普光3井防斜打直技术

普光3井上部地层属于高陡构造,地层倾角大,极易发生井斜,地层可钻性差,憋跳钻严重,防斜打直是上部地层施工的难点。该井在施工过程中应用了钟摆钻具组合、大尺寸钻铤组成的塔式钻具组合和螺杆钻具组合。应用效果表明,钟摆钻具组合在表层钻进时,防斜打直要求钻压很小,因此制约了钻井速度;大尺寸钻铤塔式钻具组合防斜效果较好,匹配合适的钻井参数并优选钻头,则能有效提高钻井速度;螺杆扭方位钻具组合是一种较积极的防斜打直措施,有必要进一步探索。     

普光3井防斜打直技术

普光3井上部地层属于高陡构造,地层倾角大,极易发生井斜,地层可钻性差,蹩跳钻严重,上部地层防斜打直是施工的难点。该井在施工过程中应用了钟摆钻具组合、大直径钻铤组成的塔式钻具组合和螺杆钻具组合。应 用效果表明,钟摆钻具组合在表层钻进时,要防斜打直要求钻压很小,这样制约了钻井速度;大直径钻铤塔式钻具组合防斜效果较好,且匹配好合适的钻井参数并优选好钻头,能有效提高钻井速度;上螺杆扭方位钻具组合是一种较积极的防斜打直措施,有必要进一步探索。     

缅甸D区块二开井段防斜钻具组合优选

缅甸D区块处于高陡构造,上部地层的地层倾角大,地层软硬交互频繁,在二开钻进过程中井斜角难以控制,随井深增加呈增大趋势。在分析常用防斜钻具组合（塔式钻具组合、钟摆钻具组合、刚性满眼钻具组合)的降斜能力及特点的基础上,结合缅甸D区块二开井段的地层特征,优选出塔式钻具组合做为钻进该区块二开井段的钻具组合。现场应用表明,该区块二开井段采用“PDC钻头+塔式钻具组合”或“PDC钻头+螺杆钻具”钻进,均能实现防斜打快的目的。建议在缅甸D区块二开井段推广应用“PDC钻头+塔式钻具组合”或“PDC钻头+螺杆”的钻具组合,以实现防斜打快、提高勘探开发进度的目的。      

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随着油气田勘探开发工作的不断深入，所钻遇的地层构造越来越复杂，对地质中靶的要求也越来超高，特别是高陡构造的防斜打快问题更是钻井技术小的难点和重点。传统的满眼钻具组合和钟摆钻具组合只是以钻具侧向力作为井斜控制的理论依据，具有较大的局限性。发展中的偏心钻具、偏轴钻具、柔性钻具、反钟摆钻具、导向钻具等防斜技术，在有效地控制钻具侧向力的基础上，增强了钻柱的公转效应，削弱了钻头倾角的增斜作用，可以较好地控制井斜、提高机械钻速。但是，钻具组合的内在力学性质决定了它们仍然没有抵抗地层造斜力的功能，因此对于高陡构造和强造斜地层，其井斜控制效果仍难以得到充分的保证。要从根本上解决防斜打快问题，除了有效地控制钻具侧向力和钻头倾角之外，还必须具有足够的抵抗地层造斜力的能力。只有同时考虑这三方面的因素，并使之相互协调，才能真正地解决高陡构造和强造斜地层的防斜打快问题。     

川东北地区陆相地层防斜打快技术

川东北地区气藏受多期地质构造运动和沉积条件的影响,其大部分地层为复杂小褶皱高陡构造,特别是陆相地层普遍为大倾角地层,其岩性变化大且自然造斜能力较强,因此在该地层钻井时的井斜问题十分突出,给钻头选型以及防斜钻具组合的应用增加了难度。基于此,分析了川东北地区影响防斜打快的地质和工程因素,推荐了大尺寸钻铤钻具组合、垂直钻井系统技术以及空气锤钻井等技术方案,并通过各方案应用效果的分析和评价,综合利用以上钻井技术在防斜打快中的优势,有效地解决了在该地区施工中陆相地层井斜控制和提速之间的矛盾。加快了川东北地区的勘探步伐。     

