近钻头变径稳定器导向钻具造斜特性研究

为提高现有导向钻具组合井眼轨迹控制能力,针对近钻头变径稳定器导向钻具造斜特性开展了研究。根据纵横弯曲梁法和三弯矩方程,考虑钻具结构弯角和变刚度管柱的影响,建立了带近钻头可变径稳定器的导向钻具组合力学特性分析模型,采用单因素法,对各种条件下近钻头可变径稳定器外径对钻具造斜能力的影响进行分析。分析结果表明,近钻头可变径稳定器外径对钻具造斜能力影响显著,在所研究的参数范围内,钻具长度和井径扩大率对复合钻进造斜率的影响较为明显,上稳定器和钻压的影响次之,螺杆钻具结构弯角对复合钻进造斜率的影响最小。最后根据研究结果并结合现场实际工况,设计并研制出了井下遥控式近钻头可变径稳定器导向钻具。     

滑动钻进机械钻速影响因素分析及对策

单弯螺杆配合PDC钻头的使用,极大地提高了机械钻速,但使用中发现滑动钻进机械钻速较低,仅为双驱钻进的30%～50%,严重制约了钻井速度,因此有必要对滑动钻进时下部钻具受力情况进行研究.文章以φ215.9 mm井眼典型钻具组合进行受力分析和摩阻分析,并提出了影响机械钻速的主要因素和对策.     

滑动钻进造斜率预测与分析

滑动钻进工况下造斜率的准确预测是钻井工程面临的难点问题。首先利用加权余量法,建立了导向钻具组合的三维力学模型,得到了滑动钻进过程下钻头机械载荷及导向钻具组合的摩阻分布;其次考虑滑动钻进过程中工具的造斜特性,建立了零侧向钻速准则下的滑动钻进造斜率预测模型及折算系数反演方法;最后利用一口页岩气水平井钻井数据,反演计算了该井造斜率折算系数,验证了滑动钻进造斜率预测模型的精度,并分析了钻井参数、轨迹参数、钻头切削特性、工具结构等对工具造斜率和摩阻的影响规律。研究结果表明:滑动导向模式下,通过适当增加工具结构弯角、降低钻压、提高钻头侧向切削能力等,有利于发挥工具的造斜性能,提高滑动钻进效率,为导向钻井参数优化、工具结构优化设计及井眼轨迹控制等提供重要依据。     

扎哈泉致密油水平井钻井技术对策

为提高致密油总体开发效益,青海油田部署了第1口致密油水平井,但钻井周期较长,影响水平井规模开发进程。分析认为该水平井周期长的关键问题是造斜段水平段滑动比例高,机械钻速低,表现在地层较硬、设计造斜率偏高、轨迹不光滑以及定向托压方面。通过技术优化,提出了相关技术对策:每30 m设计造斜率降低至5°以下,保证造斜段滑动比例在70%以下;优化水平段复合钻井稳斜钻具为单弯螺杆双稳定器钻具组合;优选造斜段水平段钻头为5~6刀翼13~16 mm、双排切削齿、平缓曲线冠部形状、小外锥高度、小保径长度以及大后倾角(20°~30°)高效PDC钻头;强化钻井液润滑性,控制直井段每30 m狗腿度在0.5°、水平段每30 m狗腿度在2°以内摩阻扭矩控制措施;提升排量至30 L/s、转速维持在30~40 r/min、提高钻井液动切力和塑性黏度比值至0.5以上等井眼清洁措施。技术对策经现场应用后,造斜段机械钻速提高2.6倍,水平井段机械钻速提高1.0倍,收到了预期效果。     

高造斜率螺杆钻具提速技术研究与应用

针对定向井施工过程中,滑动钻进机械钻速慢、滑动进尺比例高的问题,提出了一种调整螺杆钻具弯点位置的高造斜率短弯螺杆设计思路,以降低滑动钻进比例,提高机械钻速。基于平衡趋势角法评价分析了短弯螺杆钻具的造斜能力,依据分析结果确定了短弯螺杆钻具关键结构参数,将弯点距转子输入接头端面缩短了300-400 mm,实现了短弯螺杆钻具高造斜率与结构参数设计的有机统一。涪陵页岩气田现场应用结果表明,该螺杆钻具可有效提高滑动钻进造斜率37.14以上,降低定向过程中滑动进尺比例69.61%以上,提高机械钻速37.81%。     

