微小井眼水力加压器结构设计及钻压计算

微小井眼钻进过程中,连续管的直径小、刚度低,采用传统的钻铤施加钻压不能满足钻井需要,为此设计了一种用于88.9mm井眼的微小井眼水力加压器。综合考虑井下马达、水力加压器以下钻柱与井壁的摩擦力、水力加压器运动部件与缸体内壁的摩擦力等因素对井底钻压的影响,建立了水力加压器串联在井下马达上方时井底钻压计算模型,通过对模型的求解可以得到钻井液流量、喷嘴直径与钻压关系曲线,为水力加压器在微小井眼钻进中的应用提供了理论依据。     

连续管钻井水力参数计算软件开发

鉴于我国目前还没有连续管钻井水力参数计算软件的现状,结合现场作业条件、前期计算模型分析和试验研究结果,编写了连续管钻井水力参数计算软件,并对软件的实用性进行了验证。软件采用菜单框架结构,一级框架采用菜单形式,二级菜单的引出全部采用窗体形式,充分考虑油田现场实际和操作人员要求,力求操作简单,界面简洁,功能完整。根据相关参数,软件可以对连续管钻井所需最小泵压和合适排量选择提供帮助。实例验证结果表明,该软件可以很好地实现预定功能,对现场作业起到指导作用。     

五级双行程水力加压器设计与力学分析

水力加压器通过节流作用将泥浆动力转化为轴向推力,可以减少因钻柱耦合振动及钻头与岩石互作用引起的钻压波动,从而给钻头施加较为恒定的钻压,延长钻头寿命,减少钻具疲劳失效,提高钻井效率。为了给中深井提供足够大的钻压及提高入井后的钻压调节能力,设计了适用于φ215.9 mm井眼的φ172 mm规格的五级双行程水力加压器。水力加压器工作时,通过主活塞杆和主缸体的花键副传递钻压和扭矩。花键副的载荷环境较为恶劣,应用有限元软件完成了压扭载荷作用下主活塞杆和主缸体的接触应力分析,得出主活塞杆和主缸体的静安全系数4,其结构安全性可以满足使用要求。     

水力加压器在钻井施工中的作用

使用水力加压器的目的是为了实现液体加压和减少钻具的振动,目前对于减少钻具与井眼的摩阻问题存在争议,尤其在斜井及水平井中的使用更是值得关注。根据工具的特点和力学分析认为,当活塞下行至下死点时,立管压力表数值的减小是由于钻具伸长（或者说钻具弯曲度减小）。井眼中的钻具不能简单看作为刚体,应作为曲体对待,只要钻具弯曲度减小,就可使钻具与井眼的摩阻得到改善。     

连续管钻井振动减阻工具设计与分析

连续管钻井振动减阻工具对连续管钻井技术的发展和应用具有重要意义。国外已有较为成熟的减阻工具,而国内的减阻工具研发工作尚处于起步阶段。鉴于此,设计了一种用于73.0 mm连续管的减阻工具,对其关键参数频率和振幅进行了计算分析,并用ANSYS有限元分析软件完成了工具的强度校核,同时通过对工具进行模态分析,得到各阶固有频率和振型。其动态性能分析结果表明:工具能够满足强度和功能要求,无发生破坏结构的危险,工具结构安全可靠。研究内容可以为我国连续管钻井技术和减阻工具的发展提供支持。     

连续管钻井技术与装备

国外技术发展和应用实践表明,连续管钻井技术将成为利用钻井工程技术提高油气采收率的重要手段。研究总结了连续管钻井技术的系统构成和技术特点,认为此项技术的最佳应用点是应用欠平衡工艺实施老井加深和过油管侧钻。分析归纳了连续管钻机的典型结构型式,认为连续管钻机的种类繁多,个性化特征鲜明,完全采用连续管钻井技术钻新井,钻深会受到很大限制。研究分析了连续管钻井工艺过程,提出了实施连续管钻井工程项目的基本程序,认为采用连续管钻井技术和欠平衡工艺进行老井重入加深、老井重入钻水平井和过油管侧钻将在油田增产、难动用储量开采、利用现有井筒低成本开采深部储层、提高最终采收率等方面发挥积极作用。     

