比,机械钻速提高17%~21%。这表明利用VTK垂直钻井系统基本可以解决塔里木盆地两北地区井斜控制困难及防斜与打快突出的难题,但为充分发挥VTK垂直钻井系统防斜打快的优势,需在钻头选型、钻井液性能优化及应对井下故障能力等方面进行进一步研究。      

通南巴深井优快钻井技术

通南巴地区地层复杂,导致井斜控制难度大,机械钻速低,钻井周期长,钻井效率低.分析了该区钻井难点,从钻井工艺上提出了加快通南巴地区钻井效率的技术思路,重点是在上部井段实施空气钻井或垂直钻井;钻遇水层后转化为泡沫钻井或雾化钻井;钻遇须家河含气层时转化为氮气钻井;海相地层推广应用复合钻井技术.对提高通南巴地区钻井速度具有一定的参考价值.     

垂直钻井系统在吐哈盆地山前高陡构造的应用

针对吐哈山前高陡构造的井斜规律,通过优化垂直钻井系统应用井段,在高陡构造带柯19-11井等4口井分别试验应用了国产SVD和斯伦贝谢POWER-V两种垂直钻井系统.通过现场应用证实了垂直钻井系统可有效控制井身质量,同时可大幅度地提高钻井速度；在高陡构造地层钻进中,可以有效地解决防斜和强化钻井参数打快之间的矛盾.     

贝克休斯垂直钻井系统在大湾1井的应用

大湾1井在钻进千佛崖组到须家河组地层时,由于地层倾角较大,自然造斜能力强,从而造成其井斜很难控制,采用常规纠斜钻具组合亦不能有效控制井斜,井斜控制十分困难,钻速极慢。为了解决上述问题,在该井从1828．96m千佛崖组开始试验使用贝克休斯公司的VertiTrak垂直钻井系统。介绍了现场应用情况,分析了VertiTrak垂直钻井系统的应用效果,指出了应用中需要注意的问题。实践表明：应用VertiTrak垂直钻井系统能够较好地解决钻井提速施工中井斜与钻压之间的矛盾,提高机械钻速并缩短钻井周期。     

BH-VDT5000垂直钻井系统在克深203井的应用

油气井防斜、纠斜问题是钻井过程中普遍存在但一直未能彻底解决的难题之一。经过数年攻关,渤海钻探工程技术研究院研发了BH-VDT5000垂直钻井系统,介绍了垂直钻井系统的结构、工作原理,并对垂直钻井系统在塔里木油田克深203井的现场应用过程、效果进行了对比分析。垂直钻井系统在克深203井用2趟钻完成了二开井段,总进尺1 558 m,正常钻进井段井斜控制在0.5°以内,与同时使用Power-V垂直钻井系统的邻井相比机械钻速提高23%以上。现场应用证明,BH-VDT5000垂直钻井系统在高陡构造地层、逆掩推覆体地层的钻探中,防斜打快效果显著,可进一步推广应用。     

国产自动垂直钻井系统的改进与优化

高陡构造及岩性变化复杂条件下的井斜问题一直是困绕钻井工作者的一大技术难题。中国石化南方探区河坝、普光等构造的岩性变化频繁,地层倾角大,自然造斜力强,井斜控制十分困难,极易发生井斜,严重制约了钻井速度的提高。国外自动垂直钻井系统在该地区进行了多井次的应用,效果良好,在控制井斜的同时大幅度提高了钻井速度,较好地解决了钻速提高与井斜控制之间的矛盾。但国外自动垂直钻井系统服务价格昂贵,钻井成本居高不下。为了降低钻井成本,决定在该地区应用中国石化自主研发的捷联式自动垂直钻井系统。然而,该系统在之前的现场试验过程中暴露出降斜、提速效果不明显等问题;经过原因分析,对系统进行了进一步的改进与优化,之后又进行了2井次的现场试验,显示出非常好的防斜打快效果,为系统的推广应用打下了坚实的基础。     

2000年钻井技术前景

在当前钻井技术发展的基础上，在向２０００年迈进之际，现有技术的改进及推广，可为２１世纪的钻井水平提供最大的机会和获最大的效益。文中分析了陆上钻井已涌现的水平钻井、井的重新进入（即在现有垂直井套管中开窗钻井）及柔性油管钻井三项技术；海上钻井已发展了长距离延伸钻井、分枝井钻井。其它钻井技术如ＬＷＤ测井地质导向、三维显像、小井眼设备和井眼规划等得到发展。     

自动垂直钻井工具的设计及自动控制方法

设计了一种井下闭环自动垂直钻井工具。该自动垂直钻井工具包含井下微处理器、井斜角测量传感器及井下可控稳定器等。可控稳定器周围均布有四个可独立伸缩的导向块,它们受到内部液压系统的驱动,当井斜角偏离垂直方向时,井下微处理器会自动调整可控稳定器的工作状态,使可控稳定器上位于井眼高边的导向块伸出,顶向井眼高边,使钻头上产生一个降斜力,最后使井眼回到垂直轨道。本文详细介绍了这种自动垂直钻井工具的工作原理及结构组成;对工具内部的液压控制原理及控制回路进行了研究和设计;讨论并设计了对工具进行井下闭环自动控制的原理及具体方法;最后利用纵横弯曲法对包含有该工具的井下钻具组合的降斜能力进行了数值模拟分析,说明该自动垂直钻井工具将能够在地层造斜力很大的高陡构造中高效快速地完成垂直钻井的工作。     

