投塞压钻柱式变径稳定器的研制与应用

研制开发的投塞压钻柱式变径稳定器由节流塞、单向阀、心轴、扶正棱和支撑块等组成。工具设计采用全液力机构, 利用钻压和泵压的改变, 可实现工具的井下往复多次变径。在大庆油田南 3-丁 10-斜 435井的现场应用表明, 这种变径稳定器控制变径和锁定变径状态的工作性能安全可靠, 操作工艺及监控方法简便实用, 与合适的钻具组合匹配, 可节省用于更换底部钻具组合的起下钻费用, 降低工人劳动强度, 具有很好的社会和经济效益。     

遥控变径稳定器在胜利油田钻井中的应用

详细介绍了遥控变径稳定器的结构、工作原理、技术特点和主要技术参数,以辛100-斜49井和梁20-29井为例介绍了遥控变径稳定器在胜利油田钻井中的应用情况。现场应用表明,遥控变径稳定器实现了井下稳定器外径的遥控可调,从而不需起下钻就可调整钻具组合,能满足不同钻井作业的需要,大大减少钻井作业辅助时间,提高钻井效率,降低钻井成本,并且遥控变径稳定器变径自如可靠,操作简单,使用方便。同时还解决了由于使用常规稳定器造成的卡钻、起下钻中遇阻卡和＂拔活塞＂的问题。     

YBZW遥控变径钻井稳定器结构原理及应用研究

YBZW遥控变径钻井稳定器可实现井下稳定器外径的遥控可调,从而实现不需起下钻就可调整钻具组合的目的,满足不同钻井作业的需要,大大减少了钻井作业辅助时间,提高钻井效率,降低钻井成本.详细介绍了该稳定器的结构、工作原理及主要技术参数,给出了由其组成的常用钻具组合.     

?214mm液控可变径稳定器结构原理及应用

液控可变径稳定器能实现钻具在井下不起出的情况下,只通过地面开停泵控制,使活塞伸出或缩回,改变钻具组合的力学性质,达到控制井身轨迹的目的。通过对液控可变径稳定器结构原理的阐述,同时结合应用中出现的问题,对液控可变径稳定器的换位机构、节流参数和节流锥材料等进行了优化改进,进一步提高了可靠性和稳定性。通过L46-3、S79-2等井的应用表明,实现了单弯单稳和单弯双稳钻具组合的转换,井斜变化符合预定要求,每口井节约时间20h以上。应用及推广液控可变径稳定器,对提高单趟钻进尺、促进钻井提速提效有重要意义。     

φ215mm双级变径稳定器试验研究

常规钻具在改变钻具组合特性时要频繁起钻来更换稳定器,作业周期长,效率低,同时也增大了起下钻遇阻卡的风险。研制的φ215mm双级变径稳定器,可在地面通过开停泵遥控其外径进行两级交替变化,改变钻具组合特性,不需要起钻具,提高了钻井效率,降低钻具遇阻卡的风险。现场试验表明,双级变径稳定器变径动作可靠,变径状态压差信号显示清楚,试验取得了阶段性成功。     

KJW—310型钻井可控变径稳定器

KJW—310型钻井可控变径稳定器通过井口投球、开泵憋压,产生压降,驱使钢球带动整个活塞向前运动,同时活塞上的螺旋斜形槽驱动柱销,推动外壳中的伸缩棱块伸缩,实现在不起下钻情况下扩径和缩径,从而改变底部钻具组合。该型变径稳定器具有整体直棱伸缩、液力驱动、机械锁定、结构简单、操作方便和适用性强等特点。使用这种变径稳定器能减少起下钻次数,缩短钻井周期,还能提高井眼轨迹的控制精度,增加剖面符合率,减少井下事故的发生。     

反钟摆防斜打快技术在江苏油田的应用

江苏油田属于复杂小断块油田,在直井段存在打不直、机械钻速慢的现象。常规钟摆钻具组合以牺牲钻井速度和钻井效益为代价来防斜。介绍反钟摆钻具组合防斜打快机理及其钻柱受力分析的影响因素,反钟摆钻具组合受稳定器位置和尺寸的影响。通过江苏油田现场应用情况分析,并与同一区块邻井相同井段没有使用该钻具组合的钻进效果情况对比,实践表明,反钟摆钻具组合解决了防斜打快的瓶颈问题,由于解放了钻压,充分发挥钻头的攻击性,提高了作业效率,缩短钻井周期,使钻直与钻快统一起来。对控制井斜,提高井身质量具有一定的指导意义。     

气体钻井钟摆钻具组合的有限元分析法

在现行的钟摆钻具设计过程中,将第一个稳定器及其以下钻铤简化为简支梁进行计算。常规钻井液钻井时,钻压常远远大于稳定器以下钻铤浮重,忽略钻柱自身重力对轴向力的影响;而气体钻井时,钻压小,钻铤浮重大,此时钻铤自身重力的影响不得不考虑。以管单元模拟钻具的物理及几何特性,以间隙单元模拟钻具与井壁接触,采用有限元法,对气体钻井过程中下部钻具组合受力及变形进行了动态数值模拟,对单稳定器及双稳定器钟摆钻具组合进行了分析。该有限元模型不仅考虑了钻铤自身重力的影响,而且考虑了钻铤自转对其变形的影响,为钻柱力学分析提供了一种有效的手段,也为气体钻井防斜打直提供了理论依据。     

