反扭矩定向系统研制及试验

现有旋转滑动钻井工具无法同时实现隔离上部钻具旋转和钻头破岩产生的反扭矩,且工具面角不可控。基于此,设计了分时动态隔离上部钻具旋转和承载下部钻具扭矩的反扭矩定向钻井系统;研制了反扭矩定向系统样机;利用该样机开展了实钻测试,实钻总进尺57 m,工具面角控制精度小于±5°、造斜率达23.0°/100 m,平均机械钻速约为6.5 m/h(泥岩)。研究表明：研制的反扭矩定向系统可同时隔离上部钻具旋转和下部钻具扭矩;能精确控制工具面角,实现了下部钻具自动精确导向钻井的功能,验证了反扭矩定向系统结构设计理论的正确性。相关成果有望解决滑动钻进钻柱“托压”和井眼轨迹控制难题,提高弯螺杆滑动导向钻井时效。     

定向钻井电控式扭矩离合控制工具研制与应用

旋转导向工具由于尺寸大，在钻井过程中井壁不稳定时容易发生卡钻、埋钻等复杂故障，处理难度大，现场应用受到一定限制。针对这种情况，文章研究了一种适用于定向钻进过程中的电控式扭矩离合控制工具。该工具在定向过程中可以将下部钻具与上部钻具的扭矩进行分离，实现上部钻具随钻盘低转速旋转送钻，下部钻具与螺杆工具配合滑动定向钻进。该工具由两部分组成：地面信号下传单元和井下信号接收及离合控制单元。井下信号接收及离合控制单元安放在近钻头位置，地面信号下传单元通过钻井液将信号传递到井下，离合控制单元接收指令后，用电液控制方式执行钻柱扭矩分离与结合动作。该工具使用的关键点是安放位置和反扭矩的控制，通过对下部钻具摩阻扭矩的分析，运用Landmark软件计算工具安放位置，抗反扭矩工具可抵抗并吸收螺杆钻具的反扭矩。现场应用表明，该系统可有效缓解托压，降摩减阻，稳定工具面，提高钻压传递效率，较大幅度提高机械钻速，实现低成本代替旋转导向工具，具有广阔应用前景。     

旋转钻柱动载扭矩的研究及其应用

本文就钻井作业中经常发生的钻具扭断事故进行了运动机理上的分析和研究,并运用双向应力状态分析方法及能量守恒原理,对钻柱在静态下的轴向力和在剪切作用力下的许用扭矩计算,以及钻柱在旋转状态下的动态许用扭矩的计算进行了研究,从而使扭矩计算及其限制更接近于现场实际。     

用于大位移井的刚性可膨胀管

钻大位移井时碰到的扭矩和拖拽是抵达靶区的限制因素，在其他技术中，钻共液性暖和旋转导向钻具减少了这些限制，扭矩和拖拽主要受几何条件的影响，如“狗腿”严重度(DLS)，套管或裸眼共尺寸与钻柱尺寸，表面效应(一般一起归与类为摩擦系数)、钻柱动态条件(例如，宽限摩擦力的轴向和旋转运动)。     

随钻恒扭器的研制及现场应用

钻井过程中扭矩的波动容易导致钻柱自激振动、井下钻具扭断,甚致使顶驱或转盘憋停、螺杆钻具滞动,进而导致频繁的上提钻具以及泵压的大幅波动,影响钻进效率。为此,研制了随钻恒扭器,并将其在塔河油田进行了现场应用。随钻恒扭器主要由密封机构、储能机构及压扭转换机构组成,具有过载卸载及减振保护功能。工作时压扭转换机构会在大扭矩及差速的作用下发生转动,并使储能机构产生压缩,此时下部钻具会被提升一定距离,释放部分反扭矩,整个过程中部分扭矩被储存到储能机构并随着反扭矩的减小而逐步释放。现场应用结果表明,随钻恒扭器对钻井扭矩可以起到"消峰填谷"的作用,有利于稳定泵压,减少失速,有效保护钻头。     

