BH-VDT5000垂直钻井系统在克深203井的应用

油气井防斜、纠斜问题是钻井过程中普遍存在但一直未能彻底解决的难题之一。经过数年攻关,渤海钻探工程技术研究院研发了BH-VDT5000垂直钻井系统,介绍了垂直钻井系统的结构、工作原理,并对垂直钻井系统在塔里木油田克深203井的现场应用过程、效果进行了对比分析。垂直钻井系统在克深203井用2趟钻完成了二开井段,总进尺1 558 m,正常钻进井段井斜控制在0.5°以内,与同时使用Power-V垂直钻井系统的邻井相比机械钻速提高23%以上。现场应用证明,BH-VDT5000垂直钻井系统在高陡构造地层、逆掩推覆体地层的钻探中,防斜打快效果显著,可进一步推广应用。     

新型防斜打快钻井技术在渤海油田的应用

常规的防斜打直钻具组合（例如钟摆钻具）能在一定程度上达到直井防斜的目的,但是在高陡构造和地应力异常地层防斜效果非常有限,而且大大地束缚了机械钻速的提高,造成了钻井成本大幅度增加,为此,中海石油（中国）有限公司天津分公司结合中国海洋石油总公司“高陡构造复合钻井防斜打快技术研究”的科研成果,在渤海湾选定了几口地层倾角较大的井,采用新型防斜打快钻井技术进行现场试验,结果标明,在井眼轨迹控制和机械钻速提高方面都取得了不错的效果,在钻机日费昂贵的海上钻进具有广阔的应用前景。     

BH-VDT垂直钻井系统导向块结构优化设计及现场试验

我国多个油气田处于高陡构造、地层倾角较大地区,面临防斜打直和钻井提速的难题。渤海钻探自主研发的BH-VDT5000 垂直钻井系统在国内多个油气田进行了成功应用,但在个别井垂直钻井施工中发生导向块落井事故。通过导向块井下工作受力分析,认定事故发生的原因是单驼峰结构导致导向块接触井壁处于压缩状态时,弹簧销与导向块腰孔发生接触摩擦,从而磨损断裂。提出将导向块的单驼峰结构改为双驼峰结构的技术方案,同时在弹簧销内加入实体销和在导向块两侧设计挡板结构,防止复杂的工况把弹簧销带出。改进后的BH-VDT5000垂直钻井系统在塔里木油田山前克深1102井一开?558.8 mm和二开?431.8 mm井段进行了现场应用,取得了良好效果。     

BH-VDT5000自动垂直钻井系统工具

为满足山前高陡构造及逆掩推覆体地层钻井过程防斜打快的技术需求,填补我国在垂直钻井技术方面的空白,2004年以来中国石油渤海钻探工程有限公司工程技术研究院与德国智能钻井公司合作研发BH-VDT5000垂直钻井系统工具,现已获得成功。现场应用表明,该工具性能可靠,效果理想。在克深3、克深203和克深207等10口井试验应用,单趟最高进尺达1527.8m,日最高进尺410m,系统工作正常,井斜角小于0.5°,机械钻速提高70%以上。通过10口井的现场施工和工具检测维修,积累了现场施工经验,锻炼了现场技术服务队伍和检测维修队伍,提高了技术服务能力。现场应用证明,BH-VDT5000垂直钻井系统在高陡构造地层、逆掩推覆体地层的钻探中,防斜打直效果显著,提高了机械钻速,缩短了钻井周期,可进一步推广应用。     

PowerV垂直钻井技术在克拉2气田的应用

随着塔里木油田在山前构造区域勘探开发力度的不断增大,防斜打快技术成为制约塔里木地区山前构造勘探开发钻井进程的关键技术。位于新疆库车凹陷山前构造的克拉2气田是西气东输工程的主力气源地,目前进入了大规模开发阶段。简述了克拉2气田的地层特征,评价了山前高陡构造防斜打快技术,介绍了PowerV垂直钻井新技术工作原理及其应用方法,列举了其在西气东输克拉2气田2口直井开发井?406.4mm井眼段的应用情况,并在技术和效益方面对应用情况作了评价,认为PowerV垂直钻井技术可完全解放钻压,变被动防斜为主动防斜,对将来山前高陡构造防斜打快、缩短钻井周期、降低钻井成本具有一定的借鉴意义。     

