斜向器定向计算分析

文章通过计算套管开窗定向侧钻井斜向器装置角，分析了斜向器导斜角、原井轨迹对斜向器定向方位的影响，推导出斜向器定向计算公式，并为柔性钻具组合、弯外壳螺杆钻具侧钻新井眼提供了理论依据，对斜向器开窗侧钻井轨迹设计、定向开窗及初始井眼轨迹控制具有一定的指导意义。     

弯外壳螺杆钻具窗口通过能力有限元分析

大弯角螺杆钻具组合能否通过开窗侧钻窗口是决定工程顺利作业的关键因素。基于此,开展了弯外壳螺杆钻具窗口通过能力有限元分析。根据SY-4试验井相关参数,考虑下部螺杆钻具刚度、马达弯角、斜向器角度、重力和扶正器等参数的影响,建立了螺杆钻具动态下入套管开窗段力学模型,利用有限元法进行模拟计算。计算结果表明:螺杆钻具强度、接触力和摩阻力均满足要求,结果与SY-4试验井非常接近。研究结果对侧钻水平井套管开窗后螺杆钻具下入通过能力分析具有理论指导作用。     

海上油田一趟钻套管开窗技术

针对常规开窗工具串难以通过狗腿度较大井段、锥式磨鞋易偏离导斜面、斜向器和磨鞋需要两趟钻送入等技术难点,研制了通过节流压差坐挂的斜向器及与其配套的次级磨鞋、挠性短节、开窗磨鞋等工具,形成了可一趟钻套管开窗钻具组合,该钻具组合实现了斜向器送入、坐挂及开窗作业。将一趟钻套管开窗作业分为5个阶段,推荐了相应阶段的磨铣参数,并制定了处理作业过程中复杂情况的技术措施,形成了较为完善的一趟钻套管开窗技术。渤海油田203口井应用一趟钻套管开窗技术进行了套管开窗,开窗成功率100%,平均开窗周期10.5 h,平均修窗周期2.6 h,与应用两趟钻开窗技术的井相比,开窗时间平均缩短2.4 h,提效22.8%。现场应用表明,一趟钻套管开窗技术能够提高开窗效率、降低钻井成本,可为海上油田稳产和提高采出程度提供技术支持。     

新型造斜器

美国Baker OilTools公司新近推出了第二代Window Master G2造斜器，这种新型造斜器是将第一代Window Master造斜器与全井斜套管开窗铣鞋组合在一起而成，它仅需要钻较小的井底导眼即可启动工作，毋须更改底部钻具组合，1次起下钻即可将造斜器下入井中，朝着新的井眼方位并固定在相应的位置上对套管进行开窗作业。而使用其它的套管开窗工具则至少需要2次起下钻。使用第二代造斜器进行套管开窗作业不仅能保证质量，而且施加在钻柱上的质量和扭矩都非常小。所产生的钻屑量少，     

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利用斜向器开窗侧钻是最主要的侧钻方式之一。现场施工中常用三种方法：（1）斜向器座放在窗口和靶点的设计方位线方向;（2）根据设计井眼轨迹的井斜方位变化趋势和斜向器对井斜方位的影响关系,确定斜内器应座放在哪一象限内;（3）斜向器始终座放在井眼高边,若设计轨迹为降方位趋势,则座放在高边的左边,否则,座放在高边的右边,研究证明,这三种方法都不能准确地确定出斜向器应当座放在一个准确具体的角度,和施工者的经验有关,不是最优方法,文章把非线性最优化理论引入到定向井斜向器座放方位的最优化计算中,建立了非线性规划方程组,并应用序列无约束极小化混合法（SUMT混合法）求解,解决了定向井斜向器开窗侧钻问题,该方法已经利用VisualBasic语言编制成为一个用户界面非常友好的软件WSS,操作简单,使用方便。     

膨胀管斜向器的研究与应用

为了解决常规机械开窗导斜器在使用中存在的悬挂力小、固定不牢固以及导斜面容易出现下滑等问题,研制了新型膨胀管斜向器。新型斜向器由膨胀管锚定器及导斜开窗一体化工具组成,锚定器通过密封橡胶锚定,能精确确定开窗位置和开窗方位,膨胀后压缩多个密封橡胶带,锚定力达700 kN以上,且减少了打水泥塞工序,缩短了施工周期,减少了作业施工费用。在明416井的现场试验中,101.6 mm套管悬挂器深度1 320 m,新人工井底1 714 m,投产后日产液23 m3,日产油3.4 t。     

连续管套管内开窗钻压预测研究

针对目前连续管套管内开窗钻压不易控制,极易造成马达失速损坏,以及窗口质量不理想的现状,以造斜器开窗为对象,采用"纵横弯曲法"对一定结构的连续管开窗钻具组合,在一维井身内的受力变形进行计算机编程计算,结合一些贴近实际工况的切削条件,通过设定马达不失速、钻具按照设定轨迹钻进以及开出高质量窗口3个限制条件,对整个开窗过程中的合理钻压范围进行预测研究。研究结果表明,连续管开窗钻压预测有利于保护钻具以及开出高质量窗口,对现场施工具有很好的指导意义。初始开窗阶段马达易发生失速,应施加较小钻压。     

