连续管钻井减阻技术发展

连续管钻井技术在油气开发领域的应用越来越广泛,尤其在水平井、大位移井、多分支井、老井加深和侧钻等技术领域更具有其独特的优势。连续管因其刚度小、不旋转等原因,导致摩擦阻力大,压力传递困难、易屈曲,严重限制了连续管的应用。针对连续管钻井减阻技术,阐述了振荡减阻器、润滑剂和牵引器减阻原理。介绍了几种先进减阻工具的结构、原理和应用情况。提出了我国连续管减阻技术的研究方向。     

水力诱振式双向耦合连续管减阻器设计

连续管刚度小,在下入或加压钻进过程中容易屈曲,导致摩阻增大甚至锁死。为此,基于附壁效应和卡门涡街效应,创新设计了可诱发连续管轴向与径向振动的水力诱振式双向耦合连续管减阻器。该减阻器通过流体诱发持续振动,将连续管与井壁间的静摩擦转化为滑动摩擦;涡轮动力源、径向振动组和流体振动腔室的多级耦合产生轴向冲击力,克服了连续管与井壁之间的摩阻,避免了纯机械式减阻器振动间断以及动力源驱动复杂等缺点。利用有限元软件进行减阻器径向振动组模态分析,分析结果表明:其固有频率远大于工作频率,避免了共振导致的结构破坏。在轴向冲击力测试试验中,该减阻器在10、14和18 L/s的注液排量下可分别产生23.3、30.1和34.6 kN耦合轴向冲击力,随着注入流量的线性增加,轴向冲击力呈非线性增大。应用该减阻器可增大连续管在水平段的延伸范围。     

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。     

气体钻水平井用减阻器

在气体钻大位移定向井、 水平井中, 随着井眼的延伸, 摩擦阻力越来越大, 使得钻压难以施加到钻头上, 使钻井无法继续进行; 此外, 还使得卡钻等井下事故频繁。文章介绍的钻具减阻器不仅能降低钻具在滑动钻进中的摩擦阻力, 并且能满足旋转钻进时对钻具的要求, 同时减小旋转钻进时的扭矩, 满足气体钻水平井、 大位移水平井等特殊工艺钻井的需求。     

连续管钻井定向器技术现状与发展建议

连续管钻井定向器是连续管钻井的核心工具,它通过调整马达工具面来控制井眼方向,决定了连续管钻井过程中轨迹控制的技术水平,但是目前国内还处于产品空白阶段。为此,重点介绍了国外Schlumberger、Weatherford、Baker Hughes和Sperry-Sun等公司的液压定向器、电驱动定向器和电液驱动定向器的工作原理及技术特点,阐述了国内连续管定向器的研究现状及国外连续管定向器的最新发展动态。最后针对国内连续管钻井定向器研究存在的问题及技术难点提出了具体发展建议:1加快电液和电控等高端定向工具的研究速度;2加强对定向器锁紧装置的研究;3形成高端定向器从操作、定向到锁紧的一整套理论,以此对定向器进行精确、合理的设计指导。     

连续管钻井技术研究进展及应用

连续管钻井技术作为一种全新的钻井模式,因其安全性、经济性、环保性以及高效性的特点得到了行业内高度关注与快速发展。连续管钻井技术在国外已被广泛应用于浅层钻进、老井侧钻、定向井等领域。我国起步较晚,近几年也发展比较迅速,在装备、工具、管材等方面都有所突破,但是与国外先进技术还有一定差距,特别是应用还处在现场试验阶段,没有进行大范围推广,重点集中在侧钻井应用。介绍了国外连续管钻井方面的先进技术,分析了我国连续管钻井技术发展与应用现状,结合侧钻井施工实例,对我国连续管钻井技术在未来的应用前景与发展方向提出了建议。     

