本期导读

<正>准确的钻头工作效率评估对预测钻速、钻头选型和分析钻井事故具有重要意义。目前获取钻头工作效率大都采用邻井数据对比分析或通过机械比能理论计算,存在一定的盲目性和不确定性。李昌盛等提出了一种利用机械比能、岩石有侧限抗压强度、机械效率等钻头工作评估参数,结合岩石力学参数和测井数据,综合评估钻头性能的方法,并采用现场数据进行了验证。元坝气田是国内埋藏最深的海相气田,主力储层长兴组埋深超过7 000 m,面临高温、     

空气锤钻井机械比能计算方法

空气锤钻井是目前硬质岩层钻井提速提效的重要工艺,为了实时评价空气锤钻头的工作效率,提高钻井施工可控性,对空气锤钻井机械比能计算方法进行了研究。基于前人提出的机械比能相关理论,分析了空气锤钻头机械结构和钻进机理,引入冲击效率和冲击速度等参数修正完善机械比能计算模型,并提出能量传递效率η_tr,辅助分析空气锤钻井效率。根据以上理论模型,研制了空气锤钻井机械比能计算软件,可综合利用钻井参数、岩石力学参数、机械比能、能量传递效率等多种连续曲线剖面科学评估空气锤钻头的钻井效率,并采用元坝区域的钻井数据进行验证。结果表明,该计算方法得到的空气锤机械比能和能量传递效率对钻井效率的评价基本与现场实际情况相符,本文所研究的方法对评价空气锤钻井效率、优化钻井参数和钻后分析具有重要意义。     

基于机械比能理论的复合钻井参数优选方法

为了进一步提高深部地层钻井速度,利用机械比能理论对复合钻井参数进行优化。从岩石力学和能量守恒角度出发,分析了基于机械比能理论的钻井优化机理,得出了钻进参数与机械钻速之间的相互关系。在Teale机械比能模型的基础上,引入钻头滑动摩擦系数和钻头破岩效率系数,将扭矩表示为钻压的函数,解决了常规钻井中扭矩难以直接测量的问题,建立了基于比能理论的复合钻井参数优化模型,并开发了钻井优化系统。该系统在实钻过程中可以进行钻井参数的动态监测,实时反馈钻井参数优劣,提示井下复杂情况。现场试验应用后,优化井段平均机械钻速提高20%~30%,钻头使用寿命延长。研究结果表明,机械比能理论能够用于钻进参数优化,达到深层提速和降低钻井成本的目的。      

基于机械比能理论的钻头磨损监测新方法

现有基于机械比能理论的钻头磨损监测方法,都是通过机械比能趋势线对钻头钝化趋势作定性分析,没有一种定量计算钻头磨损等级的有效方法。在前人研究成果的基础上,选取合理机械比能模型,通过优化钻头扭矩回归数据对其进行了优化;综合考虑钻头设计参数、切削结构、钻井参数及钻头磨损等的影响,选取了合适的牙轮钻头和PDC钻头钻速方程,提出了一种定量计算与定性分析相结合的钻头磨损监测新方法。该方法充分考虑了钻速、钻压、转速、扭矩以及钻头设计参数等因素,采用钻速方程和测录井数据计算机械比能、岩石抗压强度和钻头磨损等级分级系数。该方法在南海油田宝岛区块A井、准噶尔盆地风城区块B井、吐哈油田某区块C井等的多个井段进行了PDC钻头和牙轮钻头的磨损监测,结果表明,较之钻头磨损实测数据,PDC钻头的平均相对误差为9.87%,牙轮钻头为21.15%,即新方法能有效监测钻头磨损情况且更适用于PDC钻头。      

随钻评价钻头效率技术应用

在利用R·Teale机械比能模型与钻头进给量参数进行钻头效率评价中,虽然对机械比能模型中的钻压和扭矩进行了校正,但在数据处理方面还是存在着一定的问题,致使利用传统的交会图板进行钻井工程指导的难度很大。为此,通过对校正后机械比能数据采取数据插值和数据筛选、删除以及平滑滤波步骤进行处理,绘制出机械比能与钻头进给量交会曲线,通过交会曲线的形态和面积,与钻井工况相结合,对破岩效率及钻头工况进行判断,可进行钻头泥包、钻具振动、钻头钝化、钻头选型等工程分析。在钻井现场进行钻头效率的随钻评价应用实例证实,该方法具有较好的实时性和实效性,能够减少钻井工程事故、缩短钻井周期,降低钻探成本。     

基于机械比能理论优化钻井效率新方法在大牛地气田的应用

为进一步提升大牛地气田水平井机械钻速,从影响钻井效率的关键因素分析入手,以Teale机械比能理论为基础,基于水平井钻井中滑动钻进、复合钻进特点,引入螺杆容积效率和机械效率,计算螺杆实际输出转速和扭矩,建立了水平井钻井效率优化新模型,以新模型计算的比能值作为主要指标评判钻头使用效率,优选各井段最优钻头,并在钻进中依据实时比能值对钻井参数及时调整,确保钻头破岩效率最大化。在大牛地气田水平井钻井现场应用效果显著,优化后机械钻速较优化前提高10.35%,钻头使用数量降低12.5%,该方法可借鉴应用到同类岩性地层钻井效率优化。     

