浅析钻井中旋转冲击钻井技术应用

本文对石油开采技术的完善发展所具有的重要性等进行了深入的分析研究,并系统性地阐述说明了可能对液动冲击旋转钻井技术的相应因素以及基本原理等内容.另外也系统地介绍说明了液动冲击旋转钻井技术所表现出的优势.     

新型旋转导向井下闭环钻井工具

近年来大位移井和复要轨迹井眼的需求不断增加,对井下钻井工具的研制提出了新的要求,利用现有的动力导向技术,钻压旗加困难,难以发挥高效钻头的作用,“滑动”方式下大摩阻的存在使井底工具面的控制难度加在,井眼水平延伸受到限制,为减小摩阻,使钻柱具有更大的延伸能力,实现对井眼轨迹的精确控制,国内外纷纷致车于井下可控工具和旋转导向闭环钻井系统的研究,本文介绍了2类可实现井下全方位控制的偏置机构及目前国内外已有的几种旋转导向闭环钻井系统。     

液动冲击旋转钻井技术及其发展趋势

文章介绍了液动冲击旋转钻井的原理,并对国内外研究现状进行了总结,通过分析该技术的发展趋势以及应用前景,说明该技术是提高钻井速度的有效途径之一。     

自激振荡式旋转冲击钻井工具在大港板深19-64井的应用

自激振荡式旋转冲击钻井工具利用水力振荡元件产生的周期性机械冲击,通过钻头作用于岩石,使岩石的破坏强度相对降低,同时产生的水力脉动作用于井底,改善了井底岩石的受力状况,提高了岩屑的净化效果,从而有效提高了钻头的破岩效率。自激振荡式旋转冲击钻井工具采用优化的水力结构和高耐磨材料,性能可靠,对钻头和钻具结构没有特殊要求。板深19-64井使用JB-ZJXC-178型自激振荡式旋转冲击钻井工具钻进747 m,平均机械钻速9.05 m/h,比本井同地层马达钻具机械钻速提高90.12%,提速效果明显。     

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%。     

冲击回转钻井技术的现状及发展方向

冲击回转钻井技术属于井下动力钻井的一种方法，主要是以冲击载荷与静压旋转联合破岩。本文就该钻井技术的优越性和可行性及目前冲击回转钻井的现状以及今后的发展方向进行了论述。     

液动冲击钻井技术发展与应用现状

冲击钻井比传统钻井或者金刚石钻井的机械钻速高,特别是在硬质地层能大幅提高机械钻速。在介绍冲击钻井技术特点的基础上,分析了国内外冲击钻井技术的研究进展和应用情况,对国产液动射流式冲击器、射吸式冲击器和阀式冲击器的结构特点和性能参数进行了对比分析。指出阀式液动冲击器在井下的工作寿命和稳定性有待提高,射流式冲击器的工作压降有待降低。最后提出冲击器的2个研制方向:一是高频率、小单次冲击功;二是低频率、大单次冲击功。     

自激振荡式冲击钻井工具在大港油田的应用

为进一步提高中深井、硬地层钻井速度,大港油田在段六拨、孔南等4个区块8口井的部分井段应用了自激振荡式冲击钻井工具进行钻井试验。现场施工表明,该工具性能稳定,质量可靠,应用井段机械钻速提高了14.2%~132.63%。这表明应用自激振荡式冲击钻井工具基本能够满足提高钻井速度的要求,但为了充分发挥该工具的提速性能,应分析该工具的最佳适用条件。      

YSC-178型液动射流冲击器在旋冲钻井中的应用

针对松南气田深部地层存在的诸多技术难题,在该气田试验应用了2套YSC-178型液动射流式冲击器及其配套技术。该冲击器依靠双稳的射流元件来控制活塞冲锤的上、下运动,结构简单,运动部件少,因而工作寿命长,工作不受井深及围压的影响,适用于深井钻井。现场试验表明,2套冲击器入井时间总计120 h,纯钻时间57.71 h,进尺66.87 m,平均机械钻速1.158 m/h。与上部相邻井段单只钻头平均机械钻速对比,调整参数前提高79%,调整参数后提高463%。这表明旋冲钻井在松南地区提速是可行的。如选用适应该地层的耐冲击长寿命钻头并配套使用冲击器,将会取得更加理想的试验效果。     

冲击振动钻井工具流固耦合模拟试验

深井超深井钻井过程中,旋转冲击钻井技术是解决硬岩钻速慢的有效方法之一。目前液动冲击器多采用水力能量驱动,随着井深的增加,管路水力能量损耗增大,依靠钻井液驱动的液力冲击装置同样需要消耗水力能量,使得钻头有效压降进一步降低。因此,液力驱动冲击钻井技术在深井超深井中的应用受到局限。基于钻柱振动原理,提出一种利用水力能量和钻柱振动耦合作用的新型冲击旋转钻井装置,通过建立流固耦合物理模型,运用流固耦合方法,获得入口流量、运动位移、振动频率以及入口和出口直径等对装置所产生的载荷特征影响规律。结果表明,装置所产生动载荷幅值随流量、振动位移以及振动频率的增加而增加,而静载荷仅与流量变化有关。     