连续管内堵塞器的研制与应用

随着油田开采周期的延长,需要解决连续管速度管柱后期带压起管的内封堵问题。结合管柱自身和井口悬挂装置特点,以及带压起管工艺要求,借鉴常规油管不压井作业用堵塞器,利用实验室验证的方法,研制了连续管内堵塞器。该堵塞器满足连续管带压作业的管内压力封堵的要求,具有结构紧凑、适用管内壁有焊筋以及可弯曲缠绕等特点。室内试验和现场应用结果表明:研制的连续管内堵塞器很好地满足了弯曲缠绕上滚筒的带压起管工艺要求,其性能稳定可靠,提高了施工效率,避免了高空作业风险,降低了作业费用。连续管内堵塞器不仅保证了不压井作业起管堵塞的安全、高效,而且对不压井作业工艺配套技术的完善起到了推动作用。     

连续管井下作业摩阻计算分析

在综合分析现场3种摩阻计算模型优缺点的基础上,提出软模型是计算连续管作业摩阻的最优模型。根据连续管作业的特点,考虑到井眼轨迹中曲率和方位的变化,建立了连续管单元几何力学模型。分析了连续管单元的受力情况,给出了连续管摩阻的计算模型。进一步探讨了发生屈曲时连续管的受力情况,最终建立了三维井眼中连续管井下作业摩阻计算模型。结合中海油湛江DF1-1气田A1h井数据,对连续管井下作业轴向载荷和注入头载荷进行了预测,为连续管技术的应用提供理论基础。     

我国连续管技术面临的挑战和发展建议

在客观分析我国连续管技术应用现状的基础上,对比国外先进水平,总结了在连续管设备、配套工具、作业工艺、应用规模、使用频率、思想理念及操作水平等方面存在的差距,并提出相应的对策和建议:做好连续管技术规划、加大研究力度、成立专业化队伍、建立培训基地以及制定相关政策等。     

连续管钻井双向振动减阻工具设计与试验研究

连续管钻井技术面临的技术难题是摩擦阻力大和钻压传递困难,甚至在注入头施加压力和管壁摩擦阻力的影响下易发生屈曲和卡死现象。为此,在分析现有振动减阻工具优缺点的基础上,研制了涡轮式连续管钻井双向振动减阻工具。该工具利用偏心环旋转引起径向振动和水锤效应使轴向振动实现工具的双向振动,并且可以通过改变偏心质量改变工具的激振力。室内试验结果表明:该工具结构合理,工作稳定可靠,在工作排量下激振力为1 000 N,径向和轴向振动频率分别为11.3和22.6 Hz,压降约为2 MPa。该工具的研制成功可解决连续管钻井中摩阻大和压力传递困难等问题。     

带有井下增压器的连续管射流钻井

高压旋转水射流钻井可以提高钻井的速度,减小钻压、扭矩振动,因此可以采用常规的地面泵送设备和连续管,利用高压旋转水射流钻机、增压器和油气分离器进行喷射钻井.利用高压反作用式涡轮射流可以钻1 1/8～3 5/8in的井眼.喷射钻井实验显示70 MPa的射流可以有效地钻穿最常规的油气产层.常规泵、旋转接头和管线达到28 MPa才能够操作,而一个压力比为2.5:1的增压器可以在所要求的压力下进行有效的钻进.增压器可以利用气锚对两相流产生作用,从两相流中分离出来的气可以供给增压器和要通过射流喷嘴的高压水,并可以传到钻头上用来延伸射流的喷射范围.实验表明,井底钻具组合的喷射钻井可以有效地铣削胶结物,但是钻进速度比电动机和磨铣钻头的组合慢,且要求更高的泵压.可以在无法应用电动机的地方应用这种工具,例如这个工具可以通过超短半径的流动给小直径喷管射流钻井提供能量来进行水平钻井.可用于去除对井底设备有害的硬水垢等油井服务.     