井底光钻铤钻具组合旋转及钻压波动规律模拟研究

利用根据相似理论设计出的底部钻柱动力学研究试验装置,进行了井底光钻铤钻具在不同钻压、转速条件下旋转及钻压波动规律的试验研究.试验结果表明:光钻铤钻具组合在井底的旋转大部分为正向涡动及谐波振动,要想使其产生反向涡动必须合理选择钻进参数;使用光钻铤钻具组合时井底钻压振动幅度较大;单从减轻钻柱振动危害方面讲,不建议采用光钻铤钻具组合,但从利用井下钻柱纵向振动能量提高深井机械钻速的角度看,该钻具值得推荐;光钻铤钻具组合的防斜机理有待于进一步研究.     

使用悬浮器提高钻井速度

正常钻进中,下部钻具的摩擦力和钻头破碎地层时产生的阻力共同形成阻力矩。具有一定长度的钻柱本身是能产生扭转变形并能储存扭转变形能的弹性体。只有当钻柱顶部施加的扭矩大干阻力矩时,钻头才开始旋转,同时钻柱释放出储存的扭转变形能,产生旋转加速度。     

随钻扩眼钻具组合与钻井参数优化研究

鉴于国内现有随钻扩眼系统钻具组合与钻井参数优化研究缺乏,同时考虑领眼钻头及扩眼器几何结构、地层岩石强度及钻井参数等3种影响因素的计算模型少有报道,以及扩眼系统扭矩分配比计算方法缺失等现状,通过建立模型分析了领眼钻头钻压和扭矩分配比随钻具组合、钻柱转速及地层强度的变化规律,进行了钻前不同扩眼钻具组合对比与优选以及随转扩眼...     

大位移井摩阻扭矩力学分析新模型

钻前的摩阻和扭矩分析是大位移井可行性研究、钻机设备选择或升级改造以及优化井眼轨迹剖面设计的重要依据，对比预测的摩阻扭矩和实测的摩阻扭矩，可以监测井筒清洗程度，预防严重事故的发生。为此，建立了一种大位移井摩阻扭矩力学分析新模型。对于井眼轨迹曲率不同的部分及钻柱刚度不同的部分，采用不同的计算模型，这将提高模型的计算精度；钻柱的某个部分采用何种模型不需人为指定，而完全由程序自动判断控制，这将增强模型的适应能力。考虑底部钻具组合（BHA）中稳定器的影响，将底部钻具组合作为纵横弯曲梁模型，采用加权余量法进行力学分析；考虑钻柱的刚度和井斜、方位的变化，对于除底部钻具组合的钻柱其余部分，由程序根据井眼轨迹曲率及钻柱刚度的大小，自动选用软绳分析模型或刚杆分析模型。     

可旋转钻柱定向钻进工具设计及测试

针对滑动定向钻进时摩阻高、机械钻速低的技术难题,设计了一种滑动定向钻进时可旋转钻柱的降阻工具RSD,建立了底部钻具组合扭转动力学模型,分析了RSD扭矩及RSD安放位置对于螺杆钻具工具面角的影响规律。利用可模拟螺杆反扭矩振动的试验装置,进行了RSD原理样机室内测试,并利用测试井进行了RSD原理样机现场测试。理论分析及测试结果表明,RSD工作原理可行、结构设计合理,在钻柱旋转时可以稳定和调节螺杆钻具的工具面角。研究认为,利用RSD既可以实现螺杆钻具滑动定向钻进,又可以旋转RSD以上的钻柱,降低摩阻。      

