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。     

胜科1井大井眼钻井液技术

胜科1井二开采用φ444.5 mm钻头开钻,钻深2 932 m,采用φ339.7 mm技术套管封固沙3段下部以上地层。因该井处于东营凹陷中央隆起带上,花瓣地层极为发育,且钻遇盐膏层,在大井眼条件下,井壁稳定及井眼净化难度大。针对不同的地层特点,选用了低固相聚合物钻井液体系和双聚磺防塌钻井液体系,利用沥青配合聚醚多元醇严格控制钻井液的滤失量,确保了井壁稳定;依靠高效的护胶剂配合表面活性剂和合理的粘土含量确保钻井液具有良好的抗盐膏性能;通过保持适当的钻井液返速、控制合理的流变参数、优选钻井液处理剂配合合理的钻井工程措施,保证了井眼的清洁。该井二开井段钻进施工顺利,完钻电测、下套管和固井作业均顺利完成。     

新型随钻液压扩眼器的研制

鉴于目前国内外随钻扩眼器存在的问题,以及不能满足海洋钻井技术要求的状况,研制了一种安全性和可靠性较高的新型随钻液压扩眼器。该液压扩眼器通过投球、憋压实现刀翼的收放。扩眼器直径为215.9mm,扩眼后井眼直径为254mm,误差小于5%,刀翼伸出力为15.533kN,刀翼的缩回力为55.477kN。现场应用表明,使用Φ215.9mm扩眼器扩眼后,井眼扩大率为20%～25%,能满足海洋石油钻探的要求。新型随钻液压扩眼器采用投球、憋压推动活塞高效运行的方法,使扩眼器刀翼伸出和收回的动作准确无误。     

斯伦贝谢全排量可伸缩扩眼器Rhino XS2

<正>斯伦贝谢公司研制的全排量可伸缩扩眼器Rhino XS2工作时,泵送一个启动球到井下,剪断滑套,打开流通孔。钻井液通过流通孔流动,开启切削块,开始钻井及扩眼作业。改工具有3个流通孔,有利于清除岩屑。钻井和扩眼作业完成后,泵入另一个球剪断关闭销钉,释放滑套,球落入捕球器,关闭切削块的流通孔,结束施工。然后可以最大排量循环钻井液,清洗井眼,而不会触发切削块,钻井液可以根据需要进行长时间     

套管钻井扩眼器结构设计与启动特性研究

针对常规扩眼器井眼扩大率较小,难以满足套管钻井作业要求的问题,设计了一种用于套管钻井技术的液压臂式扩眼器。综合考虑钻井液流量、主喷嘴结构、心轴与壳体的摩擦力等因素对扩眼臂张开程度的影响,建立了该扩眼器串联在钻头上方时扩眼臂的力学模型。计算表明,扩眼臂的旋转角速度与心轴上下运动线速度呈线性关系;扩眼臂与井壁接触后产生的反推力将阻碍其开启动作,接触力的大小受多种因素控制。扩眼器由液压驱动,扩眼臂的开启动作受喷嘴特性影响很大。实际应用中,应优化设计复位弹簧及心轴等部件,从而提高扩眼器启动的可靠性。     

气体介质条件下的固井技术

近年来,四川油气田大力推广应用了气体钻井技术,对于大幅度提高机械钻速和避免井漏等钻井复杂情况起到了十分重要的作用。为了避免气体钻井结束后替入钻井液可能引发的井漏、井眼不稳定等复杂情况,缩短钻井周期、降低钻井成本,进一步提高固井质量,在川渝地区探索实践了气体介质条件下339.7 mm表层套管和244.5 mm技术套管共18井次的干井筒固井作业,基本形成了一套气体钻井后干井筒（井眼内为纯气体时的井筒简称为干井筒）固井工艺技术方案与措施。在干井筒固井施工过程中,主要作业环节的工艺技术包括：气体介质条件下井眼准备及下套管技术、非连续液相注水泥技术等,并介绍了防井漏、防井壁失稳、防环空堵塞等技术。实践表明：干井筒固井施工的固井质量明显高于常规固井的质量;注水泥浆施工工程风险小;可消除气体钻井结束后替入钻井液再固井作业可能带来的井下复杂情况。     

库车山前超深井盐膏层扩眼技术应用评价

库车山前区块地跨克拉苏构造带,属于塔里木油田重点区块。在该区块钻井作业中,四开古近系库姆格列木群发育盐膏层,需要通过扩眼作业来解决井眼缩径问题。针对博孜某井盐膏层岩性组成复杂、风险系数高等问题,选取特定结构液压扩眼器进行不同方式的扩眼作业和评估。通过优化和改进后结果表明,针对盐膏层井况扩眼作业有良好的应用性,保障了后期固井作业质量,是该区块盐膏层的扩眼应用的成功案例。     

