钻压防斜技术的实践与理论探讨

常规防斜钻具要求小钻压或带有多个稳定器,因而钻速低,且易发生事故。新的防斜技术──光钻铤加压防斜,除具有常规防斜钻具的钟摆力和惯性离心力外,还有动态轴向附加力。新的防斜理论认为,增加钻压引起钻柱屈曲,保持钻柱涡动,有井斜时使钻柱产生周期性变化的轴向附加力,无井斜时轴向附加力消失。轴向附加力给钻头与地层的接触增加一个周期性附加分量,改变了钻头的破岩速率和方向,所以轴向附加力具有防斜和纠斜的作用,而绝不会增斜。新的光钻铤加压防斜技术,在塔西南地区试验取得极好效果。     

常规钻具组合防斜打快钻压优选与应用

对于常规钻具组合防斜打快,目前国内主要采用轻压吊打和大钻压预弯曲被动防斜技术来实现复杂地层井斜的有效控制。然而较低的钻压导致机械钻速低,大钻压预弯曲技术使钻柱容易失稳而导致井下复杂,因此如何平衡防斜打直、机械钻速、钻柱失稳三者间的关系,合理选取钻压是常规钻具防斜打快的关键。为此,基于纵横弯曲梁及管柱弯曲理论,充分考虑地层造斜力对井斜的影响,以钻头综合作用力最小为准则,建立了常规钻具组合直井防斜打快钻压的优选模型,编制了计算机程序,并以伊拉克米桑油田BUCS-44H井为例,开展了现场试验。结果表明:不同倾斜程度的地层具有不同的钻压适用范围,在高陡构造中使用降斜特性较强的钻具,并在钻柱预弯曲的条件下,施加大钻压钻进可以平衡机械钻速与防斜打直间的矛盾;充分考虑地层造斜特性及钻具自身造斜特性选取的最优钻压,既能避免钻柱失稳,也能实现防斜打快,对现场井斜控制具有一定的指导意义。     

异向双弯钻具组合设计与防斜应用

井斜一直是常规钻井中的一大难题，之前以钻柱静力学分析为基础提出的防斜钻具组合虽取得了“防斜钻直”的效果，但需要降低钻压来保证防斜效果。为此，通过对异向双弯钻具防斜机理和侧向力模拟分析，评价了其防斜打快性能：随着弯接头偏心角、钻压和扶正器的高度的增大，防斜效果越明显；随着端部和中部直壳体的长度增加，造斜率有所下降，且稳定性会更好。进而提出并设计了新型异向双弯防斜钻具组合，优化改进了异向双弯钻具的弯接头、短节和单边扶正器等关键部件的技术参数，从而保证了该钻具组合具有较好的防斜效果并能够施加足够的钻压来提高机械钻速。经过2口井的现场试验证明，平均钻速提高了73.93%，井斜角控制在10°以内，实现了复杂井段的防斜打快，取得了良好的经济效益。     

新型钟摆钻具组合防斜打快技术及在风城011井的应用

新疆油田准噶尔盆地西北缘地区二叠系的下乌尔禾组和夏子街组地层倾角大,最高可达60°,易井斜,地层可钻性较差。在该地区风城011井的上述2组地层,应用了带水力加压器、直螺杆和PDC钻头的新型钟摆钻具组合防斜快钻技术,该技术具有适应地层倾角范围大、防斜效果好、机械钻速和行程钻速高、钻井周期短、井下钻柱事故风险低、钻井成本低等优点。应用结果表明,与邻井乌351的同层段采用常规钟摆钻具技术相比,机械钻速提高1．90倍,行程钻速提高2．05倍,进尺工作时间减少628．85h,缩短钻井周期26．2d,节约直接成本近百万元,井身质量也得到提高,取得了显著的技术经济效益。     

页岩气水平井用轴向振动减阻工具研究

随着非常规资源的广泛开发,水平井、定向井、大位移井、多分支井的数量越来越多,通常这些井的位垂比较大,轴向钻压向下传递存在困难,有时将出现过大的摩阻和钻柱屈曲,甚至会导致钻柱发生自锁,使得泥浆电机滑动钻进、钻柱与完井管柱的下入、钻进期间为钻头传递钻压都将变得异常困难。轴向振动减阻工具可以实现钻柱及井下工具连续的轴向振动,打破静态摩擦并消除扭转振动,解决拖压问题、实现有效的钻压传递、减少滑动钻进期间的钻具拖压和电机制动现象、提高对工具面的控制能力,增加钻速和钻头寿命。该技术工具不仅适合于水平井、定向井、大位移井、多分支井和套管开窗侧钻井,而且同样适用于深直井和超深直井、旋转钻进和旋转导向、连续管作业等,讨论了轴向振动减阻工具的原理结构和应用效果,并对其良好使用提供了建议。     