近钻头变径稳定器导向钻具造斜特性研究

为提高现有导向钻具组合井眼轨迹控制能力,针对近钻头变径稳定器导向钻具造斜特性开展了研究。根据纵横弯曲梁法和三弯矩方程,考虑钻具结构弯角和变刚度管柱的影响,建立了带近钻头可变径稳定器的导向钻具组合力学特性分析模型,采用单因素法,对各种条件下近钻头可变径稳定器外径对钻具造斜能力的影响进行分析。分析结果表明,近钻头可变径稳定器外径对钻具造斜能力影响显著,在所研究的参数范围内,钻具长度和井径扩大率对复合钻进造斜率的影响较为明显,上稳定器和钻压的影响次之,螺杆钻具结构弯角对复合钻进造斜率的影响最小。最后根据研究结果并结合现场实际工况,设计并研制出了井下遥控式近钻头可变径稳定器导向钻具。     

带可变径稳定器底部钻具组合的等效刚度及其导向能力分析

带可变径稳定器的底部钻具组合可以通过地面控制实时调整稳定器外径,快速实现不同的底部钻具组合控斜功能,大幅节省起下钻更换钻具的时间,具有广阔的应用前景。底部钻具组合的导向能力与其在井眼内的变形特征密切相关,首先针对带可变径稳定器的底部钻具组合结构特征,考虑稳定器外径变化引起的支座径向位移以及井眼曲率影响,完善底部钻具组合纵横弯曲梁三弯矩方程,实现底部钻具组合在弯曲井眼内的变形特征及其应变能的求解,形成基于应变能的底部钻具组合等效刚度计算方法;其次,利用底部钻具组合三维静力分析模型的加权余量法,计算得到带可变径稳定器底部钻具组合在不同结构时的钻头侧向力。结果表明,带可变径稳定器底部钻具组合的等效刚度系数受稳定器外径影响较大,并与钻头侧向力具有一定的相关性。     

KWQ-216型地面可控井下变径稳定器

地面可控井下变径稳定器可以对井眼轨迹进行有效的控制与调整,以其成本低、控制效果好等特点在国外已规模应用,国内已有成功应用案例,但远未普及。介绍了地面可控井下变径稳定器工具的结构组成和工作原理,利用CAE技术对KWQ-216变径稳定器的壳体和弹簧座销等易失效部件进行了安全性分析,工具的工作安全性较高。介绍了与该工具配套使用的钻具组合。该工具通过地面开停泵液压式控制和井下机械式机构锁紧,变径准确可靠,操作简单方便,科学使用可变径稳定器可以经济、精确地控制井斜角和方位角,提高井身质量,缩短钻井周期。     

钻具稳定器结构对复合钻井导向力的影响

单弯螺杆钻具+PDC钻头复合钻井已广泛在钻井提速和井眼轨迹控制作业中应用,对该类钻具组合导向力分析也有成熟的方法,但常常忽略螺杆稳定器结构的影响。为此,基于油气田现场作业应用的直棱和螺旋棱稳定器结构,讨论了螺杆稳定器外径和支点位置变化对钻具导向力的影响,建立了稳定器实际偏心距计算模型,提出了考虑螺杆稳定器结构影响的钻具复合钻井导向力分析方法。通过对单弯螺杆单稳定器钻具组合、单弯螺杆双稳定器钻具组合复合钻井导向力的分析,结果发现：①忽略螺杆稳定器结构的复合钻井导向力分析方法计算结果与钻具导向合力差别较大;②直棱稳定器由于棱槽包角的存在,等效外径周期性变化使得钻具组合导向力发生周期性增加或降低,变化幅度最高达50%,影响钻具导向稳定性能和疲劳寿命。进而提出建议：①计算复合钻井导向力时应采用考虑螺杆稳定器结构影响的钻具复合钻井导向力分析方法;②现场复合钻井时选用带棱槽包角为零的螺旋式稳定器或选用带棱槽包角小的直棱稳定器的螺杆钻具     

干热岩钻井钻具磨损及防磨技术研究

为了明确干热岩钻井过程中的钻具磨损机理,并采取合适的防磨技术方案来降低钻具磨损,首先分析了井眼内钻柱的运动状态,描述了钻柱与井壁的接触关系,并采用有限单元法建立了钻柱动力学有限元理论分析模型;然后以某干热岩典型实钻井为例,通过求解钻柱动力学模型,分析了钻具与井壁的接触状态;最后以降低钻具与井壁间的接触作用力为目标,探讨了钻具组合和钻进参数对钻具动态特性的影响规律,并进行了钻具组合优化和钻进参数优选,给出了钻具组合、钻进参数防磨推荐技术方案。该防磨技术在某干热岩井钻井作业中进行了试验,进尺116.00 m,稳定器外径磨损3.0 mm,取得了较好的钻具防磨效果。研究给出的钻具组合、钻进参数防磨技术方案,为解决干热岩钻井钻具磨损问题提供了新的技术手段。      

