乐东221气田A14H井表层定向及扩眼钻井技术

为解决南海莺歌海盆地乐东 22-1 气田表层松软地层定向造斜扩眼钻进困难、邻井相碰及易产生新井眼等钻井工程技术难题,提出了一种先钻小尺寸领眼,再用新型三级固定翼扩眼器定向扩眼,然后下入套管的海洋表层钻井技术.结合随钻测量仪和电子陀螺测斜仪钻进乐东 22-1 气田A14H井表层时,先用φ250.8 mm钻具定向造斜、钻小领眼,再用φ254.1 mm×φ349.3 mm×φ444.5 mm新型扩眼器将领眼定向扩眼至φ444.5 mm,下入φ339.7 mm表层套管并固井.现场应用表明,该技术解决了丛式井表层防碰难题,保障了疏松地层的造斜钻进效果,防止了钻井中扩眼钻具对领眼井造斜效果的不利影响,对后续类似井的钻井具有一定的借鉴价值.      

钻具组合对扩眼器振动的影响

已有研究表明扩眼器的横向振动是引起扩眼钻具失效的主要原因,而合理的扩眼器与领眼钻头的钻压分配与井下钻具组合则可以改善扩眼器的横向振动。以前在计算钻头与扩眼器的钻压比时常采用几何面积法,但这种方法影响因素单一。在PDC单齿受力模型的基础上,通过求出每个齿的受力,进而求出领眼钻头和扩眼器所受的钻压,再求得钻压比; 通过有限元仿真,分析了钻具组合对扩眼器振动的影响。结果表明:领扩眼钻具间的距离对扩眼器的振动有一定的影响,适当的距离可以有效降低扩眼器钻进时振动强度; 在本文工况下,领扩眼钻具间钻铤数量为2根时振动最小; 稳定器数量的增加可以减缓扩眼器的振动强度。研究结果可为随钻扩眼作业的提速提效给予技术支持。     

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。     

静态推靠式旋转导向控制模型与造斜率预测方法

推靠式旋转导向工具的防斜、稳斜能力强,能基本满足复杂地层安全高效钻进的需要,但目前的造斜率预测方法没有考虑推靠块控制方式及钻进过程的影响,存在造斜率预测精度低的问题。为此,考虑导向工具的结构特性,建立了静态推靠式旋转导向控制模型,给出了可靠的导向力控制方案,利用下部钻具组合力学模型及钻头–地层相互作用模型,得到了基于零侧向钻速条件下的造斜率预测模型,并引入折算系数对造斜率预测结果进行了修正。实例计算及敏感性分析结果表明,该方法预测精度高,能够满足井眼轨迹精确控制的需要;导向合力、钻压、钻头与稳定器的距离对推靠式旋转导向工具的造斜能力影响显著,现场施工时为了充分发挥导向合力的作用,要适当减小钻头与稳定器的距离、降低钻压,以提高旋转导向工具的造斜能力。研究结果为旋转导向钻具组合优选、钻井参数优化等提供了理论依据。     

液力井斜控制-减振-推进器

为便于控制井眼轨道、延长钻具的使用寿命和简化钻进操作，提出了液力井斜控制－减振－推进器，该钻具具有井斜控制、减振和推进三大功能。通过调节钻压与泵压的关系，工具可实现伸出和缩进，从而调节稳定器之间和稳定器与钻头之间的距离，改变钻具组合的造斜特性，达到不起下钻就可改变下部钻具造斜特性的目的。此外，在钻进时还可根据需要，通过钻具的液力推进功能使钻头钻进，而不必由地面连续送钻。在此过程中，钻头的纵向振动主要传递给钻井液，而传递到上部钻具的纵向振动很小，具有良好的减振作用。     

近钻头冲击器对定向钻进中造斜率的影响规律

近钻头冲击器是一种连接在螺杆与钻头之间的冲击型钻井提速工具,但是目前此类工具在定向过程中对造斜率的影响规律尚不清楚.为此,采用三点定圆法和等效梁柱法,分别计算定向钻具组合(BHA)的理论造斜率和钻头侧向力,研究有、无近钻头冲击器两种工况下侧向力和造斜率的变化规律,得出如下结论:近钻头冲击器增加了下部稳定器与钻头的距离,...     

