带水力制动级的涡轮钻具

在现有涡轮钻具工作时,其主轴以800—900转/分的高速旋转,带动钻头进行钻井,牙轮钻头在高速下钻井时,其行程进尺要比转盘钻井时少得多,由于在深井钻井中,大部分时间花费在起下钻操作上,钻头进尺少,对钻井速度十分不利。     

WZ系列涡轮钻具取得突破性进展

由中国石油勘探开发研究院机械所、四川石油管理局和威远石油机械化工厂合作研制开发的WZ系列涡轮钻具是一种适用于深井和高温井的全金属涡轮钻具。WZ系列涡轮钻具具有如下特点：1．涡轮钻具的工作性的参数和PDC、BDC钻头匹配，在提高机械钻速的同时，单只钻头的总进尺不会下降，用于提高深井段机械钻这具有明显效果，机械钻速相对于转盘钻井方式可提高50％～100％；2．涡轮钻具的叶根设计先进、单级涡轮吸收功率高、涡轮钻具结构长度短，同时，涡轮钻具工作效率高，正常工作钻并泵泵压与转盘钻井要求相当，不需对油田现有设备提出特殊…     

172组合减速涡轮钻具的研究与应用

针对普通涡轮钻具转速高、扭矩小、压降高、型号单一,与牙轮钻头和PDC钻头不相适应,采用积木式涡轮节和2K-H-NGW型多列行星轮系减速传动方案设计了新型172mm组合减速涡轮钻具。室内实验表明,新型172组合减速涡轮钻具转速适中、扭矩大、压降低,能与高速牙轮钻头和PDC钻头匹配;现场应用表明,新型涡轮钻具能满足高速牙轮钻头和PDC钻头需要,寿命长,采用减速涡轮复合钻井方式可以较大幅度提高钻速;建议加大组合式减速涡轮钻具研究投入力度,并将新型涡轮钻具应用于深井超深井钻井。     

低速大扭矩涡轮的初步试验研究

我国现有涡轮钻具大都是苏联四十年代的陈旧产品,转数高、力矩小、技术性能差,严重的阻碍了涡轮钻井技术水平的提高。为了改变我国现有涡轮钻具技术状况十分落后的局面,打破苏修社会帝国主义的封锁,满足钻井生产(特别是四川地区和打斜向井)对低速大力矩涡轮钻具的需要,我们从65年下半年开始,开展了高环流涡轮的试制和试验研究工作。     

用“d”指数法检测地层压力

当钻井条件保持不变时,钴时变化可以反映出地层压力的变化。因此,在钻井过程中,当钻头直径一定时,取全取准钴压、转数、钻时以及泥浆性能等20项参数,计算出"d"、值及"dc"值,通过曲线变化,可以检测地层压力。本文介绍了实际应用的具体做法,并对一些问题作了分析。     

涡轮钻具性能的系统分析

在考虑到涡轮钻进是一个复杂动态钻井过程的条件下，根据已有的钻井水力学、ＰＤＣ钻头钻速和磨损方程，结合涡轮钻具的特性规律，建立了“涡轮钻具＋ＰＤＣ钻头”的钻进过程数学模型。以进尺成本为目标函数，推导得到了将钻头水力参数优选与钻压、转速优选结合在一起进行的、涡轮钻具最优化问题目标函数的表达式及相应的约束条件；并通过编制的软件，实现了涡轮钻井参数的优选。通过对１８种涡轮，在４个不同地层优选结果的比较和分     

又一种新型涡轮钻具

由石油大学(北京)和江汉石油学院共同研究的φ195毫米涡轮钻具已在四川的川东矿区进行了几次工业性深井钻井试验。其平均机械钻速比转盘-牙轮钻头钻井时提高1.97倍;纯钻井成本仅为196.82元每米,节约255.06元每米;总计一口井可缩短建井周期29天,将节约投资20.4万元;支承节平均使用寿命约100小时,比现有的涡轮钻具提高一倍以上。这种新型涡轮钻具采用了国外80年代先进的浮动定子结构的涡轮节和开式润滑的金属滚动轴承的支承节,具有启动灵活、扭矩大、工作可靠等优点。它与国内现有涡轮钻具相比,不仅使用方便,而且首次实现了利用涡轮钻具在3000米以深的深井中进行快速钻进。其平均机械钻速高达4.13米每小     

流体介质对高速涡轮钻具力学性能影响研究

提高涡轮钻具的力学性能一直是涡轮钻具研究的主要内容。为此,以178 mm高速涡轮钻具为原型,在台架试验的基础上,利用CFD方法,研究了不同介质密度、不同介质黏度对涡轮钻具力学性能的影响。研究和试验结果表明,随着介质密度的增加,高速涡轮钻具的压降、工作转速对应的扭矩及输出功率均会增大,介质黏度的改变对高速涡轮钻具的扭矩和输出功率基本无影响。在进行涡轮钻具设计时,应该考虑其对流体介质物理性质变化的适应能力,合理设计工作转速范围。现场使用涡轮钻具,当钻井液密度、黏度发生改变时,应注意调整泵压、钻压以保证最佳工况。     

