大位移井钻井管柱作业极限实时预测方法

大位移井长裸眼段钻进过程中,井眼约束因素复杂多变,如何准确预测管柱作业极限对于安全高效作业至关重要。为此,考虑测量数据的时效性,建立了分段摩阻系数实时反演方法,实现了钻进过程中井眼条件的实时监测;将管柱作业极限预测模型与摩阻系数实时反演方法结合,建立了管柱作业极限实时预测方法;最后,引入管柱作业安全系数的概念,建立了基于管柱作业极限的管柱作业风险实时评估方法。案例分析结果表明,该理论方法可实时预测大位移井钻进过程中的管柱作业极限,识别异常井段,实现管柱作业风险水平的定量评估,并实时识别约束管柱作业极限的主要因素,可为钻井过程中的风险识别与优化措施提供技术支撑。     

基于钻井延伸极限的管柱分段优化设计方法

大位移井的横向延伸能力不断提高,管柱力学行为更加复杂,对管柱的优化设计提出了更高的要求。为此,综合考虑管柱各种作业工况和约束因素的影响,构建了一种基于大位移井延伸极限的管柱分段优化设计方法。对于大斜度段管柱采用加权目标函数法进行设计,采用先局部后整体的方法进行求解;对于上部常规段管柱采用近似延伸极限法进行设计,采用迭代法进行求解。研究结果表明,新设计方法可有效地解决大位移井管柱和接头优化设计问题。井眼状况良好时,可在钻柱上安装减阻器,以降低管柱摩阻;井眼状况较差时,采用小尺寸接头钻柱且不采用减阻接头,以降低局部机械阻力。套管设计中建议采用兼顾套管居中和减阻的折中方案,折中方案结果相对于仅考虑套管居中或减阻的结果更加合理。研究结果可为大位移井中管柱的优化设计提供参考。     

南海流花超大位移井摩阻/扭矩及导向钻井分析

大位移井的井眼轨迹比较复杂,为准确地计算实钻井眼中管柱的摩阻/扭矩分布,采用了三维摩阻/扭矩计算模型和软件。文中给出了南海流花油田已钻5口大位移井的钻井与完井数据,并跟踪第5口超大位移井(C1ERW 5井),应用自主研发的摩阻/扭矩数值分析软件,对钻井及下套管作业过程中的摩阻/扭矩分布进行了预测分析,计算结果与实测数据吻合良好。同时,针对流花超大位移井所使用的带PowerDrive系统的底部钻具组合,定量探讨了旋转导向钻井系统的力学特性,并分析了其影响参数导向控制力、钻压、PD翼肋位置对钻头侧向力的影响,计算分析结果表明,通过调整PD翼肋导向控制力的大小和方位,便可有效地控制井眼轨迹。该研究可为后续施工的超大位移井工程提供重要参考。     

南川页岩气田超长水平段水平井钻井关键技术

南川常压页岩气田采用超长水平段水平井开发可提高其开发效益,但存在水平段极限延伸能力预测难、井眼轨迹控制难、井眼清洁效果差、钻柱摩阻扭矩大、套管下入难和固井易漏易气窜等技术挑战。为此,进行了管柱力学和流体力学分析,明确了超长水平段钻进和下套管时钻柱的受力状态,分析了超长水平段的水力延伸能力及关键影响因素。基于分析结果和南川页岩气田钻井实践,形成了井眼轨道优化设计、低成本高效导向钻井、井眼高效清洁、套管安全下入、超长水平段泡沫水泥浆固井等关键技术。上述技术在2口水平段长度超3 500 m的水平井进行了现场应用,全部使用国产的钻头、螺杆钻具及常规LWD,2口井平均钻井完井周期较设计缩短25.4%,实钻整体靶框控制在5 m以内,优质页岩钻遇率平均在90%以上,水平段复合钻进比例平均达90.45%,最大狗腿度0.15°/30m,高效成井的同时,实现了提速降本。南川页岩气田超长水平段水平井钻井关键技术,可为国内水平段长超3 500 m水平井的钻井提速提供借鉴。     

张海502FH大位移分支水平井钻井技术

张海502FH井为一口大位移分支水平井，该井井底水平位移、水平段长度均创造了目前国内陆地钻井的最大纪录。该井钻井过程中存在φ244．5mm技术套管内开窗难度大、摩阻扭矩预测及井眼清洁困难、钻井参数及欠尺寸稳定器的优选困难、完井作业难度大等技术难题，从套管开窗、井眼轨迹控制、钻井过程中摩阻扭矩预测、倒划眼起钻井眼清洁、钻井液及完井技术等方面，详细讨论了主要技术、先进工具的应用和应用效果。该井的成功为今后钻类似井积累了经验。     

