水力加压器研制及应用

在大位移井、小井眼井和水平井中靠钻铤重量向钻头施加钻压非常困难,为解决这一难题,研制出一种利用钻井液来提供钻压的水力加压器,该水力加压器有2种类型,一种是单行程水力加压器,这种加压器只能依靠改变钻井液排量来改变钻压;另一种是双行程水力加压器,这种加压器入井后可通过控制活塞行程来控制钻压。介绍了水力加压器的原理、结构及在硬地层、夹层、深井小井眼和开窗侧钻井中的应用效果。结果表明,使用水力加压器可提供平稳的钻压,减轻钻具的轴向振动,减少钻具的疲劳失效,延长钻头的使用寿命,提高机械钻速。     

连续管钻井水力加压器结构设计

连续管钻井过程中,底部钻具组合无钻铤,钻压施加困难。为此,设计了一种适用于88.9 mm微小井眼连续管钻井的73 mm三级水力加压器,建立了水力加压器串联在涡轮钻具上方时产生的轴向推力计算模型。为了延长水力加压器的工作寿命,设计了密封性能优良的车氏密封结构;主活塞杆与主缸体之间采用矩形花键连接方式,并进行了矩形花键连接副的接触应力分析。计算与分析结果表明,在钻井液排量5.0～6.0 L/s、密度1.05～1.20 g/cm3条件下可产生50～90 kN的轴向推力,完全满足88.9 mm微小井眼连续管钻井需要。     

水力加压器和井下马达组合时的钻压计算

水力加压器由于能吸收钻头冲击振动,能提供一恒定的易于控制的钻压而在油田得到广泛应用。文中分析了水力加压器串联在井下马达上面和下面时两种组合钻具的钻压计算、针对水力加压器串联在井下马达上面的组合钻具,将马达压降和马达转子输出扭矩的关系简化为一直线,建立了相应的钻压计算数学模型。该模型考虑水力加压器活塞及其缸体内壁间的摩擦力、水力加压器以下钻柱重量、水力加压器以下钻柱与井壁的摩擦力和活塞下推力等参数,用迭代法计算出马达压降和钻头钻压。同时也用压力平衡法计算出钻压,现场试验表明,两模型可靠、计算结果正确。     

微小井眼水力加压器结构设计及钻压计算

微小井眼钻进过程中,连续管的直径小、刚度低,采用传统的钻铤施加钻压不能满足钻井需要,为此设计了一种用于88.9mm井眼的微小井眼水力加压器。综合考虑井下马达、水力加压器以下钻柱与井壁的摩擦力、水力加压器运动部件与缸体内壁的摩擦力等因素对井底钻压的影响,建立了水力加压器串联在井下马达上方时井底钻压计算模型,通过对模型的求解可以得到钻井液流量、喷嘴直径与钻压关系曲线,为水力加压器在微小井眼钻进中的应用提供了理论依据。     

水力加压器在准噶尔盆地西北缘地区探井中的应用

新疆油田近两年在盆地西北缘地区十几口探井50多次的应用钻井水力加压器表明,这项技术不仅可以提供恒定、可控的钻压,还可以提高机械钻速和行程钻速,有较好的防斜作用,能改善钻头和井下工具的工作情况,延长其寿命,减少井下事故。统计使用该技术的井段机械钻速提高11.60%～261.14%,平均提高67.8% 三叠系以下地层平均每500m可节省钻头1～2个 西北缘所有使用水力加压器的井段,没有一口井出现过钻具事故,其井斜角均控制在允许范围内,从未因井斜接近规定值而吊打。水力加压器在有振动和冲击问题,易井斜、钻速慢的井段使用效果更好。这是一项经济有效的实用技术,值得推广。文章阐述了水力加压器的原理和特点,提供了4个地质区块6口应用井和7口对比井的现场应用数据。     