双层套管开窗技术的探讨与应用

双层套管开窗是在开窗处存在两层套管(油层套管和技术套管)时进行的开窗侧钻工艺。目前,还没有适用于双层套管开窗的专用工具(导斜器和铣锥等),只能借助于常规的单层套管开窗的工具进行双层套管开窗作业。     

鱼骨型分支井开窗下部钻具力学性能分析

鱼骨型分支井开窗时下部钻具组合在井底的受力及变形特征直接影响分支井眼的轨道形状,分支井眼轨迹控制不当将难以保证轨迹在储层中有效穿过,从而直接影响鱼骨型分支井的产量,同时分支井眼的窗口质量好坏也将影响主井眼完井管柱的安全下入。采用有限元法建立了鱼骨型分支井开窗时下部钻具组合力学性能分析的有限元模型,分析了开窗时下部钻具的受力及变形特性,计算了开窗时下部钻具组合的造斜能力,分析了下部钻具组合结构及工具面角对造斜能力的影响。新疆油田的应用实践表明:理论计算鱼骨型分支井开窗时的造斜率符合实钻结果,误差在13%以内,在工程应用中是可靠的。该分析方法可以为鱼骨型分支井开窗时井眼轨道的有效控制提供依据,具有重要的现场应用价值。     

轮古40C井套管开窗侧钻小井眼定向钻井技术

在老井改造措施中,采用套管开窗侧钻比较普遍,而在侧钻过程中经常会遇到不同的地层压力系数,必须增加一层套管,这样就得用更小尺寸的钻头钻进,施工难度也随之加大。轮古40C井所遇到的正是此种情况。为了预防窗口小影响下步施工,在塔里木油田深井中,套管开窗侧钻一般采用锻铣套管开窗,为减少施工工序,该井使用了斜向器开窗,并在?152.4 mm井眼顺利下入了?127 mm尾管并固井,然后用?104.8 mm钻头钻达设计井深。通过该井的成功探索,说明使用一次性斜向器开窗侧钻是可行的;钻?104.8 mm小井眼时,防止发生钻具事故是关键,如果钻具脱落,首选公锥进行打捞。     

苏里格气田苏5-1H井大井斜套管内垂直向上开窗钻井技术

苏里格气田苏5-1H井是国内第一口井斜超过80°垂直向上开窗井,施工作业面临有线仪器、斜向器下入较为困难及铣锥受重力作用、垂直向上不易开出窗口等技术难题,但该井仅用了19 h便垂直向上开窗成功。为此,总结了大井斜垂直向上开窗施工作业要点：①一次性斜向器开窗侧钻方法有利于垂直向上开窗侧钻;②采用复合式铣锥可一次性完成开窗及修窗作业;③强化斜向器坐封、定向侧钻的井眼准备措施;④细化套管开窗施工作业参数。该井用时6 h即完成2.5 m进尺,返出大量粗丝状铁屑,12 h后见大量泥砂及水泥,判断已开窗成功,反复修窗后起钻,优质高效地完成了整个高难度开窗任务,其施工作业要点可供今后同类型井借鉴使用。     

连续管套管内开窗轨迹及窗口形状预测

连续管套管开窗轨迹和窗口形状对侧钻井质量影响较大,当前对连续管套管开窗轨迹预测缺少针对性的研究和专用商业工程软件。针对两铣鞋钻具组合下的造斜器套管开窗进行研究,采用纵横弯曲法,并以马达不失速和力的有效性等为约束条件,建立一维井筒连续管套管开窗轨迹预测模型,然后根据铣鞋运动轨迹,采用逐点法描绘出窗口轮廓形状。以近似实际工程数据为示例进行计算分析,结果表明,满足一定约束条件下预测得到的钻进轨迹与套管开窗质量与现场经验和认识更为接近。该研究方法和结论可作为一维井身结构下开窗钻具优选和施工参数等施工方案辅助设计的一种手段或重要参考,并且可为二维(连续造斜段)和三维井身结构下连续管套管开窗的拓展研究提供一定的借鉴。     

潜山油藏水平井套管开窗侧钻技术

马42平2井是华北石油管理局第1口独立设计、独立施工完成的在?177.8 mm套管内开窗侧钻的小井眼侧钻水平井,目的是开发古潜山地层油气藏。选择在清白口系的长龙山组致密地层(2617 m)下入斜向器,使用铣锥开窗侧钻、侧钻降斜、稳斜、增斜进入潜山地层,在施工中合理选用?152 mm斜向器,配合使用无线随钻测斜仪(MWD)一次坐封成功,优选碎硬质合金作为主切削刃的?154 mmXZ系列铣锥开窗侧钻一次成功。使用无线随钻测斜仪及时准确地掌握了井眼轨迹的变化,配合使用不同规格小井眼导向马达确保侧钻井眼轨迹的控制,提高了井眼剖面符合率和中靶精度,实现了优质、快速、安全钻进。?177.8 mm水平井开窗侧钻技术的成功应用为今后小井眼的开发和应用提供了依据。     