用旋转导向钻井系统钻大位移井

在用滑动导向系统钻大位移井时,随着位移及井深的不断增大,由于上部钻柱不旋转,会引起摩阻和扭矩过大、方位漂移失控、井眼清洗不良等问题。计算和实践表明,用滑动导向系统进行钻井时,大位移井的极限延伸能力受到了限制。文中对用旋转导向系统钻大位移井进行了方案性研究,设计了相应的可遥控和井下自动控制的旋转导向工具RSDS,并对旋转导向的机理进行了理论研究。所设计的旋转导向工具以钻井液为动力,充分利用了钻井液的冷却作用,具有较好的工作可靠性,结构简单。用旋转导向系统RSDS进行大位移井钻井,可望相当准确的控制井眼轨迹,大幅度减少钻柱所受的摩阻和扭矩,显著改善井眼的清洁状况。     

南海西江大位移井定向控制技术研究

对南海西江大位移井的定向控制技术进行了分析研究。在南海西江大位移井定向钻进控制中,综合使用了滑动导向马达及旋转导向工具2种钻井系统。当使用滑动导向马达时,虽然可实现水平位移超过8km的大位移井导向钻进目标,但施工难度较大,要求必须通过数值模拟来精心设计底部钻具组合;当使用旋转导向工具时,则可顺利实现大位移井的自动导向控制,并且可获得较高的控制质量。综合考虑技术与经济两方面因素,在钻进大位移井的小位移井段时,可使用滑动导向马达通过复合钻进实现井眼轨迹的连续导向控制,而在钻进较大位移井段时,则宜使用旋转导向工具进行自动旋转导向控制钻进。应根据井况对大位移井定向钻进进行变换控制。     

崖城13-1气田高温大位移井硬地层螺杆钻井技术与实践

崖城13-1-A16井12 1/4″井段钻进至梅山组时降斜严重、旋转导向钻具无法满足井眼轨迹控制要求,使用螺杆钻具成功进行了大位移井硬地层造斜钻进,达到了工程质量以及地质中靶要求。结合现场井眼情况以及定向钻进技术难点,对高温控制措施、螺杆钻具大位移井钻进风险控制措施以及井眼轨迹控制等技术措施进行了讨论,为类似井定向钻井施工作业提供参考与借鉴。     

大位移井钻井极限延伸能力的研究

大位移井钻井极限延伸能力是大位移井钻井设计和施工的关键参数,它往往被人们所忽视,目前有关此方面的研究尚不多见。针对大位移井的钻井实际,应用大位移井整体钻柱摩阻力分析的间隙元理论,给出了大位移井的延伸极限力学判断准则和计算模型。应用编制的大位移井极限延伸能力计算机软件,对影响大位移井的延伸极限能力因素进行分析,确定影响大位移井极限延伸能力的主要因素。得出了从对极限延伸能力的大小程度分依次为井眼摩阻系数最大、井眼曲率次之、门限钻压第三、转盘转速最小的重要结论,为今后大位移井的钻井设计和施工提供依据。     

中国海洋石油大位移井钻井技术现状及展望

大位移井是海洋油气资源开发的重要方式，可以减少生产平台的建造以及实施油气滚动勘探开发，近年来中国海洋石油大位移井钻井技术有了新发展。阐述了大位移井井眼轨道优化设计与定量评价、钻井液与含油岩屑处理、井眼高效净化与监测方法、降摩减扭安全钻井、套管高效下入等技术研究现状，总结了拟悬链线轨道设计、海上岩屑深度固控处理、井眼清洁监测方法、降摩减扭工具、管柱下入辅助工具等技术进展。在此基础上，对未来大位移井面临的需求和挑战进行了展望，指出应持续加大大位移井裸眼延伸能力、水力延伸能力、机械延伸能力的科技创新研究，进一步满足各海域边际油气田开发、老油田二次调整对大位移井技术的更高需求。     

深井和大位移井套管磨损程度预测

为提高套管柱强度设计准确性,防止磨损失控情况发生,深入分析了套管磨损预测技术。结合定向井钻柱力学研究成果,考虑钻柱刚度和屈曲的影响,推导了深井和大位移井的钻柱拉力-扭矩方程,建立了基于能量原理的套管磨损程度预测模型,并编制了预测软件。该预测软件可以预测包括钻进、起下钻具等作业过程的,不同套管柱层次、钻具组合、井眼轨迹、钻井液类型和钻井参数等情况的全井段不同井深所对应的套管磨损量。实例计算结果表明,编制的预测软件减小了人为的估计误差,预测值更为准确可靠。研究成果为深井和大位移井安全高效钻进提供了新的技术支持。      