基于静摩擦扭矩释放的快速滑动定向钻井技术

由导向马达、随钻测量系统构成的滑动钻井仍然是目前的主要定向钻井方式。国外近年发展起来的一种依靠控制钻柱旋转扭摆的工艺方法,突破了滑动钻井工艺中马达导向所面临的局限性,同时费用又低于旋转导向系统。该方法以滑动动摩擦原理及其优势为基础,建立了钻柱物理模型,把滑动钻井时井下钻柱摩擦力的分布状态划分为3个典型区间:地面扭摆作用区、静摩擦区、反扭矩作用区;由自动扭摆控制软件系统对顶驱扭矩、钻头钻压和钻进速度的连续不断地测量,自动计算和最大限度地扩展地面扭摆作用区的长度(或减少下部动力钻具静摩擦区的长度),实现钻柱摩阻的减少,从而有效地提高了滑动钻井的机械钻速、提高定向作业纯钻时效,减少导向马达和钻头的损坏。实例运用结果表明:该方法能够提高机械钻速近50%,与常规复合导航钻井相比,节省了调整工具面角的时间损失,因而是一种极具发展前景的技术。     

非旋转钻杆保护器的应用

钻柱扭矩过高和套管员过多是大位移井的严重问题之一。为解决此问题，西江２４－３－Ａ１４井采用了非旋转钻杆保护器，非旋转钻杆保护器自由旋转式固定在钻杆上，相地于钻中自由旋转，而相对于套管内是不转或几乎不转。该保护器可降低钻柱的扭矩和防止套管的严重磨损。介绍了该保护器的结构、原理、安装方法，使用范围及局限性，通过西江２４－３－Ａ１４井φ３１１ｎｍ井眼段的实际应用表明，非旋转钻杆保护器的效果非常显著。     

水平井及大斜度井下部钻具组合的弹性稳定性

应用能量法研究了水平井及大斜度井钻柱的弹性稳定性。在研究压杆弹性稳定性的能量方程过程中，根据现场作业情况，分析了钻柱转速、钻头扭矩、井斜角以及钻柱的几何尺寸、钻柱自重引起的横向均布载荷等参数对下部钻柱弹性稳定性的影响，并由此导出了在水平井及大斜度井中下部钻具组合临界钻压的计算公式。这对指导水平并及大斜度井的现场施工、正确选择钻井参数和选配钻具组合、确保井下钻具安全有着十分重大的意义。     

径向振动对旋转钻柱摩阻扭矩的影响

大位移井已被广泛应用于非常规油气资源的勘探开发当中，但在大位移井大斜度稳斜段钻进过程中，如果扭矩过大易造成钻柱失效，而目前关于水平段径向振动对于旋转钻柱摩阻扭矩影响规律的研究则较少，并且多集中于产生径向振动工具研制和摩擦系数测量等方面。为此，在分析径向振动对于旋转钻柱摩阻扭矩影响原理的基础上，设计了不同型号截面外形为椭圆形的钻杆减磨接头模型；采用自行研制的减摩降扭工具性能试验装置，对不同钻速、转速条件下安装有不同钻杆接头模型的水平旋转钻柱进行扭矩测试；进而探究了径向振动对钻柱摩阻扭矩的影响规律。研究结果表明：①随钻杆接头椭圆截面长短轴半径比的增大，扭矩均值和扭矩波动最大幅值均先减小后增大，长短轴半径比为1.065时，扭矩的均值和最大幅值均明显降低，可以起到减摩降扭的作用；②减小钻速和转速，可以降低扭矩均值；③转速超过45 r/min后，扭矩最大幅值随转速的增加变化不大；④扭矩波动基频与转速呈近似线性关系，与钻速和长短轴半径比无关。结论认为，该研究成果可以为大位移井水平井钻柱接头设计与应用提供帮助。     

塔中862H超深水平井摩阻扭矩分析

钻成1 500 m水平段的超深井,是开发塔中上奥陶统良里塔格组灰岩油气的关键钻井技术,针对斜深超过8 000 m塔中862H井起下钻、旋转钻井中各井段摩阻扭矩变化的特点,在水平井段优化钻具组合使用水力振荡器,使钻柱在复合钻进、滑动钻进作业中大幅降低扭矩与摩阻。通过对此井长直段、增斜段、水平井段的摩阻扭矩进行数据分析研究,找出了此类超深水平井的各井段摩阻扭矩变化规律,并提出产生附加扭矩的钻柱临界钻压的计算方法,该研究成果对国内超深水平井大规模实施具有指导性意义。     