库车山前盐层随钻扩眼尺寸优化研究

塔里木盆地库车山前构造盐层广泛发育,盐层井段?241.3 mm井眼钻井过程中阻卡井漏问题频发,采用扩眼技术增大环空间隙可有效解决阻卡和井漏复杂,但实际扩眼尺寸范围较大,不利于盐层扩眼技术的推广应用。文章以盐岩力学参数和蠕变规律为基础,利用有限元仿真模拟得到考虑盐岩蠕变、固井顶替效率和机械钻速综合影响下的扩眼尺寸优化推荐结果,并进行现场应用。结果表明：综合考虑盐岩蠕变、固井顶替效率和机械钻速等因素影响下的推荐扩眼尺寸为254～270 mm;应用井盐层段?241.3 mm井眼随钻扩眼至?266.7 mm,绝大部分井段井眼尺寸大于266.7 mm,工程参数与未扩眼邻井同层段相比差异小;扩眼后同返速下固井ECD最高下降0.052 g/cm³、固井质量合格率及优质率较同区块邻井分别提高49%和39%,表明库车山前盐层段将井眼扩眼至?266.7 mm是科学合理的。研究成果对山前盐层段高效科学推广扩眼技术提供了理论和技术支撑。     

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。     

对塔河油田井眼净化和井壁稳定的几点认识

塔河油田平均井深超过6000m,钻遇第四系至奥陶系全序列地层。444.5mm大井眼、149.7mm小井眼增斜段因井身结构和排量限制,如何做好井眼净化存在一定难度;三叠系至、石炭系、志留系地层平均井径扩大率30-50%,易引起阻卡。本文主要针对444.5mm和149.7mm井眼携砂进行论证,对复杂情况下井眼净化进行分析;得出444.5mm和149.7mm小井眼增斜段应当以适当低黏切、大排量形成紊流进行携岩的结论,并首次提出了复杂情况下根据井况采取高密度（2.5g/cm3）、高黏切段塞携砂或者小排量（0-5l/s）、小钻压（10KN）划眼的方式做好井眼净化,具有一定的现场推广运用价值;同时对井壁失稳的机理进行归纳总结,通过室内优选防塌抑制剂组合和现场实践,将塔河油田主体区块10区、12区防塌钻井液密度从1.32g/cm3降至1.27g/cm3,并对失返性漏失引起的井壁失稳提出了解决措施。通过近一年共计80井次的现场实践,井眼净化和井壁稳定的问题成功解决,现场无一起因钻井液原因引起的故障（均为钻具和钻头故障）,钻井万米故障损失台时仅为2.16h/万米,故障控制达到国内领先水平。     

HR型液压式扩孔器在埃及GPC油田的应用

HR型液压式扩孔器主要由活塞总成、弹簧、刀片3大部分组成。扩孔器下到设计井深后，开泵，活塞由液压推动下行，活塞上的圆螺母支撑刀片外张至最大外张位置时，即可加压进行扩孔作业。扩孔作业结束后停泵，液压消失，活塞在弹塞簧的反作用力下复位，刀片凭自重或外力收回刀槽内。影响扩孔作业的主要因素有地层岩性、扩孔前井眼施工情况、设备及仪表状况、钻井液性能、钻具组合及钻井参数。以REW井为例．介绍了埃及GPC油田采用该扩孔器扩孔时所采取的技术措施及注意事项。在GPC油田的应用结果表明，该扩孔器的扩孔效果良好，值得推广应用。     

微台阶扩眼技术在玄武岩地层钻井中的应用

膨胀管封堵技术是一项推动深井钻井技术进步的国际前沿技术，为了追踪国际前沿技术，开发出了适用于坚硬地层的可变径微台阶扩眼工具。利用新研制的Φ215.9 mm 微台阶扩眼工具首次在江苏油田对漏失严重的玄武岩地层成功实施了满足膨胀管堵漏要求的扩眼作业，保证了“膨胀管补贴堵漏技术”的顺利实施，为玄武岩地层微台阶扩眼积累了经验。为此，介绍了玄武岩地层中进行微台阶扩眼的施工工艺，探讨了适用于玄武岩地层的微台阶扩眼工具。项目实施所取得的经验和突破，为今后漏失严重的多套压力层系治理和超深井技术的进步奠定了基础。     

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.      