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小眼井钻井、大斜度井和水平井钻井数量越来越多。在这类井中如何有效地向钻头施加钻压就成为人们普遍关注的问题。在转盘钻井和井下动力钻具钻井中一般都是靠钻柱重量向钻头施加钻压的。然而，在大斜度井和水平井钻井中，这种传统的加压方法存在一些缺陷：①由于钻柱重力在井眼方向的分量小或近似为零，很难满足预先设计的钻压；②由于钻柱自重对井壁的正压力大，因此增大管柱摩阻和转盘功率损失。摩阻问题又是制约大斜度井和水平井发展的重要因素之一。为此，研制了一种新型的利用钻井液压力为动力的加压装置———水力加压器。它可以平稳地对钻头施加钻压，可以减少钻头的振动传向水力加压器以上钻柱，减少钻铤和钻杆的疲劳破坏，可提高钻柱和钻头的使用寿命，降低钻井成本。现场试验表明其可靠性、安全性高，不仅能有效地解决大斜度井、水平井中钻压不易施加的问题，而且能较好地改变钻具受力。     

缩进式长冲程水力加压器的研制与应用

大斜度大位移定向井和水平井滑动钻进的托压严重影响机械钻速的提高,为此,研制了缩进式长冲程水力加压器。该加压器由水力加压推进机构和悬挂机构组成。推进机构中间筒体的托台嵌于心轴的导向长槽中,心轴导向长槽沿托台滑动,可避免外壳体与心轴之间自由转动,实现扭矩传递;另外,钻井液流过心轴及下部钻具的压降产生推力,给钻头提供足够、稳定和可控的钻压。悬挂机构使心轴在起下钻时处于缩进状态,并悬挂在定位短槽内,避免心轴受到损伤,从而延长加压器的使用寿命。2口井的应用结果表明,缩进式长冲程水力加压器具有很好的悬挂和推进功能,对复合钻进和滑动钻进机械钻速均有不同程度的提高,解决了滑动钻进的托压问题。     

SL-160型液力加压器的研制及应用

在水平井钻井中，随着钻井深度增加，井斜角增大和水平段延长，钻柱与井壁摩擦阻力不断增加，依靠钻柱重力难以给钻头施加足够的钻压。SL－160型液力加压器利用钻柱中循环钻井液的压力，实现对钻头的轴向水力加压，钻压值的大小不受钻柱与井壁摩阻的影响，钻压稳定。较好地解决了水平井、大位移延伸井的钻压施加问题。     

水力加压器介绍

水力加压器是一种将压差转换成钻压的液压工具，对由于井下震动和冲击引起的钻柱扭断、钻压不稳等问题，使用水力加压器可起到液压吸震的作用，它可阻尼掉轴向震动，在较长的水平井和斜井补偿失控的滑动钻井，保持恒定钻压。介绍了水力加压器的工作原理，级数、使用前需进行的类型造反安装阻流尖嘴及地面测试等，概述了水力加压器的使用方法。通过观察立管压力的变化可清楚地了解加压器井下工作情况。     

液力加压器在水平井钻磨复合桥塞中的应用

针对水平井油管桥塞钻磨时加压困难且钻磨缓慢的现状,将液力加压器用于修井钻磨作业。液力加压器具有液力减振作用,利用液体弹性吸收的原理,结合钻井液柔性连接关系,可有效地保护钻具和钻头;同时液力加压器通过改变水力参数来调节钻压大小,且具有自动送钻功能。现场应用结果表明:加装液力加压器后,钻磨效率平均提高了29.36%,最大钻磨效率提高了46.51%;在使用六刃磨鞋、排量800 L/min的条件下,磨屑体积适中并能及时返出井筒,降低了卡钻风险。所得结论可为钻磨工具的选择和应用提供参考。     

