哈山101井火成岩地层空气锤钻井技术

准噶尔盆地哈山地区火成岩岩石坚硬、研磨性强、可钻性差,采用常规空气/泡沫+牙轮钻井技术存在着单只钻头进尺少、井斜增长快等技术难题。首先分析了空气锤结构特点、破岩机理及其在火成岩中的适应性,指出采用以冲击动载为主、剪切破碎为辅的空气锤钻井技术钻进火成岩,较常规气体钻井方式具有明显的防斜打快技术优势。在邻井空气锤钻井试验基础上,通过优化空气锤复合结构钻头齿材料与气流布局,改进空气锤保径结构与防掉机构设计,并且建立了空气锤钻井的钻压、转速、耗风量及风压等参数计算方法,形成了火成岩地层空气/雾化+空气锤钻井技术。经在哈山101井火成岩中进行现场应用,在保证井斜始终控制在1°以内情况下,单只空气锤平均进尺367.86 m,较邻井提高了56%以上,取得了显著的应用效果,为今后准噶尔盆地火成岩地层防斜打快提供了一种有效手段。     

气体钻井井斜的原因及防斜技术

在归纳气体钻井井斜规律的基础上,对比分析了气体钻井与钻井液钻井两种情况下,地层各向异性、地层倾角、井眼几何参数及钻井参数等因素对井斜的影响。结果表明：气体钻井与钻井液钻井相比,地层各向异性显著增加是气体钻井容易井斜,且井斜后较难控制的根本原因;在中、大钻压下,井径扩大是气体钻井容易井斜的重要原因;而地层倾角、钻压、钻头切削各向异性和钻具组合对气体钻井井斜的影响与钻井液钻井相似。建议在现场推广应用空气锤、钟摆钻具组合和空气螺杆钻具组合三项气体钻井防斜技术来防止气体钻井井斜。     

气体钻井井斜机理分析

随着气体钻井技术的广泛应用,气体钻井过程中的井斜问题日益受到关注,但其机理研究还有所欠缺。本文结合气体钻井井斜的特殊性,从破岩机理、温度、地层因素、井径扩大、下部钻具组合运动状态等方面分析了气体钻井的井斜机理。分析结果表明：与钻井液钻井相比,井底岩石应力状态变化导致地层各向异性指数显著增加,是气体钻井容易井斜的根本原因;井径扩大以及整体钻柱所受摩阻变化影响下部钻具的运动特性,是气体钻井易井斜的重要原因。为此,提出了几点解决气体钻井井斜问题的技术思路,供气体钻井防斜进行参考。     

塔式钻具组合对气体钻井井斜影响研究

气体钻井技术由于其具有保护储层、防止井漏和大幅度提高钻井速度等优势而被广泛应用。但在实际钻井过程中暴露出一定程度的井斜不易控制问题制约着此技术的发展。为探讨塔式钻具组合对气体钻井井斜的影响,基于塔式钻具组合在钻井时的力学受力分析,建立了塔式钻具组合在气体钻井条件下的有限元静力学模型,并通过理论计算验证了其正确性。结合川西某气井实际钻井资料,进行了塔式钻具组合的防斜效果研究,探讨了井斜效果影响因素,表明其降斜能力随着井斜角和钻压的变化而变化,使用空气锤的塔式钻具组合比使用牙轮钻头的组合有更大的降斜防斜能力,为塔式钻具组合在气体钻井中的井斜控制研究和现场施工提供了理论指导。     

空气钻井井斜控制技术的探讨

空气钻井在提高机械钻速、缩短钻井周期、降低钻井成本、发现保护气田和提高产能有着重大贡献。但在井斜控制方面的研究还很欠缺。文中介绍了目前空气钻井在井斜控制上的一些措施,尤其重点阐述了空气锤和空气螺杆钻井技术。空气锤技术在四川地区现场试验中,取得了显著效果,防斜成功率在95％以上,是目前最有效最可行的防斜打快技术。空气螺杆技术较空气锤技术不成熟,效果不明显,还要不断研究和摸索。     

