空气钻井井斜机理研究

近年来,空气钻井技术在国内外的应用越来越广泛,但实钻结果表明,其井斜难以控制已经在一定程度上影响了此项技术的推广应用.结合我国近年来空气钻井的现场资料,系统地总结了空气钻井井斜的特点,分析了钻井液和空气两种循环介质对钻头侧向力和钻头转角的影响规律,同时阐述了卸荷效应对地层造斜力的影响,并在此基础上提出防斜措施.     

准噶尔盆地石炭系地层防斜打快技术

准噶尔盆地深部石炭系地层勘探潜力巨大.前期钻探实践表明,石炭系地层地质条件极其复杂、岩石可钻性差、井斜问题突出等因素严重影响了钻井速度、增加了井下风险,为了加快石炭系地层的勘探开发进程,开展了防斜打快技术研究.首先分析了石炭系地层防斜打快技术难点及井斜原因,通过开展气体钻井、“孕镶金刚石钻头+涡轮钻具”复合钻井以及自动垂直钻井等提速技术的优势及适应性分析,指出它们是目前解决石炭系地层防斜打快问题的3种有效钻井技术;通过利用“井斜趋势角”指标对塔式钻具、单稳定器和双稳定器钟摆钻具等3种常用防斜钻具组合的降斜能力对比分析,3种防斜钻具的降斜能力均随钻压增大而显著降低,并且当钻压较大时,单稳定器钟摆钻具的防斜能力较强,当钻压较小时以双稳定器钟摆钻具的降斜能力为最佳,对于今后石炭系地层的防斜打快施工具有一定指导意义.     

石灰岩地层PDC钻头仿生PDC齿工作角优化试验研究

在仿生耦合理论的指导下,根据贝壳的表面非光滑的结构特性设计研制一种仿生PDC齿。设计PDC钻头时,主要考虑切削齿的后倾角与侧转角,二者对钻头碎岩效率有重要影响。通过理论分析仿生PDC齿在钻头的最优安装角度,并通过钻进试验来优选仿生PDC齿在钻进石灰岩的最优安装角度。试验结果表明:在相同的转速、钻压的条件下,切削齿后倾角为20°、侧转角为0°时,钻头钻速最快。此试验结果可以为石灰岩地层用PDC钻头的设计提供参考依据。     

锚杆PDC钻头主要几何参数的优化研究

PDC锚杆钻头因直径小和独特的布齿方式,对其强度有着更高的要求,而切削齿的齿前角和侧转角对其强度影响显著,且工作角对切削齿的切削效率和工作性能有着重要的影响。因而确定合理的齿前角和侧转角是钻头设计中至关重要的环节。在ANSYS下,建立了钻头的参数化模型,从不同应用方面考虑,对切削齿的齿前角、侧转角做了优化分析,得出了不同使用条件下的最优值,为钻头的合理设计提供了理论依据。     

螺杆钻具组合三维力学特性分析及应用

用螺杆钻具组合实施煤矿工程孔定向钻进时,钻头侧向力是其主要力学特性。建立了适用于上弯式螺杆钻具组合和下弯式螺杆钻具组合的三维小挠度静力学分析数学模型,并对影响上弯式螺杆钻具侧向力的主要参数(钻压、顶角、弯接头角度、装置角等)作了定量分析;对比分析了上弯式和下弯式螺杆钻具组合的造斜能力。分析所得的螺杆钻具组合主要力学特性结果,对煤矿工程孔定向钻进设计和施工具有一定的参考价值和指导意义。     

煤矿近水平定向钻进钻头侧向力计算与分析

 运用纵横弯曲梁理论建立了近水平定向钻进竖直剖面上钻头侧向力的计算模型,找出了侧向力的影响因素。运用二分法对计算模型进行求解,并对求解结果进行分析,获得了各影响因素与侧向力的关系曲线,为合理选择钻孔参数,综合控制竖直剖面钻孔轨迹提供了理论基础。     

煤矿井下复合定向钻井技术井斜控制特性分析

由于滑动定向钻井技术在煤炭定向钻井时存在钻进效率低、安全性差等问题,介绍了复合定向钻进技术,该技术采用定向钻机与螺杆钻具同时驱动钻头旋转,以实现高效钻进。由于钻机与螺杆同时转动,前人研究的螺杆控制井斜的力学特性结论不再完全符合现场施工结果。考虑了钻机转动时底部钻具组合受力特征,分析钻机转速、螺杆弯角、螺杆稳定器的安放位置以及上稳定器的安放位置对钻头侧向力的影响规律,从而指导复合定向钻井时现场施工作业,优化钻井参数,提高井眼轨迹控制的精度。     

