复合钻井防斜打快机理探讨

油气井的防斜打快问题是钻井工程中一直未能很好解决的经典性难题之一。分析了钻井参数与钻速的关系，揭示了复合钻井通过提高钻头转速，从而增加钻头破岩能量来提高机械钻速的机理；在分析井斜原因和钟摆钻具防斜打直原理的基础上，分析了直螺杆钻具和弯外壳螺杆钻具组合的防斜机理以及两者的联系与区别，指出在地层倾角较小时采用直螺杆钻具组合，地层倾角较大时采用弯外壳螺杆钻具组合，以达到防斜打快的目的。在LS001井的应用实例表明，复合钻井有较好防斜作用，机械钻速与常规转盘钻井相比有较大幅度的提高。     

钻具稳定器结构对复合钻井导向力的影响

单弯螺杆钻具+PDC钻头复合钻井已广泛在钻井提速和井眼轨迹控制作业中应用,对该类钻具组合导向力分析也有成熟的方法,但常常忽略螺杆稳定器结构的影响。为此,基于油气田现场作业应用的直棱和螺旋棱稳定器结构,讨论了螺杆稳定器外径和支点位置变化对钻具导向力的影响,建立了稳定器实际偏心距计算模型,提出了考虑螺杆稳定器结构影响的钻具复合钻井导向力分析方法。通过对单弯螺杆单稳定器钻具组合、单弯螺杆双稳定器钻具组合复合钻井导向力的分析,结果发现：①忽略螺杆稳定器结构的复合钻井导向力分析方法计算结果与钻具导向合力差别较大;②直棱稳定器由于棱槽包角的存在,等效外径周期性变化使得钻具组合导向力发生周期性增加或降低,变化幅度最高达50%,影响钻具导向稳定性能和疲劳寿命。进而提出建议：①计算复合钻井导向力时应采用考虑螺杆稳定器结构影响的钻具复合钻井导向力分析方法;②现场复合钻井时选用带棱槽包角为零的螺旋式稳定器或选用带棱槽包角小的直棱稳定器的螺杆钻具     

弯螺杆钻具水平段导向钻进稳斜能力分析

理论研究和现场实践表明,提高弯螺杆钻具组合在水平段旋转钻进时的稳斜能力有助于增加旋转钻进井段的比例、提高水平段钻井速度并降低施工风险。考虑弯螺杆钻具公转产生的离心力影响,应用纵横弯曲连续梁方法和达朗伯原理,建立了单弯双稳导向钻具组合旋转钻进条件下的力学特性分析模型。以吉林油田长深气田水平井钻井实践为例,选择典型的单弯双稳钻具组合及钻进参数配合,模拟分析了钻具结构(包括螺杆钻具的弯角度数、稳定器直径、上稳定器的直径和位置)和钻进参数(包括钻压和转盘转速)对水平段旋转钻进稳斜能力的影响规律,并以提高水平井眼旋转钻进稳斜效果为目标,推荐了单弯双稳钻具组合优化和钻进参数优选方案。     

使用螺杆钻具条件下钻井水力参数优化设计方法

螺杆钻具虽然应用广泛,但使用螺杆钻具条件下的钻井水力参数优化设计方法还不完善。为了指导钻井现场应用,以螺杆钻具的推荐工作参数为约束条件,应用数学规划方法建立了钻井液排量和钻头压降优选模型,给出了实用的钻井水力参数优化设计方法。研究表明,使用螺杆钻具时,应在螺杆钻具推荐工作参数内,以钻头水功率与螺杆钻具水功率之和最大为指标优选钻井水力参数;为了获得最优水力参数,螺杆钻具工作压降尽可能采用推荐工作压降,钻头压降尽可能接近螺杆钻具传动轴限定的最大钻头压降。      