?310mm可移式钻具稳定器的研究与应用

目前石油钻井使用的钻具稳定器通常是整体式稳定器,通过稳定器两端的螺纹连接到钻柱中。为将其安放在钻具组合中的优化位置,需要用短钻挺调节,但也难以实现计算机优化设计的最理想的钻具组合,对于大尺寸井眼钻进更为突出。     

垂直钻井系统配合单稳定器力学性能研究

国内外研发的垂直钻井系统在防斜快速钻进过程中表现出良好的优越性,在高陡构造地层得到了越来越广泛的应用。在充分调研垂直钻井系统配合单稳定器钻具组合的结构特征和工作原理的基础上,应用三弯矩方法建立了垂直钻井系统配合单稳定器钻具组合的力学模型,推导出钻头侧向力和钻头转角的计算公式,编制了计算程序,采用宣页1井的现场施工数据进行数值求解,分析了垂直钻井系统导向块与稳定器配合位置、井斜角、井眼扩大率、钻井液密度、稳定器外径、钻压、井眼曲率等因素对垂直钻井系统配合单稳定器钻具组合造斜特性的影响规律,并以井斜趋势角为衡量参数,讨论了主动力与最大钻压的关系。     

水平井及大斜度井下部钻具组合的弹性稳定性

应用能量法研究了水平井及大斜度井钻柱的弹性稳定性。在研究压杆弹性稳定性的能量方程过程中，根据现场作业情况，分析了钻柱转速、钻头扭矩、井斜角以及钻柱的几何尺寸、钻柱自重引起的横向均布载荷等参数对下部钻柱弹性稳定性的影响，并由此导出了在水平井及大斜度井中下部钻具组合临界钻压的计算公式。这对指导水平并及大斜度井的现场施工、正确选择钻井参数和选配钻具组合、确保井下钻具安全有着十分重大的意义。     

钟摆钻具组合非线性屈曲的有限元分析

钟摆钻真组合是一种应用较为广泛的防斜技术。文章采用有限元分析软件ANSYS首先建立了钻柱的非线性屈曲有限元分析模型,确定了加载条件。通过对大、小两种钟摆钻具组合的实例计算,确定了以钻压、转速为代表的钻井参数对钻柱屈曲后最大挠度的影响.计算结果表明,影响下部钻柱屈曲的因素较复杂,除钻压外,转速的影响也是一个重要因素。本研究成果为合理选取钻井参数,优化钟摆钻具组合降斜能力提供了理论依据。     

变径稳定器及其应用

变径稳定器是大位移井钻井的一种重要工具。介绍了变径稳定器的功能、分类、控制方式;以国外几种典型产品为例,介绍其工作原理、典型结构和重要参数,以及它们在钻井试验与施工作业中的应用情况和效果。并介绍了国内自行研制的正排量变径稳定器在QHD32-6-A26井的现场试验和实钻应用情况。应用表明,所介绍的几种变径稳定器性能稳定,应用可靠,且取得了较好的效果。     

垂直钻井系统在K5区块巨厚盐膏层的应用

K5区块古近系发育巨厚盐膏层,该段地层井斜难以控制,容易超标。受盐岩易蠕变缩径、溶解形成大肚子,且盐间发育高压盐水层和低压易漏层的复杂条件限制,最初只能采用塔式钻具组合小钻压吊打来控制井斜。随着油基钻井液在巨厚盐膏层的成功应用,基于其对盐膏层井眼稳定的良好效果,开始尝试在钻具组合中加入稳定器,使用钟摆钻具钻进,但钻压仍然受到极大限制。为了解决盐膏层段防斜与提速的矛盾,使用了垂直钻井系统,相比常规钻具组合,垂直钻井系统解放了钻压,大幅度提高机械钻速,同时将井斜控制在很小范围内。     

单稳定器组合气体钻水平段轨迹控制效果分析

针对气体钻水平井技术存在的问题,以单稳定器钻具组合结合转盘钻进方式解决气体条件下的水平段稳斜钻进问题,结合现场试验进行理论模拟分析,为该技术的进一步研究奠定了基础。依据现场试验条件,应用纵横弯曲连续梁理论,分析了单稳定器组合气体钻水平段时,稳定器位置、稳定器直径、井眼直径以及钻压参数等对井眼钻进趋势的影响。分析表明,在气体钻井条件下,采用单稳定器钻具组合钻进水平段,稳定器位置及直径、钻压以及井眼扩大率等是影响井眼轨迹控制的敏感参数。在现有技术装备条件下,采用单稳定器钻具组合实施气体钻水平段可以实现井眼轨迹的有效控制。针对具体应用条件下的钻具组合钻进趋势模拟分析是有效应用这一技术的基础。