微井眼连续管钻井概念应用于成熟气田

由于美国Niobrara组的油田多为高孔、低渗、低压储层，因此需要使用高效低成本的钻完井方法。最近，美国能源部正在进行微井眼连续管技术研究，希望通过研发钻889mm或更小尺寸井眼的工具和技术，使边际油气藏的开发成为可能。油田试验在西堪萨斯和东科罗拉多进行，使用ADT公司的连续管钻机，取得了单日钻进945m、节约成本30％、减少储层损害等效果。     

水力加压器在准噶尔盆地西北缘地区探井中的应用

新疆油田近两年在盆地西北缘地区十几口探井50多次的应用钻井水力加压器表明,这项技术不仅可以提供恒定、可控的钻压,还可以提高机械钻速和行程钻速,有较好的防斜作用,能改善钻头和井下工具的工作情况,延长其寿命,减少井下事故。统计使用该技术的井段机械钻速提高11.60%～261.14%,平均提高67.8% 三叠系以下地层平均每500m可节省钻头1～2个 西北缘所有使用水力加压器的井段,没有一口井出现过钻具事故,其井斜角均控制在允许范围内,从未因井斜接近规定值而吊打。水力加压器在有振动和冲击问题,易井斜、钻速慢的井段使用效果更好。这是一项经济有效的实用技术,值得推广。文章阐述了水力加压器的原理和特点,提供了4个地质区块6口应用井和7口对比井的现场应用数据。     

连续管钻井电液定向器结构设计

由于连续管在井眼中不旋转,井下定向困难,严重影响连续管钻井技术的应用与推广。为此,设计了一种适用于小井眼钻井的连续管钻井电液定向器。该定向器通过控制地面泵钻井液压力及排量的大小来改变锁紧套的位置,从而实现定向器在定向模式与锁紧模式之间的转换。对锁紧套进行了轴向受力分析,建立了锁紧套下移及复位时的受力模型;运用标准κ-ε模型对钻井液流经锁紧套所形成的前后环形端面压力差进行了数值模拟。模拟结果表明,该电液定向器定向过程中的最佳排量为9.75~10.90 L/s,锁紧过程中所需最佳排量为6.00~8.25 L/s。相比于液压定向器,电液定向器可连续旋转、双向定向,并能够消除定向段的"鱼尾"现象,有利于水平段的延伸;相比于电驱动定向器,电液定向器可利用压差锁紧工具面,实现工具面的精确摆放。研究结果可以为国内连续管钻井高端定向器的研究设计提供参考依据。     

连续油管钻机现状和发展趋势

在总结连续油管钻井发展历程的基础上,对常规连续油管钻机、复合连续油管钻机和连续油管旋转钻机的结构形式和工作原理进行了介绍,并对连续油管钻机的发展趋势进行了分析。分析认为,连续油管钻井技术能实现安全、高效、低成本开发油气藏的目的,具备易于实现自动化和智能化等优点,体现了国际石油钻井技术发展的总趋势。预测连续油管钻机将成为21世纪的主要钻井装备。     

国外连续管钻井系统发展与应用

随着连续管钻井装备、钻具组合和钻井工艺的不断发展,连续管钻井技术作为一种成本低、效率高、安全可靠的新技术,已成为钻井领域的技术热点。介绍了连续管钻井系统的构成; 总结了连续管钻机发展历程和技术特点; 分析归纳了典型连续管钻具组合的结构及特点。提出了连续管钻井系统在国内的发展思路。     

液力转向器研制与应用

针对连续管管柱不能转动的固有特性,根据定向钻井的技术要求,通过在地面启停泥浆泵的方式,利用液力转向器驱动井下定向钻具组合进行转动,从而调整定向钻具的工具面,实现连续管定向钻井。连续管液力转向器可单次转动角度45°,额定输出转矩700～945 N·m。试验表明,外径95 mm的连续管液力转向器完全满足121 mm井眼连续管定向钻井的技术要求,实现了连续管定向钻井。     