定向井滑动钻进送钻原理与技术

定向井和水平井钻进经常采用滑动钻进方式。地面间歇向井内送入钻杆是如何转化成井下钻柱对钻头的推进的？如何减小钻柱与井壁的滑动摩擦力给钻压带来的误差？现有的滑动钻进送钻技术各有什么优缺点？这些都是业界关心的问题。为此,把钻具送到井底并加上钻压,暂停地面送钻操作的工况作为研究区间,分析了井底的钻柱弹性、水力振荡器和液力推进器3种送钻原理。阐述了带井下动力的钻具组合、带水力振荡器的钻具组合和带液力推进器的钻具组合的滑动送钻技术,给出了地面钻进参数与井底钻进参数的关系。进而比较了3种送钻技术的特点：带井下动力的钻具组合在井底是依靠钻柱的弹性推动钻头前进;带水力振荡器的钻具组合依靠其产生的水力振动来降低钻柱与井壁间的滑动摩擦力,改善钻压传递效率;带液力推进器的钻具组合在其工作钻压区间,依靠活塞推动钻头前进。结论认为,带液力推进器的钻具组合滑动送钻技术最优,钻压可调、平稳,液力推进器可串联使用,钻进时可以活动上部钻柱。     

井口钻塞加压装置的研究与应用

用螺杆钻具钻近地面的水泥塞及桥塞等塞面时,因钻塞管柱自重轻,钻压不能有效作用在钻头处,不仅塞面无法钻穿,而且螺杆钻具产生的反扭矩也无法控制,施工过程中钻进效率低且存在安全隐患。为此,研制了井口钻塞加压装置。该装置利用小修作业设备即可将近地塞面钻穿,同时可安全控制塞面钻穿时的井内压力及螺杆钻具产生的反扭矩。井口钻塞加压装置在大港及江苏油田共应用11口井,成功率100%;该装置简化了施工作业工序,确保了现场作业的安全性,有效提高了生产时效,降低了作业成本。     

水力加压器在钻井施工中的作用

使用水力加压器的目的是为了实现液体加压和减少钻具的振动,目前对于减少钻具与井眼的摩阻问题存在争议,尤其在斜井及水平井中的使用更是值得关注。根据工具的特点和力学分析认为,当活塞下行至下死点时,立管压力表数值的减小是由于钻具伸长（或者说钻具弯曲度减小）。井眼中的钻具不能简单看作为刚体,应作为曲体对待,只要钻具弯曲度减小,就可使钻具与井眼的摩阻得到改善。     

水力振荡器在新场气田新沙21-28H井的应用

定向井水平井在滑动钻进时,托压、黏卡严重,如何提高滑动钻进钻压传递的有效性、减少钻具与井壁间的静摩擦,一直是待解决的技术难题。为此,分析了水力振荡器作用机理：通过一对阀门周期性的相对运动把流经动力部分的流体能量转化为压力脉冲,将该压力脉冲传递给振荡短节,由振荡短节带动钻具在轴线方向上进行往复运动,使钻具在井底的静摩擦变成动摩擦,既有效地实现了降低钻具摩阻,又达到了改善钻压传递的效果,且不影响MWD、螺杆钻具的使用。该工具首次在四川盆地西部新场气田的新沙21-28H井进行了提高钻速应用试验,在Φ172 mm振荡器的上下位置各接入1根加重钻杆,以预防钻具轴线蠕动造成钻具应力破坏。结果表明：加接该工具的滑动钻进机械钻速提高了45.16%、复合钻进机械钻速提高了30.00%,取得了非常显著的效果。该工具的应用需充分考虑钻井设备的工作能力,最大限度发挥其潜力。     

脉冲式井下增压钻井装置关键参数设计与分析

为了提高深井超深井的机械钻速,降低钻井成本,综合利用脉冲射流和超高压射流钻井的优点,设计了脉冲式井下增压钻井装置。介绍了其结构和工作原理,根据不同钻井状况有针对性地设计关键参数。根据研究,确定高压活塞作用力取为钻压的35%,PDC钻头钻井时高压活塞直径取30 mm,牙轮钻头钻井时高压活塞直径取35 mm,活塞行程根据钻头在井下振动的位移确定,取为25 mm,活塞频率为4和6 Hz,计算得到高压流体排量。由于脉冲式井下增压钻井装置内、外压差作用在传动轴上端面,具有水力加压作用,所以针对不同钻头钻井情况,进行水力加压作用力计算。