南海西江大位移井井身结构与套管柱设计研究

井身结构与套管柱设计对于大位移井钻进是非常重要的。阐述了在大位移井井身结构设计和套管柱设计的过程中所考虑的各种因素,以及在南海西江大位移井工程施工中所采取的具体措施。介绍了XJ24-1油田的工程地质数据,阐明了井身结构设计中采用的主要原理及在工程实践中采用的井身结构,利用自主开发的大位移井套管载荷分析及强度设计软件,给出了南海新建大位移井套管柱结构方案的设计结果,该软件在西江大位移井工程中得到成功应用。     

Limit analysis of extended reach drilling in South China Sea

Extended reach wells （ERWs）, especially horizontal extended reach well with a high HD （horizontal displacement） to TVD （true vertical depth） ratio, represent a frontier technology and challenge the drilling limitations. Oil and gas reservoir in beaches or lakes and offshore can be effectively exploited by using extended reach drilling （ERD） technology. This paper focuses on the difficult technological problems encountered during exploiting the Liuhua 11-1 oil field in the South China Sea, China. Emphasis is on investigating the key subjects including prediction and control of open hole limit extension in offshore ERD, prediction of casing wear and its prevention and torque reduction, φ244.5mm casing running with floating collars to control drag force, and steerable drilling modes. The basic concept of limit extension in ERD is presented and the prediction method for open hole limit extension is given in this paper. A set of advanced drilling mechanics and control technology has been established and its practical results are verified by field cases. All those efforts may be significant for further investigating and practicing ERD limit theory and control technology in the future.     

大港油田页岩油水平井钻井关键技术

大港油田沧东凹陷页岩油水平井钻井过程中面临着破岩效率低、井眼轨迹控制难度大、摩阻扭矩大、完井管柱下入困难等技术难题,影响了页岩油的勘探开发效益。为了解决这些问题,进行了激进式水力参数设计、异形齿PDC钻头研制、深层水平段高效钻井技术、旋转导向井眼轨迹控制技术、强抑制强封堵高性能水基钻井液技术和旋转引鞋+旋转下套管工艺等技术攻关研究,形成了大港油田页岩油水平井钻井关键技术。该技术在13口页岩油水平井进行了现场应用,平均机械钻速13.16 m/h,钻井完井周期50.62 d,井下故障时效低于0.1%,均创造了大港油田的钻井纪录。研究与应用表明,大港油田页岩油水平井钻井关键技术为沧东凹陷页岩油高效勘探开发提供了技术支撑,也为国内页岩油水平井安全高效钻进提供了借鉴。      

大位移井钻柱优化设计方法及应用

钻柱设计是否合理是钻井能否成功的关键技术之一，在大位移井中其作用显得尤为重要。在前人研究的基础上，在综合考虑了大位移井钻井操作参数、井眼轨迹状态等实际因素的影响上，结合钻柱整体和各组件自身力学特性，对钻柱整体和部分分别进行优化设计分析，形成了大位移井钻柱分段组合、整体优化的设计方法，并结合南海流花油田A4ERW3 大位移井进行实例分析，结果吻合良好。实践证明该方法有益于指导其他大位移井钻柱的优化设计。     

基于熵权法的大位移井井眼轨迹设计方案优选

井眼轨迹设计对大位移井安全高效钻井作业的实现极为重要.大位移井钻井存在长裸眼段井壁稳定性差、摩阻扭矩高、管柱屈曲严重、井眼清洁难度大等问题,井眼轨迹设计需要对其进行综合分析与评价.基于熵权法构建了大位移井轨迹设计方案评价模型,充分依据评价指标的数据本身波动情况计算权重与方案得分,实现了大位移井井眼轨迹设计方案的定量评价...     

苏里格致密气藏超长水平段水平井钻井完井关键技术

针对苏里格气田致密气藏超长水平段水平井钻井完井过程中循环泵压高、摩阻扭矩大、机械钻速低、井眼清洁困难、完井套管柱下入困难等问题,分析了超长水平段水平井钻井完井技术难点,进行了高效钻具和钻井设备优化配置、井眼轨道设计和井眼轨迹控制、水平段钻井提速和清洁,以及旋转导向钻井、强抑制润滑性水基钻井液和"旋转引鞋+套管"漂浮下入...     

大位移井钻井摩阻预测及井眼轨道优选

大位移井钻井的施工难度主要来自钻井的摩阻大,因此在钻大位移井时必须较准确地预测摩阻,根据摩阻预测情况优选井眼轨道.近年来经过多次实践和研究大位移钻井的设计和施工情况,分析了钻井摩阻产生的原因及影响大位移井正常钻进的主要因素,提出了应利用成熟的软件来选择低摩阻的井眼轨道,总结了摩阻预测以及井眼轨道优选的方法,为同类井的施工提供了经验.