多级变径随钻扩眼器研制及刀翼受力与钻压分配分析

深层小井眼采用随钻扩眼器进行扩眼作业时存在井眼缩径、固井质量差和卡钻频繁等问题。为解决该问题,基于随钻扩眼器基本结构和工作原理,采用新型变径结构,研制了一种多级变径随钻扩眼器;建立了随钻扩眼尺寸与主动活塞轴向位移之间的函数关系,并分析了扩眼器刀翼的受力情况;采用双因素计算方法分析了该扩眼器的钻压分配情况,得到了随钻扩眼器钻压分配比对扩眼尺寸、钻具锐度及地层抗压强度的影响规律。分析得知,随钻扩眼器的钻压分配比与钻遇地层抗压强度、扩眼尺寸呈正比,与扩眼器锐度呈反比,该扩眼器的理论井径扩大率为7%～20%。研究认为:对随钻扩眼器进行钻压分配分析,可以指导扩眼器的设计及领眼钻头的选型;研制的多级变径随钻扩眼器为提高扩眼效率提供了技术支撑。      

液压扩眼器设计及井下试验验证

为了降低小井眼钻井作业风险,提高固井质量,对152.4 mm井眼液压扩眼器结构原理和力学性能进行了研究,并制作了样机。152.4 mm井眼液压扩眼器主要由上接头、螺旋扶正套、环形剃刀组件、固定套、摩擦环及下接头等组成。对样机的压耗、刀翼张开、刀翼自动收回及强制收回等功能进行了验证,同时对扩眼效果进行了预评估。验证结果表明,该液压扩眼器的压耗约为1.38 MPa,小于计算的最大压耗1.96 MPa,满足现场作业需求;液压扩眼器能够实现正扩眼、倒扩眼和随钻扩眼作业,正扩眼和倒扩眼井径均达到190.5 mm以上,井径较规则,扩眼效果较好;在随钻扩眼中,刀翼张开最大扭矩达到14 kN·m。     

随钻扩眼技术研究进展

随钻扩眼工具作为扩眼工具的一种,具有常规固定翼式扩眼工具无法比拟的优势。在介绍随钻扩眼技术在深井、超深井、小间隙井、盐膏层钻井和侧钻井中的应用情况后,就国外随钻扩眼工具的研究进展和应用进行了分析,包括斯伦贝谢公司的Rhino系列扩眼工具、哈里伯顿公司的XR~(TM)和UR~(TM)扩眼工具、贝克休斯公司的GaugePro扩眼工具、威德福公司的RipTide扩眼工具及国民油井公司的Anderreamer扩眼工具。指出了国内外随钻扩眼工具的研究重点和今后的发展趋势。最后建议我国应加强随钻扩眼技术和工具的研究力度,完善随钻扩眼技术和工具,这对提高我国的钻井技术有着重要的现实意义。     

RWD随钻扩眼钻进的破岩机理研究

RWD随钻扩眼使钻井和扩眼过程一次完成，并满足大部分特定井身轨迹严格控制的要求，具有工具结构简单，无活动部件，扩眼尺寸稳定规则的特点，是解决复杂深井阻卡、非常规井身结构应用和提高固井质量的有效手段。随钻扩眼过程中，扩眼器与所扩地层之间的岩石力学耦合作用对随钻扩眼钻进破岩效果和扩眼器、钻柱的优化设计等至关重要。为此，建立了弹塑性有限元力学分析模型，运用莫尔－库仑强度准则，用数值分析的原理和方法模拟了随钻扩眼时扩眼器破岩的力学机理。并对井眼围岩变形和应力分析及强度进行了研究，为研究随钻扩眼的破岩规律和对扩眼器进行改进提供了一种方法和研究的基础。     