深井、超深井和复杂结构井垂直钻井技术

垂直钻井是当今世界性钻井难题之一，它具有减少套管层次和套管尺寸、提高机械钻速、减少钻柱事故的优点。常用的塔式钻具、钟摆钻具、满眼钻具、偏轴钻具、压不弯钻铤、铰接钻具和旋冲钻具等均属于被动防斜技术，不能满足深井、超深井和复杂结构井直井段垂直钻井的要求，尤其不能满足在高陡构造与大倾角等易斜地层和自然造斜能力强的条件下钻垂直井的要求。近10年来发展的旋转导向钻井技术及工具，在一定程度上解决了垂直钻井所遇到的问题，也是当前解决垂直钻井这一世界性难题最有效的技术方案。重点介绍了以PowerV为代表的旋转导向自动闭环钻井系统的结构及现场应用情况。     

普光1井防斜打直技术

普光1井直井段钻遇的沙溪庙组地层砂泥岩互层多、地层倾角大、地层各向异性突出，极易发生井斜，为此，在钻进过程中应用塔式钟摆、柔性钟摆、偏轴钻具和动力钻具组合进行防斜打直，使该井直井段井斜得到有效控制，为后续钻进作业奠定了良好的基础，也对该地区钻井施工中井斜的控制有一定的参考价值。     

钟摆钻具带液力推力器组合提高大倾角地层钻井速度试验

川东高陡构造上部地层倾角一般在30°~50°，最高达85°，在上部大倾角地层中钻进极易出现井斜，即使采用钟摆钻具组合，钻压也只有平缓地层的30%~50%，钻井速度较低。钟摆钻具带液力推力器组合由于钻头加压方式的改变和钟摆力的存在，具有较强的防斜作用。大倾角地层试验表明该组合可较大程度提高钻压，达到有效控制井斜和提高钻井速度的目的。已在苟西4、天东80等井上部大倾角地层试验，钻压较邻井同井段提高30%~50%，较大地提高了机械钻速。     

缅甸D区块高陡构造地层自然漂移规律研究及应用

缅甸D区块高陡构造一直给钻井施工带来诸多影响,井斜控制困难和井壁失稳是此区块钻井过程中的主要矛盾。对本区块已钻井Patolon-1井的测井、录井资料以及地层倾向、倾角进行较为详细的统计分析,研究了缅甸D区块高陡构造的地层自然漂移规律,并对Yagyi-1井的井位优化进行了大胆调整。并根据实际情况,对高陡构造地层特性和钻井特点进行了深入的研究,对Yagyi-1井的钻具组合以及优快钻井措施进行了优化。实际结果表明,Yagyi-1井的井口位置调整是成功的,根据地层可钻性优选了PDC钻头,实施了有针对性的防斜打快技术措施,在二开井段平均机械钻速达到了5．93m／h;而且控制井斜效果明显;摸索出了适合缅甸D区块高陡构造的防斜打快技术措施,解决了困扰缅甸D区块高陡构造井斜控制困难、机械钻速低的矛盾。     

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新疆油田霍10井区大倾角构造由于地层倾角大、地层各向异性强、地层自然造斜性强、井身质量差和机械钻速低是该地区钻井工程突出的问题。文章从理论上探讨了地层自然造斜力、钻具组合对井身质量的影响，针对霍10井区高陡大倾角构造的地质特征，分析研究了可用于该研究区域的防斜打快的方法和技术，对霍10井区防斜打快具有一定的指导作用。     

