旋转导向钻井技术的应用及探讨

旋转导向钻井技术可以有效提高钻井速度,解决滑动导向方式带来的井身质量差、井眼轨迹不规则、净化效果差等问题;还具有井下闭环自动导向的能力,大大提高了定向钻井效率和井眼轨迹控制的精度;能有效解决定向钻进中"托压"问题,提高钻井安全性;能够钻出更符合设计要求的轨迹。在江汉油田,共有6口井应用了旋转导向钻井技术。实践表明旋转导向钻井技术对于复杂工艺井具有提高定向钻井效率的作用;适合上部防斜要求难度高的地层,下部在长井段稳斜及长水平段延伸钻井中具有明显优势;能更加精确高效地进行工程和地质导向。在现场运用中,需要对底部钻具组合进优化,进一步提高实际施工中的造斜率,以满足各种井型需要;还应加快推进国产化进程。     

伊通地区优快钻井技术研究与应用

针对伊通地区地质条件复杂、井斜控制难度大、钻头应用效果不佳的现状,对直井防斜、井身结构优化、钻头优选进行了研究与应用。定向井采用"直-增-稳-降"的轨迹类型进行复合钻进,对井斜超标井段,应用垂直钻井系统或复合钻井技术进行纠斜,达到控制井斜和提速的目标;将原来二开Φ228.6mm井段优化为Φ241.0mm井眼,解决了上部裸眼井段缩径问题;优选定制了适合伊通地区特点的钻头系列,实现了伊通地区PDC钻头钻达深度新突破和机械钻速的再提高。     

随钻测量信息传输方式的发展现状综述研究

介绍随钻测量信息传输方式的分类及其原理与特点,展望其发展方向及前景。电缆传输方式应重点解决电接触环的安装位置,改善电缆入口装置;钻杆传输方式的发展趋势是智能钻杆,应重点解决钻杆接头间的信息传输问题和井下无法长时间供电的问题,并降低成本;电磁传输应重点解决信号的衰减和可靠性问题。目前钻井液脉冲式传输方式应用广泛,而未来的主要发展趋势是连续波传输方式。光纤和声波传输方式作为随钻测量信息传输的技术储备,尚待深入研究。     

Φ311自动垂直钻井系统技术探讨

在钻井过程中,有效实现高陡地层的防斜打快是一个普遍存在的技术性难题。传统的防斜纠斜方法,大多以牺牲钻压、降低机械钻速为代价,防纠斜效果不明显,因此具有较多弊端。Φ311垂直钻井系统是克拉玛依钻井工艺研究院历时多年研制成功的井下工具,是机、电、液一体化的井下智能自动垂直钻井系统。该系统已在新疆油田成功应用两井次。试验结果表明,该系统各项指标均达到设计要求,满足了高陡易斜难钻地层防斜打快的技术要求。本文主要对该垂直钻井系统的结构、工作原理、配套技术及现场应用等情况进行论述。     

可调角度弯钻杆的研制

在处理井下事故特别是藏鱼头事故时,由于鱼头不居中,甚至贴在井径变化较大处,因此很难实施普通打捞。现场普遍采用可弯肘节和折弯钻杆的方式进行寻找落鱼,实施打捞,有可能多次折弯钻杆,造成浪费,甚至造成井下更复杂情况的发生。根据这一情况,设计了可调角度弯钻杆。可调角度弯钻杆由上接头、花键体、调整套、下接头等组成,通过调节调整套和花键体等机构,可实现弯钻杆0°-4°调节。已完成可调角度弯钻杆的样机制造,并在多口井中进行应用。结果表明,采用可调角度弯钻杆可有效实施藏鱼头打捞,井口调节方便,应用取得了成功;单井可节约近30万元。     

可调角度弯钻杆的研制

在处理井下事故特别是藏鱼头事故时,由于鱼头不居中,甚至贴在井径变化较大处,因此很难实施普通打捞。现场普遍采用可弯肘节和折弯钻杆的方式进行寻找落鱼,实施打捞,有可能多次折弯钻杆,造成浪费,甚至造成井下更复杂情况的发生。根据这一情况,设计了可调角度弯钻杆。可调角度弯钻杆由上接头、花键体、调整套、下接头等组成,通过调节调整套和花键体等机构,可实现弯钻杆0°~4°调节。已完成可调角度弯钻杆的样机制造,并在多口井中进行应用。结果表明,采用可调角度弯钻杆可有效实施藏鱼头打捞,井口调节方便,应用取得了成功;单井可节约近30万元。     

潜孔钻机全液压接卸钻杆装置的研制

通过综合分析潜孔钻机接卸钻杆装置，提出了全液压接卸钻杆装置的结构方案及液压控制系统，研究了夹杆缸的结构及夹杆扑与夹杆缸的联接方式，研制了夹杆缸双行程及夹杆缸活套联接结构的夹杆器，分析了夹杆缸结构参数与工作参数的相互关系，针对现有接卸钻杆装置钻杆的夹持力过大，降低钻杆使用寿命问题，根据材料的接触强度理论与变形理论，对钻杆合理夹持力进行了研究，并提出了夹杆爪的设计方法，实践结果表明，所研制的全液压接卸钻杆装置操作快捷方便，具有良好的接卸钻杆、接卸钻头和钻机开孔导向控制功能。     