油气钻井扩眼工具研究现状及发展趋势

随着技术的不断发展完善,扩眼作业已成为解决复杂深井阻卡、改良套管程序、提高固井质量以及降低钻井成本的重要手段。结合扩眼技术的分类和特点,着重论述了国内外扩眼工具的发展历程和目前处于主导地位的双心钻头、臂式和块式扩眼器的典型结构形式,给出了提高国内扩眼器技术水平的建议。国外公司在扩眼工具领域进行了长时间的研发,形成了较为系统的理论和系列化工具,而国内在此领域起步晚,需从计算机辅助设计、应用领域拓展和数据库建设等方面进行完善,逐步缩小与国外的技术差距。     

大井径液压式扩眼器的研制与应用

中国石油化工股份有限公司承建的土耳其TuzGlü天然气地下盐丘储气库,需要将井眼由215.9mm扩至444.5mm,此类扩眼作业在国内外均属首次。在分析扩眼施工技术难点的基础上,利用先进的有限元和三维ProE软件对扩眼器进行了力学分析和优化设计,最终研制出了YK304-444.5液压式扩眼器。其结构组成和工作原理为:由本体、活塞总成、上下限位机构和切削刀翼等组成;依靠钻井液流经活塞上的喷嘴产生一定的压降,推动活塞下行张开3个扩眼刀翼,并由活塞上的支撑装置锁紧。采用新研制的扩眼器顺利地完成了UGS-6等井的扩眼施工作业,未出现工具损坏问题,扩眼后的井眼直径达到设计要求。同时还在实践中不断地完善了盐岩层的大井径扩眼作业技术,并优选出如下作业技术参数:1钻压应控制在30kN以内,以减小扩眼过程中的扭矩;2排量介于45~55L/s,转速介于60~70r/min;3在进行盐层扩眼时要求使用饱和盐水钻井液。     

单投球式液压扩眼器安放位置优选

随着液压扩眼器在渤海油田作业量的增加,为保证安全高效的进行扩眼钻进,为后续下尾管作业提供保障,需要选取更加优化的扩眼钻具组合。扩眼钻进一般都在大位移井中,井深且地层复杂,实施难度较大,频繁憋压憋扭,钻后扩眼有钻出新井眼的风险,为规避这些风险,将扩眼钻进过程中会遇到的复杂情况减小到最少,介绍了液压扩眼器在随钻扩眼、钻后正扩、钻后倒扩的优化钻具组合。     

一种新型机械式PDC随钻扩眼工具

研制了一种新型机械式PDC随钻扩眼工具,工具采用PDC扩眼刀翼、八方杆传递扭矩、浮动机械剪切锁销、锥体带动扩眼刀翼伸缩的结构方案。原理是加压剪断锁销,八方杆推动锥体下行,扩眼刀翼沿锥体表面的燕尾槽滑动伸出,进行扩眼作业,扩眼作业结束后上提钻具,锥体上行,带动扩眼刀翼缩回。现场试验结果表明,所研制的随钻扩眼工具原理正确、结构可靠,为提高完井质量、解决井下复杂情况等提供了一个新的技术手段。     

华北油田小井眼侧钻井井身结构优化研究

针对华北油田Ф139.7 mm套管开窗侧钻井井身结构有进一步优化的空间、套管外环空间隙小、油井寿命短等技术难题,优化了全裸眼段扩眼和油层段扩眼两种井身结构。介绍了双心钻头和张开式扩眼工具的结构原理、适用性及现场应用情况。同时根据华北油田套管开窗侧钻井的特点,优选了液压张开式扩眼工具进行钻后扩眼,并推荐了最佳钻具组合。     

随钻扩眼钻具组合与钻井参数优化研究

鉴于国内现有随钻扩眼系统钻具组合与钻井参数优化研究缺乏,同时考虑领眼钻头及扩眼器几何结构、地层岩石强度及钻井参数等3种影响因素的计算模型少有报道,以及扩眼系统扭矩分配比计算方法缺失等现状,通过建立模型分析了领眼钻头钻压和扭矩分配比随钻具组合、钻柱转速及地层强度的变化规律,进行了钻前不同扩眼钻具组合对比与优选以及随转扩眼...     