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小眼井钻井、大斜度井和水平井钻井数量越来越多。在这类井中如何有效地向钻头施加钻压就成为人们普遍关注的问题。在转盘钻井和井下动力钻具钻井中一般都是靠钻柱重量向钻头施加钻压的。然而，在大斜度井和水平井钻井中，这种传统的加压方法存在一些缺陷：①由于钻柱重力在井眼方向的分量小或近似为零，很难满足预先设计的钻压；②由于钻柱自重对井壁的正压力大，因此增大管柱摩阻和转盘功率损失。摩阻问题又是制约大斜度井和水平井发展的重要因素之一。为此，研制了一种新型的利用钻井液压力为动力的加压装置———水力加压器。它可以平稳地对钻头施加钻压，可以减少钻头的振动传向水力加压器以上钻柱，减少钻铤和钻杆的疲劳破坏，可提高钻柱和钻头的使用寿命，降低钻井成本。现场试验表明其可靠性、安全性高，不仅能有效地解决大斜度井、水平井中钻压不易施加的问题，而且能较好地改变钻具受力。     

定向滑动钻进控制新方法研究

在用螺杆钻具进行定向钻井时,由于井眼摩阻大,常导致工具面调整困难和滑动钻进托压。针对该问题,研究了有效结合了顶驱可编程控制器和传感器的滑动钻进控制新方法。首先,分析研究了钻具滑动前后摩擦力的变化规律和控制扭矩旋转钻具减小井眼摩阻的方法。然后,通过5个传感器的实时数据采集,依据现场技术人员的经验和操作方法,将其转换为计算机可以执行的控制程序,建立了以可编程控制器为核心的人机控制界面,用可编程控制器计算了调整工具面所需的旋转角度,并将工具面准确调整到设计的角度;根据大钩悬重和压差Δp判断是否出现托压,出现托压时用可编程控制器计算不改变工具面的旋转扭矩,以计算的扭矩为限值左右旋转钻具减小井眼摩阻,直到压差Δp0,解决滑动托压。相关应用表明,新方法能大幅减小井眼摩阻,提高机械钻速,是目前螺杆钻具滑动钻进中最有效的控制方法。      

气体钻井钻具组合瞬态动力学特性初探

钻柱转动时切向摩擦力会引起钻柱侧向位移,但采用钻井液钻井时其摩擦系数较小,因此该位移常被忽略不记。但在气体钻井时,其摩擦系数增大,该部分位移则不得不考虑。以弹性力学、材料力学为基础,考虑切向摩擦力对钻柱变形的影响,建立了转动钻柱在斜直井中三维瞬态动力学模型及力学方程,并采用龙格-库塔法求解方程数值,分析了钻井参数、滚动摩擦系数、滑动摩擦系数及井眼结构参数等对下部钻具组合变形的影响。分析结果表明:钻压增大,钻柱的变形量加大,钻柱变形节距减小,钻柱振动加剧,但对下部钻具的摩擦扭矩影响不大;井斜角增大,钻柱与井壁的接触力及摩擦扭矩增大,钻柱的变形节距减小;环空间隙减小,钻柱变形角增大,钻柱变形节距减小;钻井流体的密度越大,下部钻柱变形角越小;井斜角增大,不仅影响下部钻柱变形的大小,而且影响着变形方向。     

钻柱涡动理论研究的必由之路——钻井液动力润滑学与钻柱动力学相结合

浸泡在钻井液内的旋转受压钻柱,在屈曲和涡动的作用下,容易发生疲劳断裂和使井眼倾斜。对此现象业界已进行了较深入的研究,但还有一些问题没有解决,如随着井斜角的增加涡动现象减小直至消失的原因、屈曲后的钻柱是否一定与井壁接触、钻柱表面与井壁间是否存在滑动及滑动的影响因素、钻柱的稳定性和偏心率随转速的变化规律等。为了寻求上述问题的研究方法,在介绍钻柱的正弦屈曲和螺旋屈曲、旋转钻柱的最大涡动角速度、旋转钻柱与钻井液的相互作用、旋转钻柱与井壁的碰撞和涡动4方面的研究进展基础上,分析了这些研究方法中存在的问题,提出钻井液动力润滑学与钻柱动力学相结合是钻柱涡动理论研究的必然。     

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本文采用有限单元法对下部钻柱静态力学性能进行了分析研究，讨论了静态条件下稳定器位置，井眼变化率，钻挺刚度等对钻头侧向力及其转角的影响。为现场更好地选取钻具组合和确定钻井参数提供了理论依据，为油田的定向井实践所验证。     