VTK垂直钻井技术在川东地区的应用

四川盆地川东高陡构造区内的侏罗系沙溪庙组-下三叠统嘉陵江组地层岩性组合复杂、软硬交替频繁,属于典型的易井斜地层,采用常规的防斜技术虽能防斜,但因钻井参数受限,严重影响了机械钻速的提高。VertiTrak是贝克休斯公司最先进的垂直钻井系统,它是综合了闭环旋转导向系统、高性能X TREME马达、可靠的随钻测试等3种技术而开发出来的一种闭环自动垂直钻井系统（简称VTK垂直钻井技术）。在川东地区试验应用了VTK垂直钻井技术,同时强化钻井参数、优化钻井液防塌及流变性能。结果表明,试验获得了成功：①在已经发生井斜的井段用VTK工具进行正常钻压钻进,较快地实现了井眼轨迹的平稳降斜;②纠斜任务完成后,正常钻压钻进过程中实现了稳斜防斜;③VTK垂直钻井防斜打快效果显著--钻压达25 t,机械钻速提高50%～60%,钻井周期缩短30%以上。该方法为实现川东高陡构造区沙溪庙组-嘉陵江组长段易斜地层的防斜打快探索出了一条新途径。     

MWD导向系统防斜打直技术在东9井的应用

东9井由于地层倾角大,用常规防斜措施难以保证井身质量。在该井的施工中,应用了MWD导向系 统防斜打直技术和高效PDC钻头,利用其定向控制井眼轨迹能力强的技术特点,可以随时监控井斜、方位,并可根 据井斜、方位变化情况及时采取如定向纠斜或开动转盘导向钻进等技术措施,既保证了井身质量,又提高了机械钻 速,缩短了钻井周期。     

BH-VDT5000垂直钻井系统在克深207井的应用

保证油气井上部井眼垂直,对油气开采非常重要。经过数年技术攻关实践,渤海钻探工程技术研究院成功研制了BH-VDT5000型垂直钻井系统。文章介绍了塔里木油田克深207井应用BH-VDT5000垂直钻井系统防斜打快的实钻情况。克深207井是塔里木油田山前高陡构造上的一口开发评价井,地层倾角在60°左右,设计井深6960m。二开以转盘方式钻进,采用BH-VDT5000垂直钻井系统防斜打快,完钻井深1804.5m,垂钻进尺1569.5m,下部井段井斜控制在0.20°以内,全井段井斜小于1.00°。与同区块、同井深、同样采用转盘钻井的邻井机械钻速对比,机械钻速提高35%以上,防斜打快效果显著。     

缅甸凝灰岩地层钻井提速摸索与实践

缅甸X区块是中海油在缅甸陆地的一个风险勘探区块,该区块重点勘探区域位于火山岛弧带,但火山岛弧带的钻井存在一些技术难点:地应力高易坍塌;凝灰岩水化性强,稳定性差;地层倾角大易井斜;凝灰岩机械钻速低,导致钻井施工风险很大.这制约着该区域钻井速度的提高.为此,中海油缅甸公司开展了钻井提速提效技术攻关与实践,采取了井身结构优化、高陡构造防斜打快等技术措施,并应用了水力脉冲空化射流、改进型PDC钻头等新工具和新工艺,平均机械钻速提高20％,钻井时效提高近40％,钻井周期缩短30％.为进一步提高凝灰岩地层的钻井速度,提出了完善已有提速技术,研制或优选与之配套的钻井设备和工具的建议.     

可靠适用的垂直钻井系统导向块

导向块是垂直钻井系统防斜打直的重要执行机构,安装在垂直钻井井下闭环控制系统的壳体上,支撑井壁,可提供足够的纠斜力,保证井眼垂直。本文介绍的导向块结构独特、安全可靠、工作寿命长,并能减少钻井作业中的阻卡现象。     

VTK垂直钻井技术在海拉尔油田的应用

海拉尔油田地层倾角大、地下断层多、自然造斜能力强,采用轻压吊打或弯螺杆纠斜方法,不能解决井斜等问题。为此,引进了贝克休斯的VTK垂直钻井系统,同时优选了与其相适应的钻头、钻具组合及钻井液体系。该技术现场应用15口井表明,在易斜地层,可以有效控制井斜、解放钻压,全面提高机械钻速。     

旋转导向钻井工具的研制原理

介绍了旋转导向钻井工具的工作原理及结构,指出了研制该工具的主要技术特点。旋转导向钻井工具主要由稳定平台单元、工作液控制分配单元和偏置执行机构单元3部分组成,其测试元件将测得的井眼参数通过短程通讯传输到随钻测量仪,再由随钻测量仪将信息传输到地面。同时,旋转导向钻井工具接收由地面发出的指令,并通过稳定平台单元调控工作液来控制分配单元中的上盘阀高压孔的位置。工作液控制分配单元将过滤后的泥浆依次分配到3个柱塞,给推板提供推靠动力,并使该推靠力的合力方向始终保持在上盘阀高压孔所对应的位置,在近钻头处形成拍打井壁的侧向力。通过对侧向力的大小、方向和拍打频率的调整,可直接控制该工具的导向状态。     

