水力脉冲式钻井提高钻速

钻井实践表明,欠平衡钻进是提高钻速的一种有效方法,但在欠平衡钻井中,由于整个裸眼段处于低压状态,因而降低了井眼的稳定性,增加了气涌的可能。本文介绍了一种理想的钻井装置－－水力脉工钻井装置,只在有限的井底 生一个低压区,在钻头以上保持常规钻井或过平衡钻井条件,以控制地层流体。该装置使用一小型循环阀,可以产生强烈的循环吸主压力脉冲,克服井眼压力的影响,提高钻速。     

自激振荡式旋转冲击钻井工具在大港油田的应用

自激振荡式旋转冲击钻井工具是安装于钻头与钻铤之间.钻井液流经该工具的自激振荡器产生低幅高频机械冲击力传递至钻头,提高钻头破岩效果;同时钻井液高速流经振荡器所产生的脉冲射流作用于井底,改善井底岩石的受力状况和井底流场,强化清洗效果,从而有效提高钻头的破岩效率.自激振荡式旋转冲击钻井工具在大港油田共进行了7口井试验,试验井段机械钻速提高20.57％一132.63％,为中深层钻井提速开辟了新途径.     

井底脉冲式不对称流场钻井工具的研制及应用

常规钻井作业中井底水力能量利用率较低,水力辅助破岩和清岩能力下降,导致井底岩屑不能及时清理而造成岩屑的重复破碎,甚至形成钻头泥包,使得钻井速度降低。鉴于此,研制了与钻头配套使用的JSXMC型井底脉冲式不对称流场钻井工具。该工具产生的脉冲射流直接通过钻头喷嘴作用于井底,在井底产生不对称流场,不仅具有降低井底压持效应、产生负压脉冲和空化辅助破岩等功能,还具有脉冲效果更强、工具长度短和辅助冲击钻井等特点,从而大幅提高机械钻速。现场应用结果表明:在钻具组合相同和钻进参数基本相同的情况下,该工具的平均机械钻速比邻井提高30%,同时还具有保护钻头的作用。该工具的研制成功可为钻井现场合理有效地利用井底的水力能量并提高机械钻速提供参考。     

频率可调式脉冲钻井提速工具的研制和应用

苏里格西区致密气藏居高不下的钻井成本与难以提高的钻井速度严重制约了长庆对苏里格气田整体开发的部署。针对苏西地区中深井下部地层钻井机械钻速低的难题,研制了频率可调式脉冲钻井提速工具。该工具通过涡轮带动的阀组将连续流动的钻井液转换成脉冲流动,改善井底流场,增强射流冲击力,以最大限度地提高水力破岩效率与井底净化能力,达到提高机械钻速的目的。实验与现场应用结果表明:研制的工具入井工作时间超过120 h,能提高机械钻速20% 以上,具有广阔的应用前景。     

自激振荡式旋转冲击钻井工具在胜利油田的应用

摘要 :自激振荡式旋转冲击钻井工具安装于钻头上部 , 钻井液高速流经自激振荡器,形成水力脉冲作用于冲击传递杆,产生低幅高频机械冲击力传递至钻头,提高钻头破岩效果;所产生的水力脉冲再向下传递,经钻头水眼喷出形成脉冲射流,改善井底流场,提高井底净化和清岩效率,同时井底瞬时负压脉冲产生局部瞬时欠平衡,改变井底岩面破岩应力状态,可明显提高机械钻速。在胜利油田沙三和沙四段地层进行了钻井试验,无论是牙轮钻头还是 PDC钻头都有明显的提速效果,试验井段的机械钻速都提高了 30%以上,可成为钻井提速的新途径。     

钻头腔内转子调制式脉冲钻井工具

研制了一种钻头腔内转子调制式脉冲钻井工具,其原理是将一个直径与钻头腔内径接近、表面加工有螺旋流道的圆柱形转子置人钻头腔内,钻井液通过螺旋流道时驱动转子旋转,随着转子的旋转,其流道内的钻井液被周 期性分配到钻头不同的喷嘴中,形成脉冲射流作用于井底。以射流轴心压力脉动的幅值和射流破岩效果为优化目标,试验确定了转子的结构参数。现场试验结果表明,所研制的工具原理正确、参数合理、结构可靠,可显著提高机械钻速,具有广阔的现场应用前景。     

