塔河油田液动射流冲击器+PDC钻头提速技术

为了进一步提高塔河油田深部硬地层的机械钻速,基于旋冲钻井技术理论与实践经验,开展了液动射流冲击器+PDC钻头提速技术研究与实践,探索液动射流冲击器与PDC钻头配合使用提高深部地层机械钻速的技术可行性。首先根据塔河油田深部硬地层的特点及与冲击器配合的要求,优选了PDC钻头;接着利用液动冲击器性能测试系统,测试了液动冲击器各结构参数对其性能的影响;最后根据测试结果及所优选PDC钻头的抗冲击性能,确定了液动射流冲击器的结构及性能参数。液动射流冲击器与PDC钻头配合在 S116-3 井、TP324井和TP328X井的奥陶系地层进行了应用,机械钻速与同井上下井段及邻井相同井段相比,提高了32%~45%。这表明液动射流冲击器与PDC钻头配合使用,可以提高塔河油田深部地层的钻速。      

液动冲击器发展现状及在油气钻井应用探讨

液动冲击钻井技术是解决硬地层钻速慢难题的有效方法之一。着重对液动冲击器的类型、工作原理、发展现状及优缺点进行综述,并对其在油气钻井行业的发展方向进行探讨。分析结果表明:正作用式液动冲击器的尺寸小,主要应用于浅地层,技术成熟,在地质矿探工程中应用广泛;双作用式和射流式液动冲击器的尺寸较大,适用于深井,该技术处于试验阶段,未大规模推广应用;反作用式和射吸式液动冲击器在早期有研究,后期研究较少。在油气钻井行业中,液动冲击器发展方向是输出功率高、关键部件制造要求高、对复杂井下条件的柔性适应性要求高,双作用式和射流式液动冲击器在油气钻井行业中具有较好的发展前景。     

石油钻井用液动冲击器研究现状及发展趋势

随着油气钻井向深部的发展,硬地层钻进的难题日益突出,而采用传统的牙轮钻头,配合ＰＤＣ钻头及喷射钻井装置,在钻遇硬地层时,钻井效率低,钻头寿命短,钻井周期长,成本高。采用液动冲击旋转钻进技术是解决硬岩钻进最有效的方法之一,具有良好的应用前景。介绍了国内外液动冲击器技术近期研究的进展,以及各类冲击器的结构、工作原理、试验研究成果和生产应用情况。总结了各类液动冲击器的特点,对进一步开展液动冲击器技术的研究提出了建议。     

液动冲击器工作动力学模拟研究

液动冲击器工作性能是影响冲击旋转钻井技术现场应用效果的主要因素之一。为充分发挥冲击旋转钻井技术的应用效果，在考虑射流元件工作特性的基础上，运用流体力学理论建立了液动冲击器工作动力学模型，并编制了计算液动冲击器性能参数的模拟程序，通过模拟计算程序得到了在不同液动冲击器结构参数和钻井水力参数下液动冲击器基本参数的变化规律。该动力学模型不仅可用于改进液动冲击器的设计，而且可用于优选液动冲击器的性能参数和冲击钻井钻具组合设计。该研究成果在四川川东地区龙会4井和天东90井得到了应用，对现场施工设计起到了较好的指导作用。     

沙特HWY区块HWY-116井提速技术

为提高沙特HWY区块三开直井段钻进坚硬、强研磨性地层时的机械钻速,在HWY-116井三开井段进行了液动射流冲击器旋冲钻井技术试验。根据液动射流冲击器性能参数与岩石抗钻特性参数的关系,与HWY-116井钻井设计结合,优化了钻具组合,选择了与液动射流冲击器配合的PDC钻头,优化了旋冲钻井参数,形成了适用于HWY-116井的?228.6 mm液动射流冲击器旋冲钻井提速技术。应用该提速技术后,HWY-116井三开井段机械钻速为9.40 m/h,与邻井相同井段相比提高了45.5 %。这表明,应用液动射流冲击器旋冲钻井技术可以提高沙特HWY区块坚硬、强研磨性地层的机械钻速。      

液动射流式冲击器工作数学模型建立

从液动射流式冲击器活塞冲锤的受力分析入手，建立了活塞冲锤的运动方程，并求出了解析解，编制了液动射流式冲击器计算机辅助设计软件。液动射流式冲击器设计软件的计算结果与室内冲击器试验进行了对比拟合，实测值与计算值吻合的较好，误差小于6％，并通过软件模拟计算得出了各参数变化对冲击器性能参数的影响，为液动射流式冲击器的设计提供了理论依据。     