基于钻井参数的钻头磨损泥包监测识别方法

现有的钻头磨损及钻头泥包识别方法多是利用钻井参数变化规律进行主观判断,没有一种确定的模型或方法来准确识别钻头磨损及泥包。本文在前人研究的基础上,提出了不同钻井条件下钻头摩擦系数及切削深度的计算模型,并结合临井测井数据、钻头破岩机械比能模型建立了钻头磨损泥包监测识别方法。该方法在综合考虑了地层岩石强度、机械钻速、钻压、转速、扭矩、水力参数等因素前提下形成了一套监测识别模型。在西南油气田三口井中进行了现场试验中,试验结果证明该方法能够在钻井过程中准确识别钻头磨损及泥包。现场试验主要用于PDC钻头,需要在不同钻头的井中进一步验证。     

地层岩性与钻头工况的评估方法研究及其应用

地层岩性与钻头工况的评估对钻井工程技术人员和地质人员十分重要。根据能量守衡原理和钻头破岩机理,建立了地层岩性与钻头工况评估模型。该模型在钻井过程中,利用钻压、扭矩、钻速、转速等井下或地面的各种信息,预测所钻遇的地层岩性、岩石视抗钻强度、岩石视抗剪强度及当前的钻头工况,并且开发研制出地层岩性与钻头工况实时评估软件系统。该软件在现场得到初步应用,取得了较好的效果。     

软地层钻头的钻井模拟

现有几种叙述软地层钻头钻井条件与钻速关系的钻井模拟,这些模拟都有缺点,难以在实际钻井中应用。本文提出一种用全尺寸软地层钻头试验得来的钻井模拟。该模拟是用6"-12 1/4"钻头,按照实际钻井条件,在一台研究钻机上选用适当钻压、转速、扭矩和水力条件进行试验的。本模拟叙述了钻压、转速、钻头尺寸、岩石强度与机械钻速的关系,较之已发表的任何模拟,确有明显的改进。一种现有的扭矩关系,提供了在特定组合条件下估算旋转钻头所需扭矩的良好方法。在各种岩石中钻进试验确定的岩石强度与同类岩石的机械性能相关。剪切强度和抗压强度与钻进试验中计算的岩石强度十分吻合。现有的试验数据还说明,用一只钻头一次钻井试验计算的岩石强度,足以预测不同类型或尺寸钻头的机械钻速。在实际钻井应用时,用邻井资料确定岩石强度,各变量诸如压差、泥浆性能、水马力的影响,可用阿莫柯(AMCO)计算机程序来补尝,例如,现场成功地使用了本模拟预算机械钻速。此例的数据是由一个用于研究的车装钻机取得的。     

综合录井钻头寿命终结分析

以往工程监测中多是以扭矩和泵压等参数判断井下钻头使用状况,虽然也能够正确地识别出一部分钻头工作异常,但从优化钻井上讲,它还不够全面系统,未能充分有效地利用工程录井参数。该文提出了用钻进成本参数结合钻时、扭矩等来判别钻头磨损状况的意见,依据现场工作经验和应用实例分析了钻头寿命终结相关参数表现特征及识别方法。利用此方法能更有效地避免钻头事故的发生,有利于提高钻井时效。     

钻柱摩阻扭矩智能实时分析与卡钻趋势预测

钻柱摩阻扭矩的实时分析对提高钻井效率、规避钻井卡钻风险具有重要作用,目前摩阻扭矩分析以钻前预测为主,但钻井过程中摩阻扭矩的实时分析尚不成熟。针对当前井底钻压扭矩预测不准、钻柱摩阻系数的确定存在盲目性等问题,提出一种钻柱摩阻扭矩智能实时分析方法。该方法利用神经网络模型实时计算井底钻压扭矩,结合摩阻扭矩刚杆模型采用二分法实时反演摩阻系数,准确分析钻柱受力。考虑到钻柱摩阻系数在一定程度上表征钻柱卡钻趋势,进一步利用该方法对钻井卡钻趋势进行预测。将该方法应用于现场数据,发现某井钻柱摩阻系数在6 000~6 100 m区间整体呈现逐渐增大的趋势,且在6 100 m处附近,钻柱摩阻系数从0.35附近陡增至0.75,变化极为剧烈,说明即将发生卡钻。经过对该井的钻井日志查证,该井在6 100 m处附近蹩停顶驱钻具卡死。说明利用该方法对卡钻趋势进行预测具有良好的效果,便于现场实时调整钻井参数,有效规避卡钻风险,提高钻井效率。     