旋转导向钻井工具的研制原理

介绍了旋转导向钻井工具的工作原理及结构,指出了研制该工具的主要技术特点。旋转导向钻井工具主要由稳定平台单元、工作液控制分配单元和偏置执行机构单元3部分组成,其测试元件将测得的井眼参数通过短程通讯传输到随钻测量仪,再由随钻测量仪将信息传输到地面。同时,旋转导向钻井工具接收由地面发出的指令,并通过稳定平台单元调控工作液来控制分配单元中的上盘阀高压孔的位置。工作液控制分配单元将过滤后的泥浆依次分配到3个柱塞,给推板提供推靠动力,并使该推靠力的合力方向始终保持在上盘阀高压孔所对应的位置,在近钻头处形成拍打井壁的侧向力。通过对侧向力的大小、方向和拍打频率的调整,可直接控制该工具的导向状态。     

旋冲钻井技术在川西硬地层的应用

川西地区深层天然气资源丰富,是中国石化增储上产的重点区块。沙溪庙组—须家河组岩石致密,可钻性差,机械钻速慢、钻井周期长是该地区深井钻井的首要难题。针对此问题,开展了旋冲钻井技术先导试验。通过现场应用和工具的改进、完善,在钻井液密度为2.25 g/cm3的条件下,旋冲钻井的平均机械钻速比同地层PDC钻头提高26%,成为川西硬地层钻井提速的又一重要手段。     

旋转导向钻井工具智能PID控制

稳定平台是调制式全旋转导向钻井工具的关键,其驱动机构是一个强非线性、强扰动和参数变化大的时变系统,常规的PID控制难以获得满意的动态响应速度和稳定的静态性能。根据旋转导向钻井工具稳定平台的工作特点,结合智能控制,研究了一种基于间接专家系统的智能PID控制,详细分析了控制策略和参数调试准则,并进行了台架模拟试验测试。结果表明,智能PID控制可以较好地克服强扰动、强非线性和参数大范围变化等因素,获得稳定的控制性能。     

旋转导向工具心轴弯曲对悬臂轴承影响的研究

指向式旋转导向工具利用心轴的弯曲变形达到导向钻进的目的,在轴承受力分析的基础上,选择滚针轴承达到心轴上部的悬臂轴承限制心轴弯曲的目的,但是心轴的弯曲会影响滚针轴承的工作及寿命。通过对心轴弯曲变形的力学分析,建立了心轴在静态偏置状态下的挠曲线方程,得出在滚针轴承处心轴的挠度值与偏置力之间的关系曲线,利用试验验证了力学分析的合理性;并通过试验研究了在静态和动态2种工作条件下心轴弯曲对滚针轴承工作的影响。结果表明,心轴的弯曲变形是滚针轴承失效的主要原因;采用组合轴承或硬质合金轴承可以改变轴承的受力状态以延长轴承的工作寿命。     

偏置工具后置式旋转导向系统导向性能分析

对新提出的偏置工具后置式旋转导向系统的导向机理、导向性能及其影响因素等做了理论分析 ,由此得出 5点结论 :(1)偏置工具后置导向的造斜能力随钻压的增加而减小 ,通过控制钻压可在一定程度上控制工具的造斜率 ;(2 )偏置工具后置导向的底部钻具组合中 ,应使偏置工具与近钻头稳定器间的距离保持在 6m以上 ,按常规钻具选配 ,其间可接 1根 (约 9m)钻铤 ;(3)不论增斜还是降斜 ,偏置工具后置的导向能力远优于前置方式 ;(4)近钻头处的钻压、弯矩、冲击、振动等是整个底部钻具组合中最强的 ,将偏置工具安放于工作环境相对较好的后置位置 ,可改善偏置工具的工作条件 ,减少其非正常损坏的几率 ;(5 )偏置工具后置在非导向状态下 ,其柔性钻铤以下的底部钻具组合相当于一套稳斜或微增斜钻具组合 ,符合导向钻具组合的施工需要。     

美国自动旋转导向钻井工具结构原理及特点

叙述了目前以井下马达为主的定向钻井工具的缺点与不足,介绍了新型自动旋转导向钻井工具的特点,特别是美国BakerHughes,CAMCO,HALLIBURTON三家公司的自动旋转导向钻具的结构原理及特点。从发展水平看,BakerHughes公司的自动旋转导向钻井工具完全解决了旋转钻井的导向问题,自动化程度高,配有随钻测井短节,可以实现地质导向,并已在多口井中实施了商业化使用。     

旋转导向钻井工具稳定平台控制功能试验研究

为了实现在全旋转状态下的钻井导向控制,在调制式旋转导向钻井工具内设置了一个可以自动调整和保持工具面角度的稳定平台。设计了基于角速度和角位置串级控制的惯导稳定平台功能的试验样机。通过以电动机为动力的齿轮驱动和全流量清水涡轮驱动的功能试验,对稳定平台的算法和控制参数进行了调试。在发电机转速为500～800r/min、下盘阀转速约为60r/min和摩擦扭矩为0.8～7.5N·m的工作条件下,系统阶跃响应调整时间约为3s,试验结果证明了系统设计和控制方案的可行性和有效性。     

导向钻井工具稳定平台试验数据无线通信系统

旋转导向钻井工具稳定平台研发过程中,有大量参数调试和数据回放,通常停机后再利用仿真工具进行数据存取,实时性和通用性受到限制。为此,设计了旋转导向钻井工具稳定平台试验数据无线通信系统。该系统既可保证数据的无障碍传输,又可避免相互之间的串扰。试验表明,该系统实现了调试设备与稳定平台之间的不间断、实时数据传输,提高了稳定平台的调试可视性和开发效率,也适用于旋转垂直钻井工具稳定平台的试验研究。