充气控压钻井过程压力影响因素分析

常规钻井技术钻遇复杂地层时,钻井液安全密度窗口窄,钻井液性能可能发生剧变,压差卡钻、粘附卡钻、喷漏同层、上漏下喷和井壁垮塌等复杂问题经常发生,甚至导致钻井作业无法正常进行,增加诸多非钻井作业时间,使钻井周期和费用大幅度上升;充气控压钻井(MPD)作为一种新的钻井技术,能够降低甚至避免诸类钻井问题,结合环空多相流水力学模型,综合分析了钻井液排量、注气量、机械钻速、井口回压和井身结构等因素对MPD环空压力的影响,实现MPD环空及井底压力保持在一定的范围内准确、快速可调,从而提高钻井效率,降低作业成本.在不久的将来,控压钻井将会是一种更安全、更快、更有效的钻井技术.     

可控硅控制送钻可使小井眼实钻取心率达100%

做为多年来在委内瑞拉进行的小井眼钻井工程的一部分,钻井与取心工艺已实现了自动化,并完善了一套以SCR为基础的连续进给控制系统。该系统经实践证明比常规的钻压控制有明显的优越性,因在常规的钻压控制中,为保持钻压稳定而采用的突然进给,将产生每秒一次的下放钻具带来的振动频率,经钻柱传播导致岩心破碎而使岩心筒堵塞。 为避免产生这些纵向振动,该系统被改进成具有连续进给、司钻定速,当接近预设最大钻压时逐渐从该速值减速的控制系统,这样钻柱可以平衡地“随”取心钻共钻进,进而允许岩心在内岩心筒内不断向上移动。实践证明即使是对层状地层,在钻速变化范围为<10 ft/h(3.05 m/h)和>40 ft/h(12.2 m/h)取心钻进都非常成功,无卡堵连续取心率为100％。使用该系统,司钻可以在降低钻头损耗和给定转速的情况下使钻头与地层特性相匹配,进而获得最优的钻速。     

低速大扭矩耐高温涡轮钻具

先进的地热涡轮钻具(ＡＧＴ)可能成为20年来地热钻井的一项大突破。若充分开发涡轮钻具的应用潜力,在高达260℃温度下钻水平井,可极大地促进在美国开发地热能源的经济效益。该涡轮钻具是一种耐高温马达,由轴承组件、减速器和涡轮三大件组成,能对3048ｍｍ(12英寸)牙轮钻头?..     

TDR1-127减速涡轮钻具在塔河油田超深井的试验研究

为提高塔河油田超深井小井眼钻进速度,缩短钻井周期,设计并试制了一种具有金属密封的TDR1-127减速涡轮钻具,并在TH12509小井眼井中进行了试验,试验井段的钻速与同井相邻地层转盘钻井方式的钻速相比提高了80%以上,与邻井转盘钻井方式钻进相同地层的钻速相比提高了55%以上。理论与试验结果表明,TDR1-127减速涡轮钻具结构设计合理,工作寿命长,能够满足塔河油田超深井小井眼复合钻井需要,可进一步推广应用。     

元坝124井超深井钻井提速配套技术

元坝124井是元坝地区的一口重点探井。由于元坝地区陆相地层石英含量高、研磨性强、可钻性差,导致单只钻头进尺少,机械钻速低,钻井成本高。为此,首先评价了元坝地区前期的钻井提速技术:气体钻井技术、“孕镶金刚石钻头+涡轮钻具”复合钻井技术、控压钻井技术和“PDC钻头+螺杆钻具”复合钻井技术。并在此基础上,根据元坝124井所要钻遇地层的特征,制定了该井的钻井提速配套技术方案:一开采用气体钻井技术,二开采用“孕镶金刚石钻头+涡轮钻具”复合钻井技术,三开采用“PDC钻头+螺杆钻具”复合钻井技术。实钻表明,该钻井提速配套技术方案可行,能够大幅提高机械钻速,缩短钻井周期。该井平均机械钻速2.80 m/h,钻井周期253.84 d,是目前元坝地区钻井周期最短的一口井。      

近十年国内外涡轮钻井技术的发展水平

介绍了国外近十年中涡轮钻具在北美、北海和中东等地区的应用情况及所取得的经济技术效果，指出国外涡轮钻井技术蓬勃发展的主要原因：一是涡轮钻具性能和轴承寿命的提高较大幅度地提高了行程机械钻这；二是金刚石钻头质量的提高减少了钻头的消耗量，从而降低了每米进尺的钻井成本。结合我国钻井技术的发展，提出了加快我国推广应用涡轮钻井技术步伐，以提高我国钻中深井和深井的技术经济效益的若干建议。     