连续油管负压打捞管柱研制

随着油气田勘探开发技术的发展,水力压裂技术也随之发展。在对油气井进行投球分层压裂作业后,井内会遗留有球类落物,目前已有的打捞工具无法快速、高效地将其捞出,严重影响油气井的后续生产。利用射流负压抽吸原理,通过数值模拟、试验分析等优化方法,研制出一套专门针对球类落物的连续油管负压打捞管柱,并对其进行了多次模拟试验和入井试验,结果显示其在直井、水平井中的打捞效果均较好,成功率较高,为球类落物打捞难题提供有效解决方案。     

连续管钻井减摩技术综述

连续管钻井应用越来越广泛,但由于连续管弯曲和连续管不旋转造成连续管钻井摩阻较大,限制了其应用范围,因此,减摩降阻成为连续管钻井扩大应用范围的关键。连续管钻井减摩降阻的思路是避免连续管屈曲和减小摩擦系数,主要措施包括使用大尺寸连续管、钻小尺寸井眼、在钻井液中添加减阻剂以及应用减摩工具等,其中牵引器和振动减摩器是较为理想的减摩工具。      

测井用大管径连续油管电缆注入装置研制

在进行测井作业时,为了解决大管径连续油管的穿电缆难题,对比常规连续油管穿电缆方式,结合连续油管的应用环境,选用水动力牵引形式将电缆注入盘绕的连续油管中。通过电缆注入方案的研究,开发了电缆注入装置。电缆注入装置由电缆转盘装置、电缆密封系统、电缆记录装置、液压动力控制装置、电缆滚筒组成。现场测试与应用表明:该套连续油管电缆注入装置能满足大管径连续油管穿电缆的要求,无需移动运输滚筒上的连续油管,节省时间,降低劳动强度,安全可靠。     

连续管磨钻工艺的研究与应用

钻铣桥塞是解决水平井分段压裂后续问题的关键技术。常规钻铣工艺通过普通油管加钻铣工具来实现,但存在工具下入困难、施工周期长等问题。为此,开发了连续管磨钻工艺技术。该技术通过水力液压动力带动磨鞋高速旋转,对井内堵塞物进行钻磨,磨铣成细小碎屑返出,使井筒畅通,以方便进一步的返排和生产作业。2口井的现场应用结果表明,连续管连接钻铣工具易下入水平井段,可实现边钻铣边冲砂连续施工,具有带压作业、施工周期短及效率高等优势。     

双瓣单流阀用于连续管拖动压裂的试验与评价

为解决连续管拖动压裂过程中环空混砂液进入连续管,造成喷嘴砂堵、油管意外损伤以及开裂引起的能量外泄问题,以双瓣单流阀为对象,对内防喷工具进行深入研究。通过室内试验,采用Φ38.1 mm连续管带Φ60.3 mm单流阀,模拟与实际相近的射孔流速,验证单流阀在连续管喷射过程中的抗冲蚀性能;在现场条件下,采用Φ50.8 mm连续管带Φ73.0 mm单流阀,验证单流阀的抗冲蚀性能,并进行评价。试验结果表明:双瓣单流阀阀内结构均满足抗冲蚀要求;冲蚀后的单流阀反向密封性能良好,可防止环空混砂液进入油管而造成喷嘴堵塞;可有效防止因油管意外损伤和开裂造成的能量外泄,降低井控风险。因此,单流阀可作为内防喷工具,提高连续管拖动压裂施工的一次性成功率和本质安全性。     

连续管作业机软管滚筒制动装置设计

为了解决连续管作业机实际运输过程中滚筒在较差路况下出现晃动的问题,在充分考虑滚筒空间有限的情况下,提出了结构简单的液压控制制动装置,并在该制动结构的基础上进行了强度分析和疲劳寿命分析。分析结果显示：在液压缸施加21 kN推力的情况下,未简化的结构最大等效应力为233.5 MPa,经过简化的结构最大等效应力为62.89 MPa,满足选取材料强度的要求。疲劳寿命分析表明,制动结构的疲劳寿命在107次以上,安全性较高。