新型连续管导向器的研制及应用

针对目前连续管导向器作业时出现的人工操作难度大、风险高等问题,研制了一种新型连续管导向器。该连续管导向器由架体、油缸、压盖、支撑架、滚轮、液压系统等组成,采用液压系统顺序控制滚轮压盖开启与闭合,并将滚轮压盖设计为多位置结构来适应不同管径的连续油管。利用Solidworks软件对研制的导向器结构进行了有限元分析,结果显示,新型连续管导向器后架体强度完全满足设计要求,确保了导向器结构的稳定性。现场作业应用表明,该导向器可顺利将连续油管从井口导入或导出,导向器架体强度高,液压控制系统简单实用,连续管和滚轮未发生磨损和损伤。     

连续管水力机械切割工具的研究与应用

阐述了连续管水力机械切割技术的工艺原理和特点,介绍了该技术配套工具(连续管连接器、剪切释放接头、油管锚、螺杆马达及切割刀)的结构及原理。试验及应用结果表明,连续管水力机械切割工具油管锚定可靠,泄压后易于回收;割刀切割油管迅速,油管切割断面均匀;切削下的铁屑颗粒均匀,在井中不易缠住割刀口,可避免发生堵塞刀口现象;油管锚、马达和水力机械割刀动作协调一致,符合性能要求。     

连续管倒管器优化设计

国内现有倒管器存在工作时主轴不旋转导致其磨损严重,且运转不平稳;无法适应运输滚筒上不同中心孔布局;排管臂无法调整排管角度以适应注入头导向器高度,可能使连续管进出排管器时大角度弯折,从而导致连续管表面损伤等问题.研制了一种新型连续管倒管器,采用有限元分析方法以及现场应用,验证了该倒管器设计可靠性及现场适应性.现场应用结果...     

连续油管注入头液压同步控制系统设计

为了解决连续油管注入头闭式驱动系统的双液压马达输出不同步问题,设计了一种用于注入头马达液压同步控制系统。该系统可对同步马达转速、扭矩、压力等性能参数与驱动马达进行匹配,通过同步控制系统的强制同步迫使两侧液压马达输出转速一致,最终达到实现双液压马达同步运转的目的。模拟油田现场实际工况,对配备液压同步控制系统的注入头进行了动载试验,注入头双侧马达同步性大幅度提高,链条驱动系统低速同步运转平稳。试验结果表明,注入头液压同步控制系统提高了注入头运行的可靠性,降低了注入头工作中对油管造成损伤的风险,提升了连续油管作业设备系统运行的稳定性。     

液力加压器结构优化及室内试验设计

为了解决液力加压器存在的加钻压能力不足、密封结构易失效、现场使用寿命短、钻速提升不明显等问题。优化液力加压器结构,加入密封短节,采用组合密封结构,配合浮动式平衡环,构成实时润滑腔,大幅提升密封性能和使用寿命。建立简易加钻压模型,通过压差计算分析表明,单向阀的设计实现了双重加钻压效果,在井底形成了脉冲射流效果,改善了加钻压及破岩方式,保证液力加压器的可靠性,并有效提升机械钻速。     

对小井眼连续油管钻井技术优越性的认识

随着油气资源勘探开发不断向海洋和西部地区深入,钻井作业所面临的地质条件和自然环境更加复杂和恶劣,在技术、成本及环保等方面存在的问题更加突出。为此,小井眼井连续油管钻井作为一项优越性明显的钻井新技术,受到了国内外各油田和研究机构的重视和青睐。该技术具有降低成本、操作安全、利于环保、能应用于特殊环境和特殊的勘探开发中、易实现自动化和智能化等优点,体现了国际石油钻井技术发展的总趋势,必将成为21世纪主要钻井技术之一。