空气锤钻井技术在哈深201井火成岩地层的应用

准噶尔盆地火成岩地层岩石坚硬、研磨性强、可钻性差,钻进过程中井斜问题突出、机械钻速低、钻井周期长,严重影响了火成岩目的层的勘探开发进程。首先分析了牙轮钻头气体钻井技术难点,通过开展火成岩岩石力学特性实验,分析空气锤破岩机理及其在火成岩中的适应性,结合KQC型空气锤主要结构、技术性能特点,提出空气锤钻井低钻压、低转速、高频率冲击的破岩方式,在实现山前带火成岩防斜打快的同时,能有效避免钻具磨损、疲劳断裂等情况发生。在准噶尔盆地哈深201井火成岩中进行了现场应用,在保证井斜始终控制在2°以内情况下,平均机械钻速和单趟钻进尺较牙轮钻头气体钻井同比分别提高了2.45倍和6.42倍以上,哈山区块?444.5 mm井眼单趟钻机械钻速14.29 m/h,?311.2 mm井眼单趟钻进尺470.62 m,取得了显著的防斜打快应用效果,为今后火成岩地层优快钻井探索出了一种有效的技术手段。     

新疆火成岩地层气体钻井实践

介绍胜利油田西部新区火成岩地层提速的难点,对火成岩气体钻井的可行性进行了实验分析。通过 对气体钻井设备进行的完善改造、施工技术措施的制定、施工过程的描述及提速效果的总结评价,证明气体钻井在 西部新区钻井提速的可行性和巨大优势,其中施工的哈深2井泡沫钻井施工19 d,是西部新区首口成功实施泡沫 钻井技术的井。指出气体钻井下步需要研制和使用可用于泡沫钻井的空气锤等防斜打快工具和工艺。     

空气锤钻井技术在定向井中的应用

空气锤钻井技术用于直井钻井可以提高机械钻速和防斜纠斜,同时也可用于定向井和水平井中,以提高机械钻速和缩短钻探周期。为此,介绍了国外空气锤钻井技术在定向井中的应用,包括自回转式空气锤钻井技术和空气螺杆马达驱动式空气锤定向钻井技术,分析其在油田的应用效果,以期对国内空气锤定向钻井技术提供技术参考。     

空气钻井井斜控制问题的探讨

玉门青西油田地县岩性不均，岩性变化频繁，地层极硬、研磨性极强，可钻性差，机械钻速较低，造成全井钻井速度较慢。为了提高机械钻速，在窿9井等4口井试验了空气钻井，大幅度地提高机械钻速，但出现空气钻井井斜不易控制的问题。文中阐述和分析了影响空气钻井可控因素和不可控因素对井斜影响的机理；阐述了空气锤防斜技术，分析了空气锤在窿15井试验未起到防斜的原因，对今后空气钻井的设计和施工具有一定的指导意义。     

KQC系列空气锤在油田气体钻井中的应用

在油田气体钻井中使用KQC系列空气锤,解决了泥浆钻井在中硬以上地层中钻速慢、易井斜的难题。钻机通过钻杆对井底空气锤施加钻压和转矩,空压机产生的高压气体驱动空气锤钻头对井底岩石进行冲击,形成快速的旋冲式破岩钻进。这种破岩方式要求的钻压和转矩较低,有效地降低了井斜,减少井下事故的发生。现场试验表明,使用KQC系列空气锤钻井,平均机械钻速比泥浆钻井提高5倍以上,同时具备防斜和纠斜的能力。介绍了KQC系列空气锤的结构特点、工作原理、技术参数、台架试验与现场试验情况及空气锤钻进中应注意的问题。     

巨厚砾岩层气体钻井井眼特征

由于具有常规钻井所不具备的多方面优势,气体钻井技术在中国正受到越来越多的关注。作为一项打开油气层新技术和提速技术,气体钻井技术在矿场应用中存在一些特殊问题,包括巨厚砾岩层提速钻井中井斜控制难和套管下入遇阻现象。现有的空气锤和钟摆钻具组合控制井斜方法在塔里木油田山前巨厚砾岩层中都很难起到很好的井斜控制效果,而且套管遇阻情况严重。基于实测井径数据,利用3次样条曲线重构井眼截面形状特征,并探讨巨厚砾岩层空气锤钻井椭圆井眼形成机理。结果表明,空气锤以高频冲击破坏岩石,受地层的非均质性和各向异性的影响,所形成的井眼体现为高度椭圆性。431.8 mm井眼的平均井径达495.3 mm,长轴达551.2 mm,而短轴仅为427.7 mm。正是这种井径短轴偏小和井壁不规则造成了套管下入遇阻问题。为了在塔里木盆地山前巨厚砾岩层推广气体钻井技术,不但要有效控制井斜,而且要尽可能增大井眼短轴长度。博孜101井的钻井实践表明,采用预弯钟摆BHA(底部钻具组合)不但可以较好地控制井斜,而且可以有效地改善井径截面形状,提高井壁的光滑度。     