南川地区复杂储层水平井大弯角螺杆提速技术

南川地区页岩气长水平段钻进时轨迹需要频繁调整,1.25°螺杆钻具造斜率不满足地质快速追层的要求,钻进时摩阻扭矩大,导致机械钻速低.利用管柱力学理论对底部钻具组合造斜特性和摩阻进行计算分析,螺杆弯角角度、近钻头稳定器尺寸以及钻井参数等为高造斜率和高机械钻速关键因素.优化选用无近钻头稳定器的1.50°大弯角螺杆钻具组合和1...     

扩眼型稳定器的设计及防斜性能分析

直井钻井过程中的井斜问题一直没有较好的解决,传统的方法效率低下,而先进的自动垂钻工具成本又过高。对双稳钻具组合的力学性能进行了分析,通过设计具有切削功能的扩眼稳定器,并优化各稳定器的位置,提出了带有扩眼稳定器的双稳防斜钻具组合。经过试验测试,设计的扩眼稳定器在扩眼钻进过程中运行良好。理论分析表明,这种由小钻头、扩眼稳定器以及普通稳定器组成的扩眼稳定器防斜组合利用弯矩降斜原理,可以产生比常规钟摆钻具组合大数倍的降斜力,因此可以在较大钻压下达到防斜打快的目的。     

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。     

胜利油田随钻扩眼工具及其应用

针对胜利油田井身结构不合理、固井环空间隙小、盐膏层地层安全钻进等技术难题，研发了4种适应于不同复杂情况的随钻扩眼工具:SJK系列机械式扩眼工具、SPK双心式随钻扩眼工具、SYK系列压差式随钻扩眼工具、YK系列液压式扩眼工具。介绍了各种扩眼工具的结构原理、特点及其现场应用情况，分析了不同井况下随钻扩眼钻进时的钻具组合方案，提出了各种复杂井况下适宜的随钻扩眼工具及最佳钻具组合。现场应用表明，这4种随钻扩眼工具能够取得较好的应用效果。     

新疆油田呼探1井随钻扩眼钻具组合优选与实践

准噶尔盆地南缘深探井属于山前构造,地层倾角大、油层埋深深,普遍采用五开非标井身结构设计.在四开井段的随钻扩眼施工时,需考虑钻具组合的防斜性能.采用纵横弯曲法对随钻扩眼钻具组合力学分析模型进行求解,以钻头侧向力和钻头转角为指标评价变井斜率大小.理论分析表明:双心钻头配合钟摆钻具组合能够在随钻扩眼中起到防斜打快效果,随着扶...     

液压式套管扶正器在侧钻水平井中的应用

常规侧钻水平井造斜段及水平段完井管柱居中困难,导致固井水泥环厚度不均,质量较差,易发生出水、出砂等问题,进而致使侧钻水平井生产寿命较短,严重影响了单井产量。现场多使用扶正器来提高套管居中度,但是常规扶正器存在扶正效果差、破坏井壁等问题,为此研制了液压式套管扶正器。该工具原始外径小、下入安全,膨胀后外径大、扶正能力强,能够极大地提高侧钻水平井完井管柱的居中程度,改善固井质量,延长侧钻水平井的生产寿命,提高产量和效益。该类扶正器现场应用简便,不影响正常的施工程序,在辽河和冀东油田进行了多口井的现场应用,效果显著。     

井眼轨迹连续控制钻井技术研究与应用

为提高井眼轨迹的控制能力,缩短钻井周期,节约钻井成本,从井眼轨迹连续控制钻井技术原理和钻具组合2个方面进行了研究,实现了通过采用高效优质钻头配合单弯螺杆造斜钻具,并根据钻具结构的受力分析情况和施工技术要求,合理优选单弯螺杆的弯曲度数及上下稳定器的尺寸,匹配合适的钻井参数,仅一套钻具结构依次完成直井段、造斜段、稳斜段、降斜段等全井段的井眼轨迹控制过程的钻井技术方法。并通过实例分析,证明应用该技术可大幅度地提高钻井效率,可进一步推广应用。     