短距离钻杆声波传输的频域分析

为研究声波在钻杆中的短距离传输特性,获取适合传输井下信息的声波频段,以特制的钻杆短节作为传输信道,以激振器作为激励源进行钻杆声波传输特性测试试验,并采集试验数据进行频谱分析。结果表明:在钻杆中传输的声波信号的频谱是从零频附近开始的基带信号,在接收到的声波信号的整个频带范围内,不同频段的幅值是不同的;改变激振器的激励频率,在2 000～4 000 Hz之间接收到的声波信号强度明显大于其他频段的信号强度。因此,在井下利用声波通信是可行且前景可期的。     

捷联式旋转导向钻井系统的研制与现场试验

作为尖端自动化钻井新技术的旋转导向钻井技术已经成为复杂超深钻井和大位移井的必备技术。为打破国外垄断,胜利石油钻井院开发了基于捷联式算法的稳定平台。利用伺服技术控制导向机构动作的执行,并对上传、下行通讯系统进行了优化改进,从而实现捷联式动态推靠旋转导向系统的自主研发;同时设计了一套工具井上测试平台,实现对其推靠性能的测试,验证设计的准确性,并在此基础上进行了4口井的现场实验。结果表明,该系统的最大造斜能力可达到6.43 （°）/30 m,具备了良好的实用性、稳定性和可靠性。主要论述了捷联式旋转导向设计过程和思路,介绍了其主要结构和设计关键点,并对井上测试平台和井下实验进行了描述,对旋转导向系统技术进一步的优化改进有一定的指导作用。     

斜导柱抽芯机构摩擦特性分析

为了提高模具的性能,介绍了注塑模斜抽芯机构中的一种典型斜导柱结构.通过对斜导柱与滑块之间呈面接触和线接触状态时所产生的摩擦力的计算,从理论上分析了斜导柱铣扁后可以减小摩擦当量系数,使其自锁的危险性下降,工作性能可靠,并为斜导柱倾角的增大创造了条件;尤其是滑块移动距离一定时,增大斜导柱的倾角可使斜导柱的长度相应缩短,所需的开模也随之减小,给模具的设计提供了方便.     

地质导向钻井技术的现场应用

地质导向钻井以下实际地质特征来确定和控制井眼轨迹的钻井技术。使用这一技术，可以精确地控制井下钻具命中最佳地质目标。新疆油田MBHW04水平井是国内第一口使用地质导向钻井技术的井。重点介绍了地质导向钻井技术的具体步骤及其在新疆油田MBHW04井中的应用情况，包括自然伽马测井资料的解释和应用。应用地质导向钻井技术，该井获得良好的油藏开发效果。     

自进式水射流钻进技术在煤层气开发中的应用

自进式高压水射流钻进技术是在煤层气勘探井内布置机械或水力扩孔装置,对准选定的煤层进行扩孔后,下入特制的转向工具,在300mm的曲率半径内实现由垂直转向水平进行钻进.自进式钻头由旋转喷嘴、钻屑整合装置及推力提供装置等组成,其带动为其提供高压水动力的特制胶管向前连续钻进.高压水通过高压胶管为自进式钻头提供动力,进行钻进、推动及排渣.该技术可以在同一煤层气勘探井内的不同煤层内完成多个水平钻孔,这些径向水平钻孔可以沟通新的瓦斯流动通道,从而大幅度地提高煤层气产量.     

煤层干式钻孔粉尘质量浓度分布规律的数值模拟

干式钻孔过程中,风力排渣系统将钻屑沿钻孔环状狭缝高速排出,会产生高浓度粉尘.为有效地控制煤层干式钻孔粉尘污染,探寻影响粉尘分布的主要因素,确定出粉尘质量浓度较低的钻孔工艺参数配置,运用SolidWorks联合DesignModeler建模、Mesh划分网格、Fluent解算、CFD-Post后处理等手段,对不同边界条件下煤层干式钻孔粉尘质量浓度分布进行数值模拟,并与现场实测数据对比分析,两者基本吻合.研究结果表明:压风自环状狭缝喷出后速度急剧衰减,整体呈锥体分布,大颗粒钻屑喷出孔口后就地沉降,细小颗粒悬浮在空气中并随风流继续扩散;钻场内粉尘质量浓度沿程先急剧上升至一个最大值,后快速下降,再逐步缓慢降低;水平方向上,机道中央粉尘质量浓度最高、巷道中央次之、人行道中央最低;竖直方向上,粉尘质量浓度呈现出中间高、上下两侧低的分布规律;钻场风速、钻杆转速、供气压力、钻杆型式及钻孔类型是影响粉尘分布的5个主要因素;当钻场风速为0.5 m/s、钻杆转速为2 r/s、供气压力为0.8 MPa时,采用外平钻杆钻进斜平行预抽钻孔,可取得良好的减尘效果.研究成果可有效地指导现场钻孔作业和防尘装置研发.     