水力脉冲空化射流钻井机理与试验

在分析水力脉冲与空化射流调制机理的基础上,设计出一种新型水力脉冲与空化射流耦合的水力脉冲空化射流发生器,通过流体脉冲扰动和自振空化效应耦合,使进入钻头的常规连续流动调制成振动脉冲流动.钻头喷嘴出口形成脉冲空化射流,产生水力脉冲、空化冲蚀和局部负压效应,从而提高井底净化和辅助破岩效果.塔里木盆地6口井的现场试验结果表明,水力脉冲空化射流钻具对钻头类型、地层特性、钻井液密度、排量、动力钻具等具有良好的适用性,机械钻速提高10.1%～53.4%.水力脉冲空化射流发生器具有性能稳定、效果好、使用寿命长等特点,完全可以满足现场的需要.水力脉冲空化射流技术将为提高深井钻速提供一种切实有效的途径,具有较好的推广应用价值.图4表4参12     

水力脉冲强化压裂工具设计与分析

随着石油勘探开发力度不断加大,低渗透、超低渗透等非常规油气资源逐渐成为各国油气田的增产主体。超低渗地层使用常规水力压裂技术就会存在造缝程度低、泵注量大、能量利用率低等问题。针对上述问题提出了利用水力脉冲强化压裂的构思,并对水力脉冲压裂所用到的涡轮机构工具进行设计,分析并使用有限元数值模拟软件进行受力分析验证设计可行性以及所需材料强度。数值模拟结果表明：涡轮部件中部更易发生变形与断裂,需要选用材料强度较高的材料保证强度。工具采用涡轮驱动脉冲开关、止回阀防止回流、齿轮副调节脉冲频率,模块化程度高;设备组装便捷、可靠性稳定、耐酸耐高温,地层适应性强,能够满足水力压裂工艺需要。     

水力脉冲射流钻井提速技术在江苏油田的应用

水力脉冲射流钻井技术是一种具有改善井底流场、减少压持效应、降低重复破碎以及提高破岩携屑效果和机械钻速的特设技术。通过将PDC钻头安装脉冲喷嘴,将连续射流变为脉冲射流,克服了现有喷嘴射距短和持续能量小等缺点。该技术在40多口井进行了应用,在2 000 m中上部井段使用脉冲喷嘴,机械钻速提高10%~40%,在2 000~3 500 m下部井段使用脉冲喷嘴机械钻速提高10%~20%。水力脉冲空化射流接头与脉冲喷嘴的耦合钻井,产生多级谐振脉冲射流,该技术在4口井进行了应用,在2 000 m上部地层机械钻速提高15%左右,在2 000~2 800 m的下部井段机械钻速提高15%~25%。该技术在江苏油田的应用中取得了较好的提速效果。     

射流式水力降压钻井机理与参数研究

窄密度窗口是钻井工程设计中的一个难点。为解决这一问题，提出了一种射流式水力降压原理，利用高速射流产生 的抽吸力降低井底压力（循环当量密度），并介绍了工具设计的基本思路。射流式水力降压工具由主副流道组成，副流道流体 在喷嘴处的高速低压区对环空产生抽吸作用。通过计算，降压效果随无量纲面积比、排量和喷嘴直径的增大而增大，随钻井速 度的增大而降低。在分流量5%、钻井液密度1.25 g/cm3 时，最大能降低井底压力1.5 MPa。该研究为射流式水力降压钻井应用 打下了基础。     

等离子体电脉冲钻井破岩机理的电击穿实验与数值模拟方法

等离子体电脉冲钻井技术为一种高效破岩钻井技术。对4种岩石在80 kV固定输出电压、重频率为2.5 Hz下进行了电脉冲击穿实验。实验发现,电脉冲破碎结果中存在贯穿破碎和未贯穿破碎2种状貌,并针对产生这两种状貌的原因进行了分析。从电击穿角度明确了单次脉冲破岩效率的评价指标——能量转换效率η_e,并提出了一种新的岩石介质击穿模型——概率发展模型(PDM),借助PDM和简化的电击穿电路研究了单脉冲击穿时电路结构参数对破岩能耗分配的影响规律。基于电脉冲击穿实验参数和PDM生成的等离子体通道轨迹提出了等离子体电脉冲钻井破岩机理研究的数值模拟方法,利用该数值模拟方法研究了在地层压力为0～30 MPa下、直径为41 mm的电极钻具在加载峰值电压为60 kV时的破岩规律。     