带可调弯壳体和可换稳定器的导向螺杆钻具

带可调弯壳体和可换稳定器的导向螺杆钻具与常规导向螺杆钻具一样都是用于定向井、水平井、分支井等的钻井作业,与常规导向钻具不同的是万向轴弯壳体的弯角度可在无需拆开钻具的情况下任意调节,弯角度调节范围一般为0～3°,近钻头稳定器可在无需拆开钻具的情况下任意更换,稳定器尺寸一般可比井眼尺寸小3.175～12.7mm。钻井施工现场可根据具体工况需要实时调整导向螺杆钻具的结构及工程参数,从而提高了作业工具的灵活性和施工过程的可控性,有利于提高钻井工程质量,降低综合钻井成本。并对现有可调弯壳体螺纹易松脱、过大尺寸螺纹式可换稳定器现场更换不便的问题,提出继续优化设计的建议。     

双弯螺杆钻具几何造斜率计算式的修正

准确地设计螺杆钻具的造斜率是实现滑动导向钻井的关键技术。鉴于此,考虑下稳定器与井壁的间隙对双弯壳体钻具几何造斜率的影响,定义了间隙影响产生的附加造斜率,改进了几何造斜率的计算公式,并用改进公式分析了影响造斜率的几个因素,同时结合现场实例对改进公式的精度进行了验证。分析结果表明:对于同向和反向双弯螺杆造斜工具,当下稳定器与井壁的间隙增加时,造斜率都呈线性减小;下弯角对造斜率的影响是上弯角的4.6倍,下弯角对造斜率的影响非常显著;无论是同向双弯还是反向双弯,都有最优的造斜率,钻井现场下稳定器至钻头的距离一般选择1.0~1.5 m为宜。所得结论可为螺杆钻具的现场应用提供指导。     

螺杆钻具马达砂卡原因分析及预防措施

在钻井施工作业中，螺杆钻具常因砂卡导致螺杆马达工作失效，导致螺杆钻具报废，严重影响了正常钻井作业，现文结合螺杆钻具结构原理及钻井作业过程，分析了砂卡原因。提出了预防砂卡的措施。     

水平井眼中单弯螺杆钻具组合力学分析方法

单弯螺杆下部钻具组合在水平段力学分析时,如何精确处理螺杆弯角和多个变截面等问题十分困难.为此,利用微元法和连续梁理论,并综合考虑钻井参数、井眼几何参数和钻具组合结构参数等各种影响因素,建立了单弯螺杆下部钻具组合统一力学模型.以单弯单稳螺杆钻具组合和单弯双稳螺杆钻具组合为例,模拟计算了单弯螺杆下部钻具组合在水平段导向钻进...     

单弯螺杆钻具下入套管可行性分析

为满足造斜和复合钻井的需要,常需使用单弯外壳螺杆钻具。由于套管内径较小,螺杆钻具壳体存在结构弯角,弯螺杆钻具能否顺利下入井口段套管是目前现场面临的一个重要问题。研究单弯螺杆钻具通过井口套管时的力学特性,对于指导现场合理选取螺杆钻具组合具有重要意义。采用有限元法,分析了172 mm单弯螺杆钻具在下入直井段244 mm套管时的应力分布规律,以及不同弯角大小对单弯螺杆钻具下入性的影响。结果表明,结构弯角小于2.5°时,172 mm单弯螺杆钻具能够依靠自重顺利下入244 mm套管,螺杆钻具结构弯角为2.75°时,需要额外施加外力才能将螺杆钻具强行压入套管。     

弯外壳螺杆钻具在套管内通过能力的有限元分析

应用非线性有限元方法,研究了侧钻水平井钻井过程中,弯外壳螺杆钻具在套管内下入可行性的问题,计算了φ120单弯螺杆钻具结构弯角、稳定器间隙以及井斜角对螺杆钻具下入摩阻的影响,并给出了使得螺杆顺利下入时螺杆之上钻具的长度,以此判断螺杆是否需要借助外力就能安全下入套管内。计算结果表明,结构弯角小于2．75°时,单弯螺杆钻具的能够顺利下入φ177．8套管内,当螺杆结构弯角大于3°时,下入困难,甚至需要借助于外力才能将螺杆钻具强行压入位于井口附近的套管内。     

转盘钻井条件下套管钻井管柱连接技术

大庆油田为了实现对外围未动用储量的经济有效开采,开展了转盘钻井条件下的套管钻井技术研究。研究开发了固定式和铰接式套管夹持器、方套转换接头、偏梯扣加止扭台肩套管,以及特殊扣型加止扭台肩套管,详细介绍了其结构及工作机理,并对偏梯扣加止扭台肩套管的受力进行了计算分析,结果证明套管丝扣强度完全满足安全钻井的要求。室内检测和7口井的现场试验结果表明,转盘钻井条件下套管钻井管柱连接技术能满足现场使用要求。     