扩张式随钻扩眼工具技术现状与发展建议

在指出扩张式随钻扩眼工具与其他扩眼工具比较具有的技术优势之后,介绍了国外几种典型的扩张式随钻扩眼工具的结构原理、性能特点和应用情况,包括Smith公司的Rhino一体化扩眼器、Halliburton公司的XR型扩眼器、NOV公司的Anderreamer扩眼器以及Tesco公司的Un-derreamer扩眼器等,随后简要分析了国内随钻扩眼工具的技术现状,最后对国内开展扩张式随钻扩眼工具研制提出了建议。     

无线指令电控式扩眼器在山西某井应用

无线指令电控式扩眼器通过钻井液脉冲信号与钻杆钻速信号传达指令,控制扩眼器刀翼的伸缩,作业者可在任何时候打开或关闭扩眼工具,解决了传统扩眼器必须投球或下电缆的缺陷。本文自主设计的无线指令电容式扩眼器在山西某井进行扩眼试验,扩眼井段1开,扩眼尺寸8-1/2寸至9-1/2寸,此次为无线指令式电控式扩眼器首次应用,具有良好的应用效果和推广价值。     

JK215—237型随钻扩眼工具的研制

在考察国外随钻扩眼工具技术的基础上 ,研制成功JK2 15— 2 37型随钻扩眼工具。利用此工具可实现小间隙套管程序设计 ,成本低 ,安全性好 ,增大生产套管尺寸 ,有利于完井及修井作业。介绍了新型随钻扩眼工具的结构、设计要点和主要技术参数。首次采用该扩眼工具在 2 15 9mm井眼内下 177 8mm套管 ,以提高固井质量而进行扩眼作业试验。试验结果表明 ,该随钻扩眼工具结构合理 ,使用可靠 ,能满足随钻扩眼的需要 ;随钻扩眼的机械钻速与相同领眼钻头的机械钻速相当。     

随钻水力扩眼工具在渤海自营油田的成功应用

渤海自营油田QHD32-6-D29H2井Ф152.4 mm井眼下完井防砂管柱遇阻,扩眼钻进面临地层松软易产生新井眼、井壁稳定性差易发生井下复杂情况、井身结构复杂对扩眼工具强度要求高等难题。优选了可动翼液压式扩眼器进行扩眼作业,总结了一套随钻水力扩眼器使用流程和关键技术点,同时提出了钻井液性能控制技术、预防新井眼技术等关键配套技术措施,并在QHD32-6-D29H2井成功实施扩眼钻进作业,为类似随钻扩眼工具处理井下复杂情况提供了新思路,具有推广应用价值。     

南海西部高温高压探井随钻扩眼技术

南海西部海域莺- 琼盆地地温梯度大、压力系数高,在高温高压井段作业时往往需要维持较高的钻井液密度,导致安全密度窗口窄,钻井过程中易发生漏、喷同存的复杂情况。为提高高温高压井的钻井安全和效率,采用随钻扩眼技术,增加套管层次,进而为钻井作业提供良好安全窗口。以莺- 琼盆地某高温高压井钻井难点入手,分析了针对目标区域钻井难点的相应对策,并从扩眼技术适应性、扩眼工具选型、扩眼工具与领眼钻头尺寸优选、扩眼钻具振动分析、水力分析、现场技术关键等方面对随钻扩眼工艺进行分析,形成了相应的随钻扩眼工艺技术。     

大斜度小井眼随钻扩眼钻柱动力学研究

随钻扩眼钻井技术是一种能有效解决小井眼钻井难题的重要技术,但存在钻柱动力学稳定性差、扩眼效果不理想和钻速低等问题.文章针对TH-A井(φ)149.2 mm大斜度小井眼随钻扩眼至(φ)170 mm井眼作业过程,基于有限元力学分析方法,建立了适合大斜度小井眼的随钻扩眼钻柱动力学模型,采用Newmark法进行随钻扩眼有限元动力学模拟,研究BHA在小井眼中的运动状态,分析钻柱各关键位置处扭转角速度、扭矩、等效应力、井口轴向力及扭矩的时间响应.模拟结果与实测吻合较好,为研究随钻扩眼钻柱的振动特性,优化随钻扩眼措施提供了理论支持.     