控压钻井井筒压力控制技术初探

常规钻井技术钻遇压力衰竭或复杂地层时,经常遇到钻井液安全密度窗口窄,并引起漏、喷、卡、塌等井下复杂问题。控压钻井(MPD)通过控制井筒环空循环流体介质的流量与流态、井口施加压力等因素,结合环空压降模型计算,使环空压力保持在一定的范围,就可以降低甚至避免这些钻井问题,减少非钻井作业时间,提高钻井效率,降低作业成本。     

西西伯利亚钻井总进尺大幅度提高的经验

苏联西西伯利亚的叶尔绍夫钻井管理局,钻井总进尺的增长速度比井队增加速度快两倍。每个井队年进尺从1978年的21000m 提高到1983年的62000m。其经验主要有:(1)为了改善钻井的水力参数,在1500～3000m 井段将排量从42～44l/s减少到24l/s,同时使用低容积的 A7Ⅱ3型涡轮钻具,可使钻头进尺提高39％,机械钻速和行程钻速相应提高19％和14％。(2)当钻深井排最下降到18～24l/s时,可通过改变喷嘴直径使3000m 井深的喷速达到140m/s,钻头压降达到10～12MPa。     

涡轮钻井过程的控制和最优化

本文介绍了苏联科学工作者在涡轮钻井最优化这一领域的研究成果,给出优化的数学模型、钻井工况的基本参数及最优参数。所进行的研究结果表明:为了达到最优行程钻速,涡轮钻具主轴转速应保持恒定并等于其转速的三分之一。     

庆深气田钻头类型与钻井参数优选研究

钻井参数的优选是用最优化理论来分析和处理钻井中的数据和资料,从而获得最佳钻井工艺技术的重要依据,它可使钻井进程保持在最优的经济状态下达到预测指标。着重分析了庆深气田的地质概况,以部分已钻井的钻头参数和其它钻井参数之间的关系为基础来建立钻速方程,利用钻速模式求出了下部三个层段的地层可钻性级值,并对其中参数进行回归求解。结合该地区可钻性级值高、地层研磨性强、井底温度高等影响钻速的难点和部分已钻井的钻压、转数、水功率、机械钻速的影响规律进行了探讨,并对该地区深井钻井所遇到的问题提出了一些建议。     

■73 mm小尺寸涡轮钻具叶型设计及优化

小尺寸涡轮钻具主要用于深部高温硬岩地层钻进,对我国油气、干热岩等深部能源矿藏的地质调查具有重要意义,在石油行业中小井眼钻井、老井加深及连续油管钻修井等方面具有较好的应用前景。目前,国内尚无■73 mm小尺寸涡轮钻具,为推进涡轮钻具系列化,对■73 mm小尺寸涡轮钻具的涡轮节中常规级定转子叶片及制动级定转子叶片进行设计优化,旨在研制长度短、转矩适中、转速适中、压降小、功率高及效率高的■73 mm小尺寸涡轮钻具,使■73 mm小尺寸涡轮钻具尽快在我国实现现场应用。设计出符合性能要求的3种常规定转子叶型方案和5种制动级叶型方案,通过理论分析及数值模拟,选出最优的常规定转子叶型及制动级叶型方案,并提出常规涡轮级与制动涡轮级复配的5种涡轮节结构方案,同时对涡轮节结构进行了性能分析及方案优选,优选的涡轮节方案在流量5.5 L/s,工作转速1 500～2 500 r/min时,输出转矩为109～140 N·m,平均压降为11.5 MPa,制动转矩为185.5 N·m,可满足小井眼钻井对■73 mm小尺寸涡轮钻具的输出性能要求。     

静态推靠式旋转导向钻井系统的钻压传递效率

国内研制的静态推靠式旋转导向钻井系统正全面开展现场试验及初步应用,该系统正常钻进时导向翼肋施加到井壁上的静态推靠力会产生较大的摩擦力,有可能影响钻压传递效率和钻井速度。为此,基于该系统的结构及工作原理,考虑井壁无台阶和有台阶两种情况,分别建立了钻压传递效率分析模型,模拟分析了钻压传递效率随名义钻压、井壁摩擦系数,以及导向翼肋推靠力和前倒角的变化规律。研究结果表明:(1)该旋转导向系统对名义钻压有最小值要求,适当提高名义钻压有助于提高钻压传递效率;(2)无论井壁是否有台阶,如果导向翼肋推靠力之和越大、井壁摩擦系数越大,那么钻压传递效率就越低,当井壁有台阶时钻压传递效率明显低于井壁无台阶时的对应值;(3)井壁有台阶时导向翼肋前倒角对钻压传递效率影响明显,前倒角越大则钻压传递效率越低(甚至自锁)。结论认为,该研究成果有助于指导钻井现场合理选择和调控钻压。