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玉门油田青西地区上部志留系、白垩系推覆体老地层的机械钻速一直影响着青西地区钻井速度的提高。从破岩理论上讲，冲击旋转钻井技术是解决硬地层钻进难题最有效的方法之一。利用液动冲击器进行旋转钻井是常规旋转钻井技术上发展起来的一种钻井新方法，它可以大幅度提高钻进效率、降低钻井成本、延长钻头的使用寿命。该技术应用在岩石可钻性差的地层中，可明显提高机械钻速。文章介绍了玉门青西地区地层特点及地质分层、所使用的DGSC—203冲击器工作原理和结构特点，以及在青西地区L114井的应用情况，得出的结论是DGSC—203液力冲击器在L114井上部推覆体老地层的钻进井段的使用中，使机械钻速得以明显提高。但由于本井所使用的冲击器尺寸偏小，井斜未能得到较好控制。文章最后提出了进一步研究液动冲击器的建议：在使用过程中出现泵压比设计值明显偏大现象，应研究进一步降低冲击器的工作压降，提高射流元件的使用寿命。液力冲击器的直径应由小到大并形成系列化产品，可全面解决石油钻井硬岩钻进难题等。     

应用井下钻压推加器改善钻井性能

钻压推加器由钻井液的液压力产生钻压。开泵时，钻压推加器使下部井底钻具组合与钻柱的其余部分相分离，以便提供一个恒定的，可控的钻压，减少轴向振动和冲击。     

新型液动射流冲击器实验

针对天然气深井、超深井钻井中难度大，时效低，钻头寿命短等问题，提出在深井、超深井钻井中采用新型液动冲击回转钻井技术。新型液动射流冲击器包括肺形阀式射流冲击器、盖板流阀式射流冲击器、连体阀式射流冲击器、麻雀型阀式射流冲击器，其工作原理与传统射流冲击器类似。实验包括凹劈、凸劈、尖劈、平劈实验。实验结果表明：通过改变劈形，增加阀等措施，除麻雀型阀式射流冲击器外，均可实现正常冲击。但连体式射流冲击器中的阀及尖劈极易损坏。为了实现深井钻井，建议采用加大喷嘴过流断面面积、改变劈形等措施来解决新型液动阀式射流冲击器易损坏的问题。     

冲击旋转钻井技术在石油钻井中的应用研究

在分析了冲击旋转钻井技术在石油钻井中的应用前景的基础上,介绍了新型液动冲击器结构及工作原理;并根据往复泵的能量方程推导了液动冲击器的单次冲击功、能量利用率和冲击频率的计算公式,并利用实测数据进行了验证。验证结果表明,推导的公式是正确的。同时进行了现场试验,机械钻速比旋转钻井提高了20%~60%。     

对抽油机井口回压与产液量耗电量关系的实测分析

通过对大庆油田抽油机井的井口回压、产液量和耗电量的实测,对由井口回压的提高(在设计规范值内)引起的油井产液量和耗电量的变化进行了分析和探讨。一、测试井的选择为使测试结果更具真实性和代表性,测试井的选择应遵循以下几项原则:井口回压便于控制;产液量宜于连续准确计量;油井产液量和含水率有一定的范围;深井泵泵径在矿场上具有普遍性;泵况正常(无撞泵、脱泵、漏失、供液不足等不良工况);油井产液量和动液面     

小井眼射吸式液动冲击器工作性能数值模拟

液动冲击器钻井技术是解决深井硬地层钻速慢、钻井效率低的有效方法之一。为了研究射吸式冲击器的实际工作状况,对现有的射吸式冲击器进行了有限元模拟分析,研究了不同冲锤质量、泵排量、喷嘴直径对冲击功和冲击频率的影响,优选出最优的工作参数。结果表明,在边界条件、泵排量和喷嘴直径保持不变时,随着冲锤质量的提高,工具冲击功增大,冲击频率降低;当冲锤质量为9.675 kg时,冲击频率为1 397次/min,冲击功和冲击频率均较大,冲锤回程消耗能量较小,此时冲锤质量为最优;当喷嘴直径不变时,随着泵排量增大,工具内部压降和冲击频率均提高;当泵排量不变时,随着喷嘴直径增大,工具内部压降和冲击频率均降低。该有限元模拟分析了不同工作参数下冲击器的工作效果,为现场的实际应用奠定了良好的基础。     