VTK垂直钻井系统在龙深1井钻井中的应用

龙深1在钻遇推覆体地层时，地层倾角变化大，自然造斜能力强，采用塔式钻具、钟摆钻具、大尺寸PDC钻头等多种防斜技术，其结果是井斜控制十分困难、钻井速度极慢；利用弯螺杆＋转盘钻井复合技术，虽然钻井速度有一定的提高，但仍不能达到提速的目的。为提高机械钻速，引进贝克休斯的VTK垂直钻井技术，它是由AUTOTRAK（闭环旋转导向系统）、高性能X-TREME马达、可靠的MWD三种技术开发出来的一种闭环自动垂直钻井技术，能够根据井眼的偏斜，经井下微处理器分析判断，使导向稳定地靠近井眼高边方向导向肋板伸出顶向上井壁，这样使钻头产生合理的降斜力，从而使井眼回到垂直轨道上来。现场应用表明：该技术较好地解决了钻井提速工作中井斜与钻压之间的矛盾，使钻井效率明显提高；为充分发挥该技术的作用，需要选择合适的钻头类型和合理的钻井液性能     

柔性短节对RSBHA导向力特征的影响分析

旋转导向系统是实现井眼轨迹精确控制的核心工具,代表了当前井眼轨迹控制技术的最高水平.在带旋转导向工具的底部钻具组合(RSBHA)中,都带有柔性短节,但至今未发现有关柔性短节对旋转导向工具控制效果影响的文献.文章在建立了带位移工作方式旋转导向工具的底部钻具组合(RSBHA)的三维小挠度力学分析模型的基础上,加入柔性短节的连续条件,采用加权余量法对模型进行了求解.分析了柔性短节位置及长度对RSBHA侧向力的影响规律,并对RSBHA进行了实例计算分析.静力学结果表明,在不同的RSBHA工作模式下,柔性短节长度和位置对钻头侧向力的影响规律不同,柔性短节材料对钻头侧向力的影响较小,而稳定器间距具有较大影响,国外公司的RSBHA结构已经过优化.     

ZJ70D型钻机双升式底座有限元模态分析

针对ZJ70D型钻机双升式底座的振动问题,在结构分析的基础上,应用ANSYS7.0有 限元软件建立了钻机底座有限元模型,计算得到钻机底座前10阶固有振动频率和主振型。对现役 钻机底座做了现场振动测试,得到频响函数曲线及前10阶模态频率。有限元计算和现场测试结果 的对比分析表明,ZJ70D型钻机转盘工作转速与钻机底座低阶固有频率接近,转盘的转动必然会 激起钻机的振动,因此需要对钻机底座结构进行调整。     

近钻头井下钻具运动特征及异常状态分析方法

目前利用相关理论模型并结合地面录井参数分析井下钻具运动特征及异常状态的方法不够准确。基于快速傅里叶变换理论和PDC钻头牙齿受力方程,建立了井底钻具运动特征的分析方法;根据一维不稳定流动理论,结合加速度理论,建立了井底异常状态的分析方法。理论分析结果与现场试验数据吻合较好。理论分析及实测结果表明:在实测井段中,滑动钻进时井底各工程参数的频谱图中存在与螺杆转子相同转动频率的主频,旋转钻进时井底各工程参数的频谱图中存在2个主频,一个与螺杆转子的转动频率相等,另一个与钻柱的转动频率相等;井底钻具阻卡后,管内压力出现第一个压力峰值的时间是环空压力出现第一个压力谷值时间的2倍,同时扭矩及振动传感器读数变化剧烈。研究表明,利用井底工程参数频谱图的主频特征可以区分滑动钻进与旋转钻进阶段,同时可获得井底钻具及螺杆的转动状态;利用管内压力、环空压力、扭矩及加速度传感器的读数变化特征可判断井下是否出现异常。建立的分析方法可为安全快速钻井及井下专家系统的建立提供理论参考。      