自进式水射流钻进技术在煤层气开发中的应用

自进式高压水射流钻进技术是在煤层气勘探井内布置机械或水力扩孔装置,对准选定的煤层进行扩孔后,下入特制的转向工具,在300mm的曲率半径内实现由垂直转向水平进行钻进.自进式钻头由旋转喷嘴、钻屑整合装置及推力提供装置等组成,其带动为其提供高压水动力的特制胶管向前连续钻进.高压水通过高压胶管为自进式钻头提供动力,进行钻进、推动及排渣.该技术可以在同一煤层气勘探井内的不同煤层内完成多个水平钻孔,这些径向水平钻孔可以沟通新的瓦斯流动通道,从而大幅度地提高煤层气产量.     

钻进中钻柱系统的辨识

在钻井过程中,钻柱振动系统是一个很复杂的动态系统,它不仅具有复杂的不确定的边界条件,而且具有显著的随机特征。在随机信号理论基础上,提出了一种用互相关辨识钻柱系统的新方法;结合输入信号和输出信号,利用钻柱系统的脉冲响应,讨论了钻柱的临界转速、钻柱共振、钻柱与井壁之间的相互作用、所钻地层岩性等钻井工程问题。     

钻杆反转运动及其弯曲频率分析

根据塔里木油田井身结构尺寸、钻井参数,详细地分析了塔里木油田钻杆反转转速、弯曲频率和其环隙比与反转运动的关系.钻杆内不但存在自转转速,而且还存在反转转速,其弯曲频率为钻杆自转转速与其反转转速之和.在钻杆自转转速一定时,钻杆的反转转速与环隙比值β有关.研究结果表明,预防塔里木油田钻杆刺漏失效措施可用:(1) 转盘转速控制在(44.5～92.0)r/min;(2) 在钻杆尺寸不变的情况下,可以增大套管结构尺寸,来降低钻杆的弯曲疲劳应力频率;(3) 采用井底动力钻具.研究的结果为深井、超深井合理的钻井参数选择提供了理论依据.     

方形孔钻削机构的概念设计和运动仿真

提出一种钻方形孔的新机构.根据偏心旋转理论建立钻方形孔的基本原型,在Pro/ENGINEER环境下,建立了机构的装配模型.通过合理设置,准确地模拟出了钻削方形孔的基本过程.该机构实现了方形孔的钻削加工,方便、实用.     

新型扭转振动工具动力学模型与降黏特性

在油气开采过程中，随着钻井深度的增加，岩石硬度加大，井下摩擦阻力较大，钻柱系统易发生粘滑振动，这将导致部件过早发生故障，钻井作业效率低下，因此对于粘滑控制技术的研究具有重要意义。结合钻井过程中的实际工况，提出了一种新型扭转振动工具，建立了基于该工具的钻柱系统扭转振动模型以及非线性动力学模型，分别进行了算例分析与实验测试以研究工具的降粘效果。算例分析时采用控制变量法，首先在给定转盘转速、钻压的情况下，对比分析了有/无工具时的钻柱系统各部件角速度，然后在相同钻压、不同转盘转速和相同转盘转速、不同钻压的情况下，分别对钻柱系统中有/无工具时的钻头角速度进行了求解；在实验过程中，对同一口井进行了有/无工具的测试，并结合未使用该工具的相邻井录井数据，分析了该工具的降粘效果。研究结果表明：在相同工况条件下，使用该扭转振动工具，可明显消除或抑制粘滑振动，同时，适当增大转盘转速，适当降低钻压可在一定程度上抑制钻柱的粘滑振动；在误差允许范围内，理论计算结果与测试结果相符合，验证了理论模型、求解方法以及算例分析的正确性。所提出的新型扭转振动工具、建立的动力学模型与研究结果对于减少粘滑振动、提高破岩效率具有重要参考意义。     

钻井过程中钻头涡动的识别

为了更有效和更经济地将ＰＤＣ钻头应用于坚硬地层的钻井，钻头涡动的识别及消除越来越受到人们的重视。本文以钻头涡动运动学为基础，提出了两类识别钻头涡动的方法。这两类方法分别基于加速度信号和接触传感器信号。文中给出了两个识别实例并比较了两种方法对于识别涡动频率、涡动半径、钻头瞬时转速、钻头中心轨迹等参数的有效性。分析结果表明，与加速度信号相比，接触传感器能给出更为可靠的结果。     

石油钻井中钻具失效的支持向量机技术

针对钻具失效影响因素多,隐蔽性强的特点,提出了一种运用支持向量机技术分析钻具失效的新方法;建立了基于支持向量机技术的钻具失效模型,通过小样本数据优化,利用该模型对现场数据进行了模拟预测实验．实验结果与实际情况相吻合．