应用空气锤钻进提高钻速机理分析

气体钻井是目前国际上迅猛发展的一项技术,被广泛应用于钻井提速、降低成本、保护油气藏等方面。在气体钻井中应用空气锤能够改善钻井性能,提高钻速。从空气锤钻进过程中井底岩石的力学性质、冲击旋转的钻井方法以及清洁井底方面分析了提高钻速的原因,并结合实验室岩石破碎状态,对空气锤钻井破岩特点进行分析,得出提高钻速得利于井底负压、高频冲击动载及清洁的井底。     

空气钻井钻具组合动力学特征及井斜机理研究

研究了用牙轮钻头进行空气钻井时光钻铤钻具组合动力学特征及井斜机理,建立了光钻铤钻具组合的转子动力学模型,分析了空气钻井与泥浆钻井时光钻铤钻具组合动力学特征的区别。结果表明,高碰摩系数使空气钻井时钻具组合反向涡动,空气的低阻力使空气钻井的涡动速度增大。泥浆钻井则相反,钻具组合以较低的涡动速度向前涡动。这些特征的综合作用使得空气钻井时钻头上的降斜力小于泥浆钻井,成为引起空气钻井井眼易斜的主要原因之一。     

带空气锤的空气钻井破岩机理

国内外对空气钻井的井壁稳定性、最小体积流量、地层出水和井斜的控制、提高钻速的机理等方面作了深入的研究,但对破岩机理的研究却较少。为了弄清楚空气钻井尤其是带空气锤的空气钻井破岩机理, 依据空气钻井中的专用钻具空气锤的工作特性及其破岩特点,从井底破碎坑的分布、岩石的破碎形态两个方面对岩石破碎、空气钻井破岩机理进行了定性与定量分析,分析了空气钻井的工艺参数与空气锤的工作参数对破岩的影响,进而建议开展空气钻井破岩机理仿真、实验台架研制及专用空气钻井设备选型的研究工作。     

Study of a Mechanism for Well Deviation in Air Drilling and Its Control

Abstract

Air drilling applied in an oilfield of western China shows its advantages in enhancing the rate of penetration (ROP) and oil reservoir protection. However, wells deviate more severely in air drilling than in mud drilling, which constrains the its application. The main factors resulting in well deviation are bottom hole assembly (BHA) and formation. This article analyzes these two factors in air drilling. The analysis shows that there is no significant difference in the behavior of BHA during air drilling and during mud drilling. BHA is not the critical factor that results in more serious well deviation in air drilling. The fundamental reason is that the bottom hole formation character changes in air drilling. Air replacing mud in a bore hole would lead to redistribution of bottom hole stress. Greater anisotropy index of formation in air drilling leads to more serious well deviation, and the increasing invasion depth of bit teeth in air drilling aggravates the well deviation. This article will analyze the above changes quantitatively by describing rock failure of anisotropy formation in air drilling. Based on the mechanism of well deviation, two types of BHA are recommended: air hammer and pendulum assembly with air motor, which have been proven as effective measures of controlling deviation in air drilling in Tarim oilfield.     

空气锤钻头保径技术探析

介绍了空气锤钻头结构特点和空气锤保径技术研究现状,把空气锤钻头磨损分成了钻头齿断齿、钻头齿掉齿、钻头齿偏磨、钻头齿齿高磨损、钻头刚体磨损及钻头刚体划伤6种形式,并从材料选择、结构设计和空气锤钻井工艺3方面对磨损进行了分析。从材料选择和结构改进2个方面对现有空气锤进行了改进,提出了"三翼面"保径空气锤钻头。新型空气锤保径钻头在龙岗39井空气锤钻井应用中取得了钻进1 899.35 m只磨损2.5 mm的好成绩。