国内外新兴钻井技术发展现状

为满足勘探开发的要求,提高钻井工程效率、降低钻井成本,达到提高勘探开发整体效益的目的,国内外新兴起来了旋转导向钻井、垂直钻井、套管钻井、实体膨胀管、控压钻井和随钻测井等钻井新技术。详细介绍了国内外各种新兴钻井技术的发展状况、现场试验及应用情况,分析了各种新兴钻井新技术的技术优势及国内外的差距。最后建议我国应加快新兴钻井技术的研究和研制开发具有自主知识产权的钻井新工具,以缩小与国外先进钻井技术的差距,推动我国石油勘探开发的快速发展。     

国外现代石油钻井装备

介绍国外喷射钻井、平衡压力钻井、空气钻井、井下动力钻具钻井、最优化与自动化钻井、顶部驱动钻井、导向钻井、高压冲蚀钻井、非垂直井钻井等技术与装备及其发展趋势。     

自动垂直钻井工具用涡轮发电机性能模拟试验

自动垂直钻井工具是集机、电、液一体化的自主纠斜和稳斜的钻井系统。为了保证涡轮发电机工作的可靠性,在介绍自动垂直钻井工具系统组成的基础上,提出了涡轮发电机的技术要求,并设计了涡轮发电机性能试验系统,对涡轮发电机进行了性能试验、清水循环试验及泵排量适应范围试验。试验结果表明,涡轮发电机的性能满足设计要求,能作为自动垂直钻井工具的供电电源和扭矩发生器,为工具控制单元的电气元件供电,并实现对工具稳定平台的控制。建议涡轮发电机的动密封选用更耐磨的密封件,使涡轮发电机的整体性能满足设计及使用要求。所得结论对自动垂直钻井工具的研制具有参考作用。     

捷联式自动垂直钻井稳定平台控制系统仿真研究

自动垂直钻井系统是一种能够自动有效控制井斜、保证钻头始终沿垂直方向钻进的机电液一体化集成钻井装置,可有效解决高陡构造地层防斜打快问题。以胜利石油管理局钻井工艺研究院自主研发的捷联式自动垂直钻井系统为背景,对其稳定平台的结构和工作原理进行分析,在钻进和纠斜2种不同的工作模式下稳定平台采用不同的控制结构,并在Ansoft/Simplorer环境中建立了控制系统的仿真模型。仿真分析结果表明,所设计的控制方法动态跟踪特性良好,稳态偏差较小,具有较强的抗干扰特性,为捷联式稳定平台控制系统的进一步开发和优化提供了理论基础。      

提高川东北及普光气田钻井速度配套技术

川东北及普光气田面临喷、漏、塌、卡、斜、硬、毒等七种“世界级”钻井难题。如何实现安全、优质、高效、快速钻井从而加快川东北及普光气田勘探开发进程是钻井工程面临的一个难题。试验、推广应用了气体钻井、垂直钻井、复合钻井等新技术新工艺，并不断在实践中完善总结，形成了一套适合普光气田及川东北地质特点的钻井综合配套技术，大幅度的加快了川东北勘探及普光气田开发步伐，实现了预期的目标。普光气田开发井钻井周期由探井阶段的约10个月降到约7个月，缩短了31．82％，机械钻速由探井阶段的1．70m／h提高到3．26m／h，提高了91．76％。气体钻井、复合钻井已经成为提速川东北及普光气田勘探开发的核心技术，值得进一步推广应用。     

青西油田巨厚推覆体防斜打快技术

青西油田志留系推覆体厚度迭1 500-4 000 m,可钻性级值在7～9级,地层倾角高达37～75°,严重的井斜使得井壁极易跨塌.为了解决井斜超标、机械钻速慢的难题,试验和应用了高刚性强钟摆钻具防斜、偏轴接头、牙轮钻头复合钻井、MWD复合导向钻井、空气(充气)钻井及Power V垂直钻井等技术,提高了钻井速度,保证了井身质量和井下安全.     

普光气田防斜打快技术研究与应用

井斜问题是油气井生产中一个非常突出的难题，尤其是在高陡构造的深井钻井中，如何实现防斜打快一直是钻井界努力探索的课题。为此，介绍了普光气田防斜打快技术研究取得的新进展。实践表明，复合钻井、垂直钻井、空气钻井、空气冲击钻井在普光气田实现了防斜打快的预期目标，成为了加快普光气田勘探开发进程的重要技术。分析认为，垂直钻井技术、空气钻井技术和空气冲击钻井技术将会成为国内深井、特别是高陡构造深井、超深井防斜打快的核心技术之一。     

直井钻井装置有显著的经济效益

直井钻井装置（ＳＤＤ）已经从一种实验装置发展成为了一种成熟的钻井工具,它由一个泥浆马达,一个装有电子元件和液压系统的控制短节以及一个装有可伸缩稳定器翼片的轴承总成组成,在没有地面人员介入的情况下,它能自动地钻成垂直井眼。标准的泥浆脉冲传输使地面人员能够实时监测井下作业情况。ＳＤＤ具有很大的技术优势和经济优势,在地层的自然造斜趋势很强的地区更是如此。它不仅能钻成垂直井眼,还适合钻丛式井,并允许采用小