机械式自动垂直钻井工具的研制

为了有效地提高直井的钻井速度和质量,根据现有技术研制了机械式自动垂直钻井工具。这种钻具能适时感应井斜的重力信号,并由重力驱动执行机构,利用钻井液循环在钻柱内外形成的压差,在钻柱旋转的情况下推动活塞靠向高边井壁,对钻头施加指向井眼低边的周期性侧向力,在钻进过程中实现对井斜的适时修正。现场试验结果表明,机械式自动垂直钻井工具的工作原理正确,结构可靠,能够在主动、适时防斜的同时,有效地释放钻压,提高钻速。该工具的研制成功为直井的防斜打快工艺提供了一种新的技术手段,具有广阔的应用前景。     

底部钻具组合运动状态及钻进趋势评价方法研究

应用室内模拟试验装置,研究了转速、钻压对底部钻柱运动状态的影响,得出：当钻压一定时,底部钻柱随转速变化存在3种运动状态,即低转速时的规则正向公转、中转速时的无规则摆动和高转速时的规则反向涡动;当转速较低时,钻压对底部钻柱运动状态影响较大,转速较高时,影响较小;当转速较低时,底部钻柱处于同步正向公转状态,当转速较高时,底部钻柱处于反向公转状态。通过理论分析,提出了“井斜趋势角”的概念,推导出了“井斜趋势角”的计算公式,并给出了应用“井斜趋势角”评价底部钻具组合防斜打直能力的方法。应用所提出的评价方法,对钟摆钻具和偏轴钻具组合的钻进趋势进行了评价。     

FG型防斜工具的设计研究

钟摆钻具、满眼钻具、偏心钻具等防斜钻具组合在特定的条件下起到了一定的防斜作用,但其防斜效果受钻井操作参数的影响较大,有时不得不降低钻进速度以求得到较小的井斜率。为了解决上述问题,设计了FG新型复合式高效防斜工具。FG型防斜工具的显著特点是其防斜效果受钻压、转速等钻井参数影响较小,钻头侧向力大小基本不随钻压改变,在旋转过程中钻头侧向力方向可以不断变化。FG型防斜工具可以在正常钻压及转速条件下钻进,并将井斜控制在较小的范围之内。理论研究和算例分析表明,FG型防斜工具具有良好的防斜效果。     

底部钻具组合力学特性模拟试验研究

底部钻具组合(BHA)的力学特性直接影响井身质量、钻井安全与钻速,因此,需要从理论和试验2个方面去研究BHA的力学特性,然而目前试验方面的研究很少。根据相似理论,利用底部钻柱力学装置,模拟研究了钻压和转速对井斜力、方位力、钻头合侧向力及其方向角的影响规律。结果表明:合侧向力随钻压的增大而增大,转速对合侧向力的影响较小;随钻压增大,井斜力增大,转速越大,井斜力越大;方位力随钻压增大而增大,转速对方位力的影响较小;合侧向力方向角随钻压增大而减小,随转速增大而增大。研究结果可为井斜控制机理研究和防斜打快提供理论依据。      

φ311mm自动垂直钻井系统在宣页1井的应用

宣页1井的地质构造具有地层倾角大、各向异性、可钻性差及自然造斜能力强等特点,采用多种传统防斜钻具组合钻进,依然无法较好地防止井斜。为此,研制了φ311 mm自动垂直钻井系统。该钻井系统包括稳定平台及防斜纠斜执行机构2部分,可以有效解决高陡构造及大倾角地层的防斜打快问题,能够完全释放钻压,在保证井斜精度的前提下,可大幅度提高机械钻速,缩短钻井周期,降低钻井成本。该系统在宣页1井的应用中总进尺210.88 m,纯钻时间64 h,机械钻速3.29 m/h,与传统钻具相比,钻速提高114%,并收到明显的纠斜效果。     

三分量检波器埋置误差分析

本文推导出了三分量检波器由埋置不准引起的误差计算公式，讨论了三分量检波器的方位偏差和倾斜偏差的允许范围，得到了野外采集时允许偏差的结论：①以10％的误差作为界限，偏差角度应控制在3°左右，进行三分量地震采集可以此为参考；②以5％的误差作为界限，偏差角度应控制在1°左右，进行九分量地震采集可以此为参考。     

捷联式自动垂直钻井系统

针对高陡构造及大倾角地层的防斜打快难题,成功研制了具有自主知识产权的捷联式自动垂直钻井系统。该系统采用动态推靠方式实现钻进中的主动防斜和纠斜,主要由捷联式稳定平台和防斜纠斜执行机构组成,其中由基于旋转基座的测控短节、电源短节、伺服短节组成的捷联式稳定平台是捷联式自动垂直钻井系统的核心。在稳定平台的控制下,伺服短节驱动防斜纠斜执行机构中的盘阀对过流的钻井液进行控制,利用活塞驱动翼肋推靠井壁,产生具有纠斜作用的侧向推靠力,以实现有效的防斜、纠斜功能。通过捷联式稳定平台地面联调试验和现场试验,初步验证了系统工具的可行性、稳定性和可靠性,为工具进一步改进和现场试验提供了技术支撑。     