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。     

定向随钻扩孔钻压分配及优化

深井大斜度井扩孔难题一直没得到较好解决,传统的方法是采用液力扩眼工具进行钻后扩孔。然而,钻后扩孔实践表明,随着井斜增加,钻后扩孔难度增大,钻后扩孔在定向井中一般在32°以内。为此,引进了53/4 in×51/2 in×43/4 in CSDR5211S-B2定向随钻扩孔钻头。扩孔钻头钻压分配关系对工具面稳定和机械钻速具有重要影响。介绍了定向随钻扩孔钻头特性,分析了钻压分配关系,并对钻压分配进行优化。优化后的钻压应用于塔河油田TH10410CH2井定向随钻扩孔试验。应用结果表明,根据扩孔钻头偏心部分所要求钻压,计算出定向随钻扩孔钻头施工最大钻压不超过40 kN;在20～40 kN钻压工况下,定向随钻扩孔钻进过程中无憋跳现象、工具面平稳、井眼轨迹平滑、机械钻速高,说明该井优化的钻压合理。     

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。      

3300m长江天然气管道穿越工程难点及技术创新

3 300m长江天然气管道穿越工程是世界上首次在大口径管道穿越领域内实施如此长距离的管道穿越工程,面临导向孔对接难度大、扩孔扭矩大、钻井液性能要求高及回收处理难度大、回拖阻力大等技术难题。为此,针对性地采用了以下技术措施:①确定合理的钻具组合,研发并应用了新型193.7mm(S-135)高强度钻杆,采用了新型全程导向电缆技术及旋转磁铁对接技术,成功地完成了导向孔施工;②采用新型设计的可抗大扭矩的168.3mm(V-150)钻杆,优化了扩孔器构造,改进了水力参数的选择,成功降低了扩孔扭矩,完成了扩孔施工,同时极大地提高了扩孔效率;③设计专门针对大吨位回拖阻力的特殊地锚,并通过漂管作业、加入高效润滑剂、采用新型玻璃钢防腐技术保护管道外防腐层的技术措施,保证了回拖施工顺利完成;④优选钻井液配方,保证了孔洞的稳定及钻屑的顺利返排;⑤成功应用离心机回收处理钻井液系统,保证了回收钻井液的质量。上述一系列的技术创新,确保了3 300m长江天然气管道穿越工程的顺利完成,同时也创造或刷新年了多项管道穿越世界纪录。     

随钻扩眼工具的研制与应用

随钻扩眼技术是近年来兴起的一项钻井新技术,其原理是采用随钻扩眼工具在套管下边钻边扩,最终实现井眼尺寸比领眼钻头尺寸大,以达到提高完井质量及解决复杂事故的目的。胜利油田钻井院研制开发了随钻扩眼工具JK215-237,介绍了随钻扩眼工具的结构及特点,详细叙述了该工具在垦628井现场试验情况,试验结果表明,JK215-237随钻扩眼工具结构合理,能够实现套管下边钻边扩,扩眼的结果能够提高完井质量,该工具的研制与应用对随钻扩眼技术的应用以及随钻扩眼工具的研制具有重要的指导意义。     

无线指令电控式智能扩眼技术

针对目前常规液压式随钻扩眼器只能安装在定向井随钻工具的上部、扩眼后无法使用大排量循环等问题,研制了无线指令电控式液压扩眼器。该扩眼器将投球激活的液压扩眼器球座总成替换为传压系统,增加了脉冲器总成和电控系统总成,可通过钻井液脉冲信号和钻杆转速信号下传指令,控制刀翼的伸出与缩回。计算分析了传压系统传压孔打开时脉冲器活塞的受力情况,并利用流体仿真软件分析了传压孔的冲蚀情况。通过现场测试,无线指令电控式扩眼器设计合理,3种方式的指令下传成功,刀翼张开及回收正常,为智能扩眼器的进一步研究奠定了基础。     

随钻扩眼钻压分配的双因素计算方法

随钻扩眼过程中扩眼器与领眼钻头的钻压分配关系对扩眼钻进工作状态具有重要影响。传统计算方法仅考虑扩眼器与领眼钻头的几何结构因素,精度不高,难以合理指导工具设计。为此,在充分考虑岩石特性、钻具切削结构双参数的基础上,提出一种计算随钻扩眼钻压分配关系的双因素法,以分析各因素对钻压分配的影响规律。理论计算表明,扩眼钻压比与扩眼器钻遇岩层强度成正比,与扩眼刀翼锐度成反比。这一结果与文献的试验结果基本一致,可用于指导随钻扩眼装置的设计和应用。