兴古7-H208保留深层水平井导眼技术

水平井导眼填井侧钻是导眼实施的通常做法,但是在兴古7块,水平井导眼位置较深,导眼钻井周期长、钻井成本高,且导眼有一定产能或可另作他用。通过深层高钢级、厚壁套管开窗技术完善与精细施工控制、分支水平井井眼轨迹优化控制和分支井眼上固下裸眼内插管固井工艺的实施,在兴古7-H208井中的深层潜山油藏段内的?244.48 mm技术套管上开窗侧钻水平分支井眼,成功实现了深层导眼的保留。现场施工发现现有磨铣类工具对硬度8级以上地层的套管开窗适应性较差,最后通过取换造斜器、多次磨铣、钻头辅助破岩等方式得以完成。兴古7-H208井目的层埋深4000 m、导眼井段长875 m、钻井周期43 d,利用分支井保留水平井导眼技术节约了大量钻井费用,具有推广应用价值。     

承扭式连续管开窗钻具组合力学特性研究

针对目前连续管侧钻开窗工艺存在的动力钻具容易反转、切削动力不足等主要问题,提出了一种承扭式连续管开窗钻具组合,并介绍了其工作原理,建立了纵横弯曲力学模型,进行了侧钻窗口形状设计和铣鞋力学特性分析,讨论了钻压、动力钻具长度、柔性短节长度和抗弯刚度等参数对磨铣过程中侧向力、转角的影响。计算结果表明:侧向力随铣鞋偏心位移增加呈线性增大,在骑套段侧向力和转角不发生变化;侧向力随钻压升高由降斜力变为增斜力,随动力钻具长度增加先减小后增大,随柔性短节长度增加由增斜力变为降斜力,随柔性短节抗弯刚度增加而减小;铣鞋转角受钻具组合参数的影响小。研究结果表明:通过改变钻压、钻具组合尺寸参数可以调节开窗钻具组合的力学性能,控制磨铣过程中铣鞋的侧向力,这对现场钻井作业具有一定的指导意义。      

深井和大位移井套管磨损程度预测

为提高套管柱强度设计准确性,防止磨损失控情况发生,深入分析了套管磨损预测技术。结合定向井钻柱力学研究成果,考虑钻柱刚度和屈曲的影响,推导了深井和大位移井的钻柱拉力-扭矩方程,建立了基于能量原理的套管磨损程度预测模型,并编制了预测软件。该预测软件可以预测包括钻进、起下钻具等作业过程的,不同套管柱层次、钻具组合、井眼轨迹、钻井液类型和钻井参数等情况的全井段不同井深所对应的套管磨损量。实例计算结果表明,编制的预测软件减小了人为的估计误差,预测值更为准确可靠。研究成果为深井和大位移井安全高效钻进提供了新的技术支持。      

剪切帽技术对PDC切削齿的保护原理及应用

套管开窗侧钻施工或套管钻井结束后,需要使用专门的钻头或磨铣工具磨铣套管或钻穿浮鞋、套管钻头等套管组件,然后才能进行后续地层的钻进。传统工艺是采用两趟钻或一趟钻完成,两趟钻浪费时间和成本,一趟钻对PDC切削齿的伤害较大。Varel钻头公司研发的剪切帽技术,其原理是在套管开窗或钻穿浮鞋、套管钻头等套管组件时可提供剪切作用,同时保护主PDC切削齿面。进入地层后,剪切帽快速磨损脱落,使切削齿高效钻进地层。现场测试结果表明,剪切帽可有效保护PDC切削齿不受损坏,提高机械钻速。介绍了剪切帽技术原理及其现场测试情况,以期推动我国用于套管开窗和套管钻井施工的一趟钻系统的发展。     

DK68C井双层套管开窗施工工艺

套管开窗侧钻是降低成本、增加产量的一种有效途径 ,由于设计的需要 ,有时需对老井的技术套管和油层套管的两层套管进行开窗 ,这就对工具的选择和施工工艺提出了一定的要求。DK6 8C井选取槽式斜向器及初磨式、窗口式、西瓜式等系列铣刀对该井 16 8及 2 4 4两层套管只用了 35 .2h就成功地实现开窗。文中提出工具和工艺的选择对套管开窗至关重要 ,特别影响开窗的周期和成本 ,而采用文中所提及的工具、工艺则能在较短的时间内实现双层套管的开窗 ,同时能有效地保证井下安全。该工艺对单层套管的开窗也有一定的指导意义