可旋转钻柱定向钻进工具设计及测试

针对滑动定向钻进时摩阻高、机械钻速低的技术难题,设计了一种滑动定向钻进时可旋转钻柱的降阻工具RSD,建立了底部钻具组合扭转动力学模型,分析了RSD扭矩及RSD安放位置对于螺杆钻具工具面角的影响规律。利用可模拟螺杆反扭矩振动的试验装置,进行了RSD原理样机室内测试,并利用测试井进行了RSD原理样机现场测试。理论分析及测试结果表明,RSD工作原理可行、结构设计合理,在钻柱旋转时可以稳定和调节螺杆钻具的工具面角。研究认为,利用RSD既可以实现螺杆钻具滑动定向钻进,又可以旋转RSD以上的钻柱,降低摩阻。      

导向钻井钻具组合结构造斜特性分析

在导向钻井钻具组合结构中,本体稳定器、上稳定器的选用与计算外径,以及螺杆弯角的选用,对用全力增、减方位时的侧向力有影响,可用来评价导向钻井钻具造斜特性,分析和设计导向钻具组合.现场使用结果表明,螺杆本体稳定器采用偏心式时计算外径与丈量直径存在偏差;上稳定器对钻头侧向力具有较大的影响,可以优化设计;螺杆弯角对钻头侧向力影响较大,需合理使用.     

预测弯外壳导向钻具钻井造斜技术

预测弯外壳导向钻具钻井造斜率，合理控制井身轨迹，在定向钻井施工中非常重要，掌握导向钻具的结构参数和造斜能力，是定向钻井成败的重要因素。文中分析了单弯单稳定器导向钻具和同向双弯单稳定器导向钻具的钻井施工设计原理，指出为提高弯外壳导向钻具钻进时的“自由状态”造斜率，应增大弯角与缩短拐点至钻头底面距离，设计中应考虑钻头长度，增大拐点上部稳定器位置和建议把弯外壳单稳定器导向钻具设计成对称状态等。     

扩眼器在定向造斜段的应用可行性研究

随钻扩眼器可有效扩大下部井眼直径,对于优化井身结构、提高完井质量、提高钻进效率、降低后续作业风险具有重要意义。随钻扩眼时该工具相当于一个满眼扶正器,在直井段工作时扩眼器具有防斜作用,但在定向段随钻扩眼时该工具将改变常规造斜钻具的造斜特性,因此该工具在定向造斜段应用的可行性需要研究。以一套常用造斜钻具为例,计算了其初始造斜率以及直接扩眼工况和随钻扩眼工况的造斜率,发现使用扩眼器后对原有钻具组合的造斜特性影响很大。为达到原有造斜要求,通过单独和组合调整BHA参数(主要有螺杆钻具弯角、上稳定器外径、上稳定器距离钻头距离等)获得与原有BHA造斜特性基本相当的多种方案,这说明扩眼器可在既定的造斜要求下完成定向随钻扩眼钻进施工。     

大弯角螺杆钻具过窗口通过能力分析

绥中某油田E井是在老井244. 5 mm套管内开窗侧钻215. 9 mm井眼,采用大弯角螺杆钻具组合进行中短半径钻进作业,而大弯角螺杆钻具组合通过侧钻窗口问题比较突出。鉴于此,考虑有效窗口长度和马达弯角大小等参数的影响,利用ANSYS有限元计算软件,对螺杆钻具组合过窗口进行模拟计算。计算得到钻具组合下入的最大应力及总摩阻力,利用许用摩阻力和许用应力判断螺杆钻具组合下入能力。当螺杆钻具马达弯角分别取1. 50°、1. 75°和2. 00°时,综合考虑强度和摩阻两个条件,能通过的最短有效窗口长度分别为1. 0、1. 0和1. 5 m。研究结果可为现场最终确定钻具组合方案提供理论依据。