青西地区优快钻井技术研究与应用

针对青西地区存在的地层岩性不均、可钻性差、井漏、井塌、井斜难以控制等钻井技术难点，在大量的室内实验分析与研究的基础上，通过井身结构优化设计技术、地层岩石可钻性剖面的建立与钻头优化选型技术、PDC钻头个性化设计与使用技术、钻井液类型优选及其井壁稳定性技术的成功试验应用，钻井速度大幅度提高，钻井周期明显缩短，实现了青西地区优快钻井的目标。     

单弯螺杆造斜能力预测和现场数据验证

造斜率预测是井眼轨迹控制技术的基础和重要组成部分,利用几何相似原理对具有初始结构弯角的梁柱进行了等效处理,综合考虑井眼几何参数(井斜角、井眼曲率)、钻具组合结构参数(弯角、稳定器直径和位置等)、钻井参数(钻压)等各种影响因素,运用纵横弯曲法建立单弯螺杆力学模型。以单弯螺杆单稳器钻具组合为例,分析了螺杆弯角、井眼曲率、钻压、稳定器直径等参数对侧向力和极限造斜率的影响。结合须家河组地层的特点,运用极限曲率法计算了造斜率,并结合现场数据对模型进行了验证,指导钻具组合设计。     

坚硬“打滑”地层孕镶金刚石钻头设计与选用

坚硬"打滑"地层钻进一直是钻进工作的一项难题,深入分析了钻进碎岩机理,确定影响钻进速度的因素,进而提出钻头设计应考虑的因素,并通过野外试验验证了所提观点.     

胜利油田东辛地区盐22区块钻井技术实践与认识

盐22区块位于济阳坳陷东营凹陷北部陡坡带东段,是胜利油田近年开始开发的深层油藏.上部地层松软,沙河街组地层容易出现掉块,沙四段上部存在大倾角地层极易发生井斜,下部为大段高纯度的砂砾岩体,具有极高的研磨性.上部地层采用HAT127 PDC的钻头组合,下部地层采用有保径齿的牙轮钻头,大倾角层段轻压吊打控制井斜,选用抗高温高压的聚合物钻井液体系,取得了很好的效果.     

常规双稳钻具组合稳斜性能的分析与优化

在盐膏层内的稳斜段钻进需要使用很高的钻井液密度,这大大缩短了马达的使用寿命,因此需要设计一套用于稳斜的常规钻具组合。根据底部钻具组合的静力学分析模型,编制了相应的计算机程序,模拟计算了底部钻具组合结构参数和钻压对常规双稳钻具组合稳斜能力的影响规律。结果表明:第一稳定器外径不可以过小,否则将在井眼中处于悬空状态,失去支撑井壁的作用;钻头井斜力会随着第二稳定器外径的减小而减小;钻压对钻头井斜力影响很小。应用上述模拟计算结果,对用于在盐膏层内稳斜钻进的常规双稳钻具组合进行了优化设计。研究结果可为今后底部钻具组合的优化设计提供参考。     

考虑井帮收敛的深井冻结壁塑性设计研究

合理的冻结壁设计是冻结法成功的前提。为了研究井帮位移收敛量对冻结壁厚度设计的影响，采用柱形孔收缩理论，推导出塑性冻结壁和弹塑性未冻地层力学模型的应力、位移完全形式解，建立冻结壁厚度塑性计算公式；采用两种计算公式和数值模拟方法研究工程案例，并验证新公式的正确性；分析了水平地压、冻土的黏聚力与内摩擦角、未冻土的弹性模量与泊松比、未冻土的黏聚力与内摩擦角等参数对井帮变形和冻结壁厚度的影响规律。结果表明：对于完全塑性冻结壁、弹性地层力学模型，考虑井帮位移收敛影响与否，800 m深处冻结壁厚度相差约8.6%,井帮变形量约0.17;在预测千米表土立井井帮变形方面，新计算式具有一定的理论意义与实用价值。     

一种防斜打快钻井技术的提速机制及实践

大倾角地层防斜打快、提高成井质量是迫切需要解决的技术难题。预弯曲动力学防斜打快钻井技术利用特定弯角结构有效控制底部钻具组合(BHA-Bottom Hole Assembly)的变形和涡动,在钻头上形成远大于钟摆BHA降斜力的防斜力,从而使井眼保持垂直。现有研究中,主要采用静力学和准动力学方法,重点关注BHA的防斜效果,将提速作用归功于钻压提高,但对防斜打快提速内在机制缺乏深入研究。对预弯防斜打快BHA通用动力学模型进行了求解,明确了预弯防斜打快BHA的钻头动态侧向力,探讨了涡动诱致的动态轴向力特征,揭示了预弯防斜打快BHA的防斜打快提速机制。动力学分析结果表明,预弯防斜打快BHA在井底表现为较稳定的前向涡动,静态钻压的增加和涡动诱致动态不均匀轴向载荷的联合作用有利于防斜打快,现场应用取得良好效果。     