偏置工具后置式旋转导向系统导向性能分析

对新提出的偏置工具后置式旋转导向系统的导向机理、导向性能及其影响因素等做了理论分析 ,由此得出 5点结论 :(1)偏置工具后置导向的造斜能力随钻压的增加而减小 ,通过控制钻压可在一定程度上控制工具的造斜率 ;(2 )偏置工具后置导向的底部钻具组合中 ,应使偏置工具与近钻头稳定器间的距离保持在 6m以上 ,按常规钻具选配 ,其间可接 1根 (约 9m)钻铤 ;(3)不论增斜还是降斜 ,偏置工具后置的导向能力远优于前置方式 ;(4)近钻头处的钻压、弯矩、冲击、振动等是整个底部钻具组合中最强的 ,将偏置工具安放于工作环境相对较好的后置位置 ,可改善偏置工具的工作条件 ,减少其非正常损坏的几率 ;(5 )偏置工具后置在非导向状态下 ,其柔性钻铤以下的底部钻具组合相当于一套稳斜或微增斜钻具组合 ,符合导向钻具组合的施工需要。     

现代导向钻井技术的新进展及发展方向

总结了导向钻井技术的进展历程,并指出现代导向钻井先进技术正在高速发展,近年又有许多新进展.中国应迎接挑战,加大投入,加速发展.指出了滑动导向钻井和所谓“复合钻进”存在许多弊端.旋转导向钻井时的摩阻与扭阻小、钻速高、钻头进尺多、钻井时效高、钻井周期短、井身轨迹平滑、极限井深可达15km,每米进尺成本低,是现代导向钻井的发展方向.现代导向钻井的关键技术是旋转导向钻井、几何导向和地质导向钻井.文章强调了地质导向的功能.着重阐述了旋转导向钻井的原理与控制理论,旋转导向钻井系统的5大组成部分,旋转导向钻井工具的工作原理、结构类型及其进展现状和发展方向,并对加速发展我国的现代导向钻井技术提出了若干建议.     

基于3D参数化技术的旋转导向钻具虚拟设计

在简述旋转导向钻井工具结构原理和 4个设计难点之后 ,阐述了利用SolidWorks软件进行 3D参数化设计的原理。结合旋转导向钻井工具的结构特征 ,详细论述了对这种工具进行参数化设计的总体方案设计和设计过程 ,其中包括零件设计、装配体设计和工程图生成。设计实践表明 ,利用SolidWorks软件平台缩短了旋转导向钻井工具的开发周期 ,提高了设计质量 ,降低了设计成本。该导向工具的实际加工和装配过程 ,也表明这种虚拟设计的合理性。     

旋转导向钻井工具稳定平台控制功能试验研究

为了实现在全旋转状态下的钻井导向控制,在调制式旋转导向钻井工具内设置了一个可以自动调整和保持工具面角度的稳定平台。设计了基于角速度和角位置串级控制的惯导稳定平台功能的试验样机。通过以电动机为动力的齿轮驱动和全流量清水涡轮驱动的功能试验,对稳定平台的算法和控制参数进行了调试。在发电机转速为500～800r/min、下盘阀转速约为60r/min和摩擦扭矩为0.8～7.5N·m的工作条件下,系统阶跃响应调整时间约为3s,试验结果证明了系统设计和控制方案的可行性和有效性。     

旋转导向钻井工具发电机电磁转矩控制及其优化

全旋转导向钻井工具的导向功能是通过调节其下涡轮发电机输出电磁转矩实现的。根据PWM斩波型控制电路模型,推导出旋转导向钻井工具涡轮发电机电磁转矩的数学表达式,通过数值计算确定了电磁转矩与控制量之间的关系,并进行了台架试验验证。从电机磁场储能角度讨论了发电机输出脉动转矩产生的内在原因及其计算方法,并在斩波型控制电路中引入有源功率因数校正技术,设计了一种可提高功率因数和电路稳定性的优化控制电路。试验测试结果表明,斩波优化控制电路消除了谐波脉动转矩,在增强电路稳定性的同时也增加了电磁转矩的调节范围。     

导向钻井工具稳定平台试验数据无线通信系统

旋转导向钻井工具稳定平台研发过程中,有大量参数调试和数据回放,通常停机后再利用仿真工具进行数据存取,实时性和通用性受到限制。为此,设计了旋转导向钻井工具稳定平台试验数据无线通信系统。该系统既可保证数据的无障碍传输,又可避免相互之间的串扰。试验表明,该系统实现了调试设备与稳定平台之间的不间断、实时数据传输,提高了稳定平台的调试可视性和开发效率,也适用于旋转垂直钻井工具稳定平台的试验研究。     

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。