随钻井斜监测预警系统研究

针对目前油田所用的测斜仪已不能完全满足深井钻井工艺要求的问题,研制了随钻井斜监测预警系统。该系统包括井斜测量工具和地面接收仪器2大部分,可根据不同井深的井斜角度要求进行随钻监测,对井斜角度起到预警作用。该系统中的井斜测量工具为机械液压式结构,结构简单,适用性强,可降低测斜强度,提高测斜的工作效率,缩短钻井周期。试验及应用表明,该系统能够实现随钻测斜,耐高温且安全可靠,对降低测斜工作强度、提高井身质量和降低钻井成本等有着十分显著的效果。     

松辽盆地北部汪家屯气田三分量地震采集方法及效果

在大庆探区，三分量地震资料中最大的干扰波是面波，X分量上的面波比Z分量上的面波强。为了压制面波，常规的作法是用检波器组合来实现，但是对于三分量检波器来说，在其埋置过程中，方位角偏差和倾角偏差都会影响到三分量资料的信噪比。如果采用三分量检波中组合来压制面波，那么则会出现埋置误差增大的问题。从组合原理及三分量埋置误差理论出发，结合大庆地区的实际三分量资料，在理论上分析了三分量检波器组合时，方位角偏差和倾角偏差对所得资料的影响。通过现场实验证明，在三分量勘探中采用较小的组合距多井组合激发，单个三分量检波器接收，既可以压制面波及低频随机干扰，又可以减少三分量检波器的方位角偏差和倾角偏差，提高了三分量资料的信噪比。     

Study of a Mechanism for Well Deviation in Air Drilling and Its Control

Abstract

Air drilling applied in an oilfield of western China shows its advantages in enhancing the rate of penetration (ROP) and oil reservoir protection. However, wells deviate more severely in air drilling than in mud drilling, which constrains the its application. The main factors resulting in well deviation are bottom hole assembly (BHA) and formation. This article analyzes these two factors in air drilling. The analysis shows that there is no significant difference in the behavior of BHA during air drilling and during mud drilling. BHA is not the critical factor that results in more serious well deviation in air drilling. The fundamental reason is that the bottom hole formation character changes in air drilling. Air replacing mud in a bore hole would lead to redistribution of bottom hole stress. Greater anisotropy index of formation in air drilling leads to more serious well deviation, and the increasing invasion depth of bit teeth in air drilling aggravates the well deviation. This article will analyze the above changes quantitatively by describing rock failure of anisotropy formation in air drilling. Based on the mechanism of well deviation, two types of BHA are recommended: air hammer and pendulum assembly with air motor, which have been proven as effective measures of controlling deviation in air drilling in Tarim oilfield.     

大港油田某住宅楼应力解除法纠偏

应力解除法是一项对软土地基上建筑物进行纠偏处理的新技术,具有高效、快速和经济等优点.针对大港油田某住宅楼沉降观察资料和场地地基土条件,分析其不均匀沉降原因,提出应用应力解除法纠偏方案.工程实践表明,该方案应用于软土地基上建筑物纠偏具有良好效果.     

曲轴偏移对中找正方法

详细介绍了曲轴偏移对中找正的具体操作程序和方法，以及有关注意事项。对其原理进行了简要分析。     

DEV43XA井斜测井仪

DEV43XA井斜测井仪是一种数字化的高精度连续测斜系统,它使用磁力计和加速度计作为敏感测量元件,由单片机采集传感器测出的姿态量,在井下仪器中计算出方位角和倾斜角,数据按标准PCM格式传送至地面,再由地面仪器对PCM信号进行解码,得到所需的测井数据。     

空气锤钻具防斜机理研究

空气锤在提高气体钻井机械钻速的同时可以有效控制井斜。通过对井底应力及空气锤破岩过程的研究,利用摩尔-库伦准则建立了考虑岩石本身以及周围压力的各向异性指数计算公式。结合空气锤的破岩特性得出空气锤钻具的防斜机理为:空气锤钻具的破岩力主要来自于内部冲击力,较小的钻压使钻具变形较小;空气锤的半圆形牙齿以及巨大冲击载荷使待破碎岩石的局部各向异性指数变小;空气锤低转速条件下的高频冲击有利于克服岩石的各向异性而实现平衡破碎。      

杆头加工偏差对抽油杆强度的影响

以CYG－22B抽油杆为研究对象，当杆头螺纹轴线和杆身轴线有加工偏差（偏心、偏斜或二者同时存在）时，对其应力集中系数进行了较系统的三维有限元分析和试验验证。结果表明，由偏心和偏斜所产生的应力集中位于接近过渡区的一个不大的范围内。在不考虑加工偏差的理想联接状态下，抽油杆杆头各部位的应力集中系数均小于1，杆头上应力集中最严重的部位在扳手平面上下两端面，其数值分别为0．811和0．747。本计算所得结果为抽油杆失效分析和制定允许加工偏差及验收标准提供了依据。