液动冲击器功率传递理论分析及应用研究

运用波动理论分析了液动冲击器结构对能量传递的影响，室内模拟试验结果与波动理论分析计算结果有很高的吻合度。推导出了功率传递效率模型。以花岗岩和大理石为对象，分别求出了不同钻头的钻入系数和回弹系数。分析认为原设计液动冲击器功率传递机构不够合理，指导改进后的液动冲击器简化了结构、提高了强度，能量传递效率提高近30％，现场应用表明，改进后的液动冲击器在硬地层中可提高机械钻速30％以上。     

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随着油气田勘探开发向纵深发展，钻遇的硬地层越来越多，地层的岩石可钻性级值及硬度增高。冲击旋转钻井技术这一被认为是破碎坚硬岩石最有效的方法目前在石油钻井界得到了普遍重视。冲击旋转钻进是冲击式钻进和旋转钻进结结合的一种钻进方法，在钻遇坚硬地层时，以其钻速快，钻井成本低、岩屑大、钻压低和井斜程度轻等优点受到油气田的普遍欢迎。文章通过对背压式液动冲击器进行室内试验研究，得出了各种冲击参数（冲击频率、振动幅值、冲击力大小）对其使用性能的影响；为科学调整和设计背压式冲击器提供了一定的依据，同时也为背压式冲击器的现场试验及应用奠定了基础。     

KZ型单动双管取心钻具的研制与应用

中国大陆科学钻探工程中心经论证与实钻试验，决定采用高速螺杆马达井底驱动液动锤提钻取心钻进方式完成5000m取心任务。为此专门研制了KZ型单动双管取心钻具，采用了轴承置钻具外总成、全泵量开式强制润滑与局部微循环清污的设计方式，具有结构简单、单动可靠、拆卸组装方便、回次进尺长、整机连续工作寿命长、成本低等优点。适用于完整的硬地层与坚硬的破碎地层。该钻具在科钻一井共取心钻进4633．77m，平均岩心收获率86．35％，机械钻速1．05m／h，在螺杆钻与液动锤的高频复合震动下整机平均寿命大于80h。详细介绍了该钻具研制的必要性、钻具的特有结构以及在科钻一井中的应用效果。     

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随着油气田勘探开发向纵深发展，液动冲旋钻井技术钻硬地层的独特优点引起了广大科研工作者浓厚的兴趣。但是如何在恶劣的工作环境下提高冲击器的抗摩擦性能成为该技术大面积推广的一个技术难点。文章首先阐述了石油行业中常用的几种典型动密封结构形式，然后通过总结这些结构的优缺点，提出了一种利于提高冲击器使用寿命的新型密封结构。通过室内试验证实该密封结构性能可靠，价格低廉，对提高冲击器的使用寿命和现场推广有很大的帮助作用。     

玉门青西地区钻井综合提速技术研究与应用

常规的钻井技术在玉门油田青西地区机械钻速低,适应性差,导致该地区钻井成本居高不下。为此,本文在分析了该地区提速技术难点,提速工具结构、原理及适应性的基础上,开展了全井筒钻井综合提速技术先导试验,总结形成了该区块的钻井综合提速方案模板,即防斜打直利用液动冲击器技术,砾岩层防跳钻利用减震推力器技术,深部硬地层防黏滑利用扭力冲击器+专用PDC钻头技术,定向防托压利用水力振荡器技术。     

石油钻井工程中液动冲击器的性能参数测试

简述了旋冲钻井技术的特点，介绍了液动冲击器的工作机理及其性能参数测试在冲击器研制、改进和性能评定中的重要作用，总结了目前已有的液动冲击器试验台架和测试工作，并给出了应将室内实验、现场测试和计算机仿真相结合开展性能参数测试的建议。     

阀式反作用液动冲击器参数计算及性能分析

本文论述了阀式反作用液动冲击器的工作原理提出了计算击力和冲击频率的方法。通过旨出阀式反作用液动冲击器适用于中中硬以上地层，并用应尽量增大泥浆排量，采用较大刚度的冲锤簧，以使冲击器的优点得到发挥。     

液动冲击器缸体结构优化设计

为解决液动冲击器在使用过程中缸体出液孔口出现冲蚀坑的问题,采用CFD分析法对缸体工作过程进行模拟仿真,根据流场模拟结果提出结构改进方法,将缸体流道从径向水平改为与水平方向成45°角的结构。研究结果表明,缸体流道沿径向水平时会引起出液孔口附近液体流速和压力突变,产生脱流回流现象,导致缸体出液孔口附近发生严重冲蚀;结构改进后流场分布情况得到明显改善,且能满足缸体强度要求,延长了冲击器缸体的使用寿命。现场试验中改进后的液动冲击器的平均钻速比改进前提高了34%。