判断钻头磨损程度的新方法

钻头的工作情况可以根据综合录井资料分析判断,反映钻头磨损程度的主要特征参数有扭矩和钻时。该文针对目前判断钻头磨损尚未量化的现状,探讨了利用扭矩和钻时的相对变化量判断钻头磨损程度的量化方法,即扭矩和钻时相对变化量安全区域法。此方法在理论上具有合理性,在应用中具有指导意义,为人们在钻井过程中随时判断钻头工况提供了新的思路。     

基于比能理论的钻头工作状态监测方法

钻头工作状态是影响钻井机械钻速和钻井效率的重要因素之一,而钻头的地下工作环境具有高隐蔽性和不确定性,一旦出现异常,很难在第一时间被现场施工人员发现.文中分析了钻头工作状态的影响因素,利用Farrelly等人提出的比能法,通过多元线性回归模型计算钻头扭矩,得到钻进过程中钻头比能值监测的工程简化模型.比能监测值的异常变化,...     

衡转矩钻井工具研制

PDC钻头在难钻地层钻进时有“憋跳钻”现象严重、钻头机械钻速低、单只钻头进尺低等问题。研制了一种衡转矩钻井工具,该工具采用弹簧+螺旋导向机构的机械传动方式,实时存储、释放钻井转矩能量; 通过对钻头的破岩能量实时优化,实现了钻井转矩波动的“消峰填谷”,平稳钻进。试验结果表明,衡转矩钻井工具设计合理、性能可靠,可满足直井和定向井工程需求,能够有效减少钻井转矩波动、提高钻头进尺及机械钻速。     

海洋钻井多参数仪系统设计研究

海洋钻井多参数仪是为海洋各类钻(修)机配套设计生产的多参数监测仪表系统,可测量显示钻(修)机作业过程中的大钩悬重和钻压、转盘扭矩、立管压力、吊钳动力钳或套管钳扭矩、转盘转速、泵冲速、泥浆罐体积、游车高度、井深、钻头位置等47个参数的变化情况,帮助司钻掌握钻机、泥浆泵和防喷器的工作状态以及H2S和可燃气体浓度。通过对钻井过程的实时监控,对预测预报工程事故、提高工作效率、安全生产、降低作业成本、有效保护油气层等起重要作用,为渤海地区油田设备远程数据监控提供了较好的范例。     

扭矩波动系数法监测钻头运行状况

钻头扭矩参数的变化可以反映钻头运行状况,现有的扭矩参数监测方法受扭矩传感器、钻机型号、操作人员等因素影响较大,用设置扭矩门限值的方法监测钻头运行状况,监测效果较差。为此,提出了用监测“扭矩波动系数”代替现有监测扭矩绝对值的方法,并给出其计算模型：通过对现有采集的扭矩参数进行实时数据处理,实时计算测量点扭矩曲线的平均值、扭矩值的标准差,用测量点扭矩值的标准差与扭矩曲线的平均值的比值绘制出“扭矩波动系数”随使用时间的移动曲线,该移动曲线消除了不同扭矩传感器、不同钻机、不同的操作人员所造成的人为影响,更加客观地反映了钻头牙齿、牙轮的实时工作状况。该方法经过现场试验,能更好地预测钻头寿命终结,提高了钻井效率,取得了较好的效果;该方法立足于现有钻头扭矩参数的测量技术,不增加软硬件设备及人员,可在所有的钻井现场推广使用。     

裂缝性储层PDC钻头随钻响应特征实验研究

裂缝性储层的裂缝预测难度大,研究裂缝性地层PDC钻头钻进响应特征对裂缝性储层随钻识别具有重要意义。文章利用水泥石材料制备的无裂缝水泥石试件、填充裂缝水泥石试件和张开裂缝水泥石试件开展了微PDC钻头钻进实验,监测不同裂缝类型的水泥石试件在钻进过程中的钻压、转速、扭矩、钻时等直接参数,通过计算机械比能、机械比能异常因子、机械比能波动因子和扭矩波动因子等衍生参数,揭示了不同裂缝类型的试件在PDC钻头钻进时的响应特征,构建了无缝、填充裂缝、张开裂缝在PDC钻头钻进时的特征图谱、评价指标体系和分类标准。并在渤中19-6气田进行了现场应用,与测井解释符合率达到了82%以上。该项研究成果为裂缝性储层的随钻识别诊断提供了实验依据。     

虚拟强度指数优化钻井技术的发展与应用

随着勘探开发的不断深入,新的钻井技术难题不断出现,对钻井速度的要求也越来越高.钻探过程中影响钻井速度的因素很多,尤其是钻井参数的影响最明显,因此合理选用钻井参数非常重要.通过调研不同的钻井参数优化模型,优选出了较为完善的虚拟强度指数(VSI)法.利用相关软件,实时采集转盘转速、扭矩、钻压等钻井参数,计算出VSI曲线,然...