城2井基岩推覆体山前构造钻井技术探讨

属典型山前构造的城2井,在井深180.00~2219.40m钻遇基岩,基岩厚度达2039.40m,全井共断、刺钻具40次,钻穿基岩的厚度和刺、断钻具的次数和频率属国内油田罕见。该井施工难度大,主要表现在机械钻速缓慢、易出现钻铤粘扣、断钻具,地层倾角大井斜上升问题突出,井身轨迹控制困难。面对上述困难,通过优选钻头和钻具组合,同时强化操作,极大地遏止了断钻具事故发生率,为山前构造推覆体的钻井技术积累了一定的经验。     

空气锤钻具组合稳定性动力学因素分析及优化

空气锤钻井过程中由于活塞轴向冲击锤头进行破岩工作,钻柱会产生轴向振动,其中下部钻铤振动常发生以钻铤螺纹断裂为主的失效故障。文章以某井空气锤钻井钻具组合及钻井参数为例,通过有限元法,建立了空气锤钻井全井段钻柱动力学模型,从动力学出发研究下部钻具组合动力学特性,优化空气锤气体钻井钻具组合。研究结果表明：空气锤钻井主要影响下部300 m钻柱,在冲击振动弯扭共同作用下,钻铤螺纹容易产生疲劳失效,模拟结果与现场失效　情况相符。优化方案为KQC275空气锤钻井过程中上部接Ø279. 4 mm 钻铤,此时钻柱系统轴向振动最小,全井段钻柱动态钻进稳定性好,对现场空气锤钻井钻具组合方案进行了优化,预防了钻柱失效。该研究对空气锤钻井钻柱动力学行为有了明确认知以及提供了钻柱振动失效预防措施     

大庆油田致密油平台三维水平井钻柱摩阻分析

平台水平井是大庆油田致密油开发的主要形式,平台布井的方式导致部分水平井轨道出现三维井段。钻井施工中三维水平井较二维水平井钻柱摩阻更大,限制着水平井的延伸极限。在软杆理论模型的基础上,通过分析三维井段钻柱与井壁的接触形式,给出钻柱挫动的计算模型,采用Landmark软件模拟与实际施工情况相结合的方法进行了验证。模拟结果表明,三维井段钻柱与井壁的接触面积大于二维井段,扭方位时的井斜角大小与钻柱摩阻正相关,三维水平井整体摩阻系数达到0.4以上。钻井设计和施工过程中应根据三维井段钻柱摩阻规律,优化设计水平井轨道和井身结构、合理分配钻具组合中加重钻杆位置、提高钻井液润滑性、采用降摩减阻工具等方式降低钻柱摩阻,提高平台水平井的延伸长度,以保证致密油平台的高效开发。     

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在定向井、丛式井、水平井钻井中，对待钻井眼方位变化的预测，一直是个重要的问题，它直接影响到待钻井眼的设计，井下工具的准备、选择，影响到下部井段是否能顺利施工。为此，运用钻具力学分析和地层各向异性理论的研究成果，综合考虑上部井眼或邻井的实钻情况和地层产状要素等，利用钻具与岩层间的空间位置关系计算钻头的位移量，从而定量地推导出了待钻井眼方位变化率计算式，通过对川西南隆４０－１大斜度定向井的计算和川中莲池５０水平井的预测，其效果是满意的，与实钻情况相符。     

钻柱拉力扭矩模型在侧钻水平井中的应用

在油气井作业中,由于钻柱和井壁接触所产生的轴向阻力和扭矩损失对钻井和修井作业均有很大的影响，甚至成为作业成败的关键。钻柱的拉力和扭矩分析是水平井和大位移井设计和施工的重要内容。为此，介绍了钻柱拉力扭矩分析的数学模型、钻柱稳定性判别方法和屈曲后的附加压力和附加应力的钻柱强度校核方法。对钻进过程中的G104-5CP12侧钻水平井钻柱的各种运动状态进行了力学分析。计算表明，在正常施工过程中钻柱一直处于稳定状态，具有比较大的安全系数。