液压自动防斜钻具设计

目前国内所使用的各种防斜钻具主要是靠钻具本身的重力来产生降斜力,在井斜角很小时,降斜力一般很小,在某些区块钻井时不能满足防斜要求。为此,根据不倒翁原理,设计了一种液压自动防斜钻具。这种液压自动防斜钻具主要由钻铤体、偏心套筒、钢球、阀腔、阀杆、活塞杆等组成。该钻具能够自动利用液压力来产生很大的降斜力,从而能够防止井眼的偏斜。该钻具原理可行,结构简单,若能在现场得到应用,可节省钻井时间,从而节省钻井投资,其应用前景十分广阔。     

冲击旋转钻井工具的发展现状及应用研究

论述了冲击旋转钻进技术在石油钻探中应用的技术优势,探讨了冲击旋转钻井工具的发展现状及存在的问题;并根据射流式液动冲击器现场试验应用,阐述了影响冲击旋转钻进技术发展的主要问题,提出了提高冲击旋转钻井工具应用效果的几点看法。     

空气式反循环套筒钻具的设计

文中主要介绍了空气式反循环套筒钻具的设计过程以及该钻具的适用地区。     

钻井堵漏材料送入工具的研究与应用

为了解决钻井漏失在处理过程中遇到的架桥材料较大而无法通过钻井泵滤网和钻头的问题,设计了一种旁通式堵漏材料送入工具。该工具可将堵漏或固壁材料准确地送至预定位置,可以避免膨胀性有机堵漏材料在施工过程中膨胀,还可以送入无法经过钻井泵的长纤维和大颗粒等材料。现场应用表明,该工具在下入过程中能保证钻井液的循环畅通,并将高浓度堵漏材料定点挤入漏失层位,实现快速封堵。     

SLTIT型扭转冲击钻井提速工具

在我国钻井大提速的背景下,提出了一种集机械剪切、水力和扭转冲击3种破岩方式共同作用的复合钻井工艺新技术及装备。旋转钻井过程中,在不影响钻进的情况下,扭冲工具利用钻井液驱动内部冲击锤做反复的扭转冲击,将部分流体能量转换成一定频率、周向扭转、冲击型的井底机械破岩能量,并直接传递给钻头。5口井的现场试验结果表明,扭转冲击复合钻井技术与装备适合我国的钻井技术环境,能够有效消除PDC钻头的卡滑现象,减轻钻柱扭转振荡,能够有效保护钻头和钻具等配套部件,有效降低钻井成本。     

海上钻具失效的力学特性分析及应用

针对海上钻井钻具失效问题,采用莫尔圆、第四强度理论及能量守恒原理建立了钻具在拉伸及蹩停动载条件下的扭矩计算方法,并进行了实例分析。结果表明,钻具在拉伸载荷或扭矩的作用下更容易失效。本文成果可为海上钻井参数选取和现场操作提供参考。     

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。     

气体钻井钻具冲蚀磨损试验装置

针对现有冲蚀磨损试验方法和试验装置不能模拟实际气体钻井过程气体携岩冲蚀钻具的问题,开发了气体钻井钻具冲蚀磨损试验装置。该装置由风机、送风管、加料管、混合室、加速管、试验管、连接管、旋风分离器、尾管、水箱、气体流量计等组成。它能模拟气体钻井过程中,不同气体排量、机械钻速等钻井工艺参数及不同属性岩屑对钻具冲蚀磨损的情况,具有结构简单、管道封闭、不污染环境、运行噪声小等特点;也可以开展管道气固两相流的相关试验研究。     

不倒翁式偏心防斜钻具的设计

目前所使用的各种钻具主要是靠钻具本身的重力来产生降斜力,在井斜角很小时,降斜力一般很小,在某些区块钻井时不能满足防斜要求。据此,设计了一种不倒翁式偏心防斜钻具。该钻具有1段钻铤,钻铤的两端各有1个偏心稳定器,钻铤外表面有一半圆形的偏心块,在钻铤和偏心块之间有轴承结构。利用不倒翁原理,当井斜超过一定值时,偏心块会在重力作用下自动停留在井眼低边,这样就可以将此处的钻柱顶到井眼的高边上去,从而产生一个很大的降斜力,使井斜得以有效控制。