华北JX井Ф215.9mm井眼“一趟钻”钻井关键技术

针对华北油田JX井二开Ф215.9mm井眼钻井轨迹控制难度大、摩阻扭矩大、井眼清洁困难、地层岩性变化大、易垮塌、漏失等难题,在使用Landmark软件计算井下岩屑床分布、不同钻具组合形式下钻头侧向力的基础上,通过开展水力振荡器、井眼清洁工具应用,进行钻头优选,优化钻具组合、钻井参数,以及聚合物钻井液配合新型防塌、防漏、润滑剂等技术,实现一趟钻钻进馆陶组、东营组、沙河街组地层,进尺1883m,机械钻速达20.25m/h,事故复杂率为零,多项技术指标明显优于区块同类型井。JX井二开"一趟钻"钻井技术的成功实施,为华北油田束鹿凹陷提质高效开发提供借鉴意义,为复杂井眼轨迹、多组地层井段实施"一趟钻"钻井技术提供了经验。     

川南页岩气平台井组浅层预增斜轨道优化技术

川南页岩气示范区受地理条件限制,主要采用小井距三维丛式水平井开发。上部地层倾角大,井间距离小,防碰问题突出,石牛栏组地层可钻性差,定向钻速慢。针对存在的技术难题,开展了平台井组轨道优化设计研究,基于浅层预增斜防碰方法,分析了不同预增井斜角下邻井的防碰安全距离、地层自然造斜特性对下部轨迹控制的影响,综合考虑地层特点和施工措施优化了剖面设计的相关参数,形成了"直—微增—稳—增—平"预增斜轨道优化设计方案。预增斜轨道优化技术在川南长宁X-5井进行了应用,有效降低了直井段防碰难度,提高了石牛栏组机械钻速,实现了小井距丛式水平井井眼轨迹的高效控制。研究结果可为其他地区丛式井轨道优化提供技术参考。     

大直径钻头体厚翼片扩孔钻头的使用效果

大直径钻头体厚翼片扩孔钻头的使用效果黄宝玉（吉林省地质工程勘察院公主岭１３６１０５）多年来，我们在第四系、第三系和白至系地层进行水文水井钻探施工中，都采用小径取心钻进，大径逐级扩孔的方法。扩孔使用的钻头多为直镶或斜镶的四翼与三翼刮刀钻头。水文水井钻孔...     

胜利油田桩西地区浅层定向井钻井液工艺技术

针对桩斜145井的"直-增-稳-降-稳"五段制井身结构,以及钻遇地层(平原组、明化镇组、馆陶组、东营组)的地层特点,确定桩斜145井使用"强抑制性润滑钻井液体系".钻井中由于亚微米级固相颗粒迅速增加,引起钻井液粘切容易迅速上升,滞流层厚度增加,造成井眼清洁度变差,钻具包角增大,钻具摩阻迅速上升等一系列难题.通过有效的技术措施的实施,较好地解决钻具摩阻上升的难题.从而使浅层定向井钻井液工艺技术更进一步.     

动力学防斜打直理论研究及实践应用

在钻井过程中,如何有效地控制钻头的钻进方向,既保证井眼轨迹在设计范围内,是一个关键性技术问题,所谓防斜打直技术,就是在充分认识地层诸种因素的影响基上,采用合理的措施,专门的工具和仪器,保证井身轨迹控制目标的实现.提出动力法基于下部钻具保持涡动状态,增大综合因素的条件,通过现场的实践应用,达到防斜打直的目的.     

利用地震资料预测大北地区岩石力学特性参数

地层岩石力学特性参数(岩石抗压强度、三轴强度、抗剪强度、抗拉强度、泊松比、弹性系数、内摩察角等)是钻井工程设计、钻头设计及优选的基础.通过分析对比地层岩石力学特性参数预测方法的基础上,探讨了岩石力学特性参数与地震资料的关系,开展了利用地震资料来预测岩石力学特性参数的研究,结果表明,利用地震资料来预测岩石力学特性参数进而开展钻井工程设计、钻头设计及优选的方法,可以克服室内实验法难以全面反映不均质地层岩石力学特性参数的变化的许多不足,以及受岩心资料的限制,在岩性变化大的区域测得的数据可能缺乏对比性,研究也表明用测井资料评价岩石力学特性,属于钻后分析,并不能指导当前井的钻进,尤其对新探区,更增加了钻井的盲目性、危险性,甚至会造成钻井事故和巨大的经济损失.