深井小井眼定向随钻扩孔技术研究与应用

深井小井眼斜井段钻后扩孔存在扭矩大、工具易折断、周期长、扩孔效果差等技术难题,为此,开展了定向随钻扩孔研究与试验。在分析国内外主要扩孔工具的特点和现场应用效果的基础上,优选CSDR型双心钻头作为扩孔工具,配套475K4570型可调式单弯螺杆钻具为其提供动力。根据水功率合理分配原则,优化了钻头喷嘴组合和水力参数,在THA井进行了现场试验。THA井一趟钻钻进153 m,成功实现了井斜14.13°~42.50°段内的定向随钻扩孔,作业段井眼轨迹平滑,平均全角变化率5.554°/30m,平均井径173.99 mm,作业周期较设计周期缩短50%。现场试验表明,双心钻头配合螺杆动力钻具可以实现深井小井眼大斜度段的定向随钻扩孔作业,扩孔效果好,作业周期短,是进行斜井段扩孔作业的有效技术手段。      

偏心扩眼器在中石油尼日尔项目首次应用

中石油尼日尔项目是西非“一带一路”建设的重点地区，Sokor泥岩地层、低速泥岩地层泥页岩发育，蒙脱石含量为11.24％，易水化膨胀导致井壁稳定性差（以缩径为主）、套管遇阻严重、电测工具下放不畅、事故复杂处理时间长，截止2020年底，遇阻遇卡共计73口井（占 29.4％），平均单井损失时间67.5 ｈ，严重影响钻井周期。针对尼日尔项目缩径难题，优选微扩眼器形成随钻扩眼钻具组合，分别在尼日尔Gololo, Dibeilla 和Koulele三个区块的4 口定向井进行偏心扩眼器随钻扩眼技术先导性试验。现场试验效果表明，试验井测井作业时在定向段没有遇阻遇卡点，偏心扩眼器可有效提高井眼扩大率 （平均井径扩大率由6.13 ％ ～10.43％ 提 高 至 12.35％ ～14.82％），同时可以破坏定向井段微狗腿和微台阶，从而减小测井及完井下套管作业阻卡风险。     

射孔对煤层扩孔段地应力分布影响的分析

在煤层扩孔时由于扩径比过大,扩径钻井时钻具工作扭矩相应也会很大,扩孔钻井工艺实现困难。为此提出了在扩孔前期利用射孔工具在煤岩中先进行射孔的方法,改变目的层煤岩应力,降低煤岩剪切强度,最终达到减小钻头切削接触力,降低钻头工作扭矩,提高钻井效率的目的。建立了煤层扩孔段有限元模型,给出了无射孔时煤层扩孔段井眼的应力分布,同时就煤层扩孔段布孔方案对井眼地应力分布的影响进行了研究。通过不同射孔方案对地应力的影响来确定最终优化的布孔方案。     

随钻扩眼工具及技术研究

基于随钻扩眼技术优势的分析，研究了机械式、液压式和偏心式随钻扩眼工具执行机构和扩眼总成的机构原理，并介绍了国内所开展的相关研究。文章提出应加强现有工具的适应性和匹配性研究，发掘各类工具的优势。优化执行机构、扩眼总成和水力机构、重视底部钻具组合力学特性的分析是今后发展和完善随钻扩眼工具及技术的几个重要内容。实践表明，随钻扩眼技术在处理井下复杂情况、降低钻井综合成本、提高钻井速度、提高建井质量和安全性等方面具有显著的优势，随钻扩眼工具也正逐渐成为一种重要的石油钻井配套工具。     

页岩气井固井套管居中与下入能力研究

在对井筒内管柱受力状态进行科学分析的基础上,建立了长水平段和造斜段套管居中度分析模型,对扶正器的选择和安放间距进行了设计。采用有限元法对FYHFl井及MYHFl井扶正器选择方案和下入方案现场应用效果进行分析,分析结果表明,在井况许可的条件下,水平段应采用API标准扶正器,且每根套管加装1只扶正器,以保证套管的居中度和固井质量;选择合适的扶正器、设置合理的间距能有效减小套管下入阻力,同时明显增强套管串刚度;套管居中度对采用油基钻井液的页岩气水平井固井质量影响明显,套管居中度应该控制在67%以上,并严格控制套管贴边,以免影响水泥环均匀性和压裂效果。     

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。