液压扩眼器喷嘴及扩眼方式优选方法

随钻扩眼中扩眼器喷嘴尺寸、钻头喷嘴尺寸及扩眼方式的选择对扩眼作业的成败有非常重要的影响,不合适的喷嘴尺寸会导致水马力不足、扩眼器刀翼不能有效张开、返屑不好等种种问题,不合理的扩眼方式会导致作业难度增加,甚至失败。本文探讨了不同扩眼方式的优缺点并对扩眼器喷嘴尺寸、钻头喷嘴尺寸的选择依据及计算方法做了介绍。     

随钻扩眼器扩眼机构流场分析与优化设计

扩眼机构是射频识别控制随钻扩眼器的关键部件之一,其结构与性能关系着随钻扩眼器的成败。为此,优化设计了扩眼器短节,研制出具有自锁功能、可回收双台阶刀翼的扩眼器。该扩眼器的止推台阶可保证刀翼完全张开,后自锁台阶使刀翼自锁;采用三刀翼布局,合适的刀翼布齿方式、布齿密度及保径齿数量可保持扩眼井段井眼扩大率。现场应用结果表明:RFID随钻扩眼器扩眼井径达到设计要求,射频识别标签读取正常;既具备常规随钻扩眼作业连续性、快速性的特点,又可根据需要控制扩眼器多次开闭;可以在管柱中集成多个扩眼器,并按照设计程序控制各扩眼器刀翼的收放,实现复合扩眼作业。该扩眼器操作简单可靠,具有广阔的推广应用前景。     

随钻扩眼工具的动力学仿真研究

为了解随钻扩眼工具在井眼内的运动状态和受力情况,促进钻井工具的优化设计和更合理的应用,对随钻扩眼工具在井眼内的运动进行了研究,给出了基于拉格朗日方程的动力学分析方法;基于法向接触约束的惩罚准则,计算了扩眼刀翼与岩石之间的接触力,对随钻扩眼工具在井眼内的运动过程和动力响应进行了动力学仿真研究。仿真结果表明,随着随钻扩眼工具轴心偏离井眼轴心距离的增大,或扩眼刀翼数量的减少,所扩井眼的实际可通过半径逐渐减小,扩眼刀翼与井壁的最大接触力则逐渐增大,据仿真结果给出了实际可用的建议。研究结果与相关试验规律吻合较好,说明该分析方法是有效的。研究结果对多翼肋型石油钻井工具的设计和应用具有普遍的指导意义。     

双扩眼器井底小井眼消除技术

双扩眼器井底小井眼消除技术是一种高效的随钻扩眼技术,钻进过程中不仅可使用MWD/LWD仪器高质量地测量底部井眼的井斜参数以及电阻率、伽马、密度等地质参数,而且钻进结束后可直接下入较大尺寸的尾管,无需额外的扩眼施工,从而缩短施工时间,节约成本。介绍了Rhino RHE井底小井眼消除系统的组成及Ro D工具的工作原理,阐述了双扩眼器井底小井眼消除技术在墨西哥湾深水环境下的应用效果,并指出施工前要进行Ro D工具安放位置对BHA方位趋势变化的影响、Ro D工具的意外开启和关闭以及水力学模拟分析,这样有助于提高作业成功率。最后建议加强与Ro D工具和Rhino RHE系统功能类似的扩眼器及扩眼技术的研发。