新型钻井液润滑剂配方优选与性能评价

钻井液润滑剂是一种重要的钻井液化学处理剂。它的作用是改善钻井液润滑性，降低井壁与钻具（或套管）之间的摩擦，降低钻柱旋转扭矩和起下钻阻力，从而减少卡钻事故的发生。根据目前使用钻井液润滑剂存在的不足，提出研制一种新型钻井液润滑剂，通过正交实验优选了润滑剂配方，经室内实验和现场试验证明该产品润滑性能好，与钻井液配伍性好，无毒性，对环境影响小。     

水平井变刚度下部钻具组合的弹性稳定性

针对目前水平井及大斜度井中常采用变刚度钻具组合的特点，从现场实际情况出发，应用弹性变形能量法，建立了变刚度管柱的三角级数挠曲变形方程。同时，还根据水平井及大斜度井旋转钻进和滑动钻进的特点，考虑了与实际操作有关的钻头扭矩、钻压、转速、钻柱的几何尺寸、自重以及井斜角等主要参数的影响，研究了变刚度钻具组合的弹性稳定性问题及临界钻压的计算方法。最后进行了两口井的现场应用实例计算及分析。     

һ���꾮Һ�ð����󻬼�HML���о�

钻井液润滑剂是一种重要的钻井液化学处理剂，它的作用是改善钻井液润滑性，降低井壁与钻具（或套管）之间的磨擦，降低钻柱旋转扭矩和起下钻阻力，从而减少卡钻事故的发生。文章根据目前使用的白油钻井液润滑剂存在的不足，提出研制一种新型白油钻井液润滑剂。通过正交实验优选了润滑剂配方。经室内实验和现场实验证明该产品润滑性能好，与钻井液配伍性好，无毒性对环境影响小。     

钻具屈曲影响下的管柱摩阻扭矩分析

现有摩阻扭矩分析模型，常采用单一的刚杆或软杆模型，且鲜有考虑钻具屈曲的影响，预测结果与实测值存在较大误差。文章针对钻具的不同受力特点，分别采用软杆模型、刚杆模型和连续梁模型，在综合考虑钻具屈曲影响下，建立了考虑钻具屈曲的摩阻扭矩分段计算模型，通过模型计算值与现场钻井过程中实测值对比，模型扭矩和轴向载荷预测值与实测吻合好，平均相对误差分别为6%和7%。模型分析发现钻柱正弦屈曲与螺旋屈曲随轴向压力的增大交替出现；管柱的屈曲会随井斜的变化出现跳跃性变化；在滑动钻进过程中，如果忽略钻柱屈曲的影响，井口轴向载荷明显增大，实际传递到钻头的钻压将比预计的要小。在现场试验中，通过该模型计算的摩阻扭矩值及时调整了井口钻压及措施，有效降低了钻柱发生屈曲的程度，提高了钻井机械速度，对于指导现场钻井参数实时调整，提高钻井效率具有重要意义。     

深井钻具组合设计研试成功

本报讯由大庆钻井研究所开展的“深井钻具组合设计课题”最近通过了局技术专家鉴定。该课题是“深井配套”技术攻关项目之一，在研究中主要做了以下6项工作：①钻挺螺纹选择符合API标准，并考虑扣弯曲强度比因素；②定量给出了钻错螺纹联接的受力分布规律，提出了紧扣扭矩、轴向力对受力分布的影响；③用有限元法研究钻柱纵向振动的动力响应，给出了减振器的最佳安放位置，钻挺刚度对钻柱动力响应的影响；④设计出适合350～500干牛钻压直径3if毫米井眼的钻具组合；⑤应用传递矩阵法提出了钻柱纵向和扭转振动固有频率的计算模式；③应用计…