卫 68-FP1 井泥页岩油藏水平井钻井技术

为了解决卫68-FP1 井水平段井眼尺寸小、井下摩阻大、井眼轨迹不易控制等问题,在计算不同井眼曲率下摩阻、扭矩的基础上,结合邻井实钻资料,优化了井眼轨道设计,以降低摩阻和扭矩;根据非常规水平井的实钻经验,选用"小角度螺杆+欠尺寸双稳定器"钻具组合,并对螺杆钻具的弯角和稳定器外径进行了优化,以提高井眼轨迹控制精度;选用合理密度的油基钻井液,以保证水平段的井壁稳定性;采用C1+伽马地质导向技术,以提高油层钻遇率;制定了安全钻进技术措施,以确保钻井安全。实钻结果表明:合理的井眼轨道设计能够有效降低钻进摩阻;"小角度螺杆+欠尺寸双稳定器"钻具组合能精确控制井眼轨迹,并能提高旋转钻进比例;C1+伽马地质导向技术能确保水平段始终在油层穿行。卫 68-FP1 井的顺利完成,可为泥页岩油藏水平井的钻井施工提供借鉴。      

下套管灌浆装置的研制与应用

针对传统的下套管作业易引起粘卡事故的问题,研制了一种下套管灌浆装置。该装置可以通过使用更换转化接头的方式,在顶驱和转盘钻机上互换使用,使用中与下套管作业的顶部驱动系统连接或与转盘钻井的游车连接,依靠顶部驱动系统或转盘钻井的游车将循环下套管装置的防顶卡瓦、胶皮封隔器、导引头一起插入到套管内,利用胶皮封隔器的自动封堵作用,边下套管边灌钻井液或建立循环。现场4井次的应用情况表明,使用该装置累计节省完井时间17h,保证了套管的顺利下入,达到了预期的设计指标,节约了钻井成本。     

一种静止推靠式旋转导向钻井系统的设计方案

旋转导向钻井系统是在钻柱旋转钻进时,随钻实时完成导向功能的一种先进的钻井系统。介绍了西部钻探工程公司自主设计的静止推靠式旋转导向钻井系统的设计方案,采用模块化的设计理念将整个系统分为地面监控系统、双向通讯和动力模块、MWD模块和导向短节4大模块,各模块采用独立封装结构,用标准化接头连接,方便检测、维修和后续作业。重点介绍了导向短节的结构和旋转导向钻井系统的工作原理。     

Stick-slip oscillations of drag bits by considering damping of drilling mud and active damping system

This paper studies self-excited stick-slip oscillations of a rotary drillstring with a drag bit. In previous researches coupling between torsional and axial vibration was studied for a system with two degrees of freedom and without considering the effects of rotary table, damping of drilling mud and active damping system. In this research, for the first time a complete model is considered. This model is a discrete model with two degrees of torsional freedom and one degree of axial freedom. Both frictional contact and cutting process at bit-rock interface have been considered by bit-rock interaction law. There is a coupling between torsional mode and the axial mode through this law. In this paper, the effects of damping, active damping ratios and bit-rock interaction number have been studied on stick-slip motion. The equations of motion have been solved by numerical method. The technique of solution is Euler-forward finite difference technique. This research shows that by increasing the damping of drilling mud, bit parameter and by appropriate selection of active damping ratios, stick-slip oscillation of bit can be avoided and oscillation of rotary table be damped.     

全旋转内置式可控弯接头运动特性

为准确了解钻井过程中导向钻井工具可控弯接头的井下运动规律,根据空间机构理论,建立了全旋转内置式可控弯接头的运动模型,采用Matlab进行模拟仿真,分析了不同工具角、不同工具面角以及不同工作状态下系统的运动规律,并通过Solidworks三维仿真验证模型的正确性。通过仿真得出了关键部件内偏心环、外偏心环、钻头的角速度和位移等运动学基本参数,揭示了可控弯接头的运动特征,研究了转速、偏心距与钻头运动轨迹的关系,求得了系统中各参数随时间变化的规律。研究结果表明,随着两个伺服电机转动角速度的变化,工具角调节速度和调节加速度呈余弦规律连续变化。研究结果为全旋转内置式可控弯接头的井眼轨迹控制提供了理论依据。