气体钻井钻杆冲蚀规律研究

针对气体钻井岩屑造成钻柱严重冲蚀的问题,基于气 固两相流和冲蚀理论,建立了环空岩屑运移模型。在Eulerian坐标系下求解气体连续相流场,在Lagrangian坐标系下对离散相岩屑粒子进行了碰撞求解,采用Grant和Tabakoff公式求解岩屑粒子冲蚀速率,借助实验数据验证了仿真模型。利用该模型研究了气体钻井中钻杆居中以及不同钻杆偏心率、井径扩大率、注气量和机械钻速下环空岩屑粒子运移规律和钻杆冲蚀特性。研究表明,岩屑对钻杆接头及下坡面本体的冲蚀比钻杆本体及接头上坡面严重;钻杆偏心和井径扩大都使局部冲蚀速率峰值增大,且偏心越严重,井径扩大越大,局部冲蚀速率峰值增速越大;机械钻速增大,导致钻杆局部冲蚀速率峰值近乎线性增加;在工程常用注气量范围内,注气量对冲蚀速率峰值和冲蚀速率平均值的影响很小。根据冲蚀规律提出如下建议：减小钻杆斜坡坡度可减少钻杆接头及下坡面的局部冲蚀;采用低转速的空气锤钻井工艺可减缓因偏心引起的局部冲蚀;井眼扩大较大时,增大注气量,通过改变岩屑粒子轨迹,可减少岩屑对钻杆本体的多次冲蚀。     

抽油机井可环空测试井筒防喷技术

为了解决抽油机井检泵作业过程中井液喷出污染环境的问题,满足生产时不动管柱过环空测试的需求,开展了可环空测试井筒防喷技术研究。通过研制Y445封隔器、阀芯式井下开关等核心工具,与抽油泵、捅杆形成防喷工艺管柱。生产时,阀芯式井下开关开启,最小内通径?36 mm,为测试仪器起下提供了中心通道;检泵作业时,下放泵抽管柱时关闭阀芯式井下开关以实现井筒防喷。利用有限元模拟分析了0~25 MPa不同套压下工艺管柱的密封性能和锚定性能,最高防喷压力28.4 MPa,防上顶力不小于422 kN。室内实验结果表明,工艺管柱在25 MPa套压下安全可靠。该技术在大庆油田现场试验了5口井,二次检泵作业2口井,施工全程井口无溢流,过环空产出剖面测试仪器通过顺畅、无卡阻,实现了抽油机井不压井检泵作业和不动管柱过环空测试。     

H-B流体在小井眼同心环空中轴向层流的运动规律

根据不可压缩粘性流体力学及非牛顿流体流变学的基本原理,推导出Herschel-Bulkley流体在小井眼同心环空(合钻杆管体环空、钻杆接头环空及钻铤环空)中轴向层流的运动规律,分别得出了流量、流速和压降的简化解析式,定义了钻杆接头(或钻铤)环空当量长度和压降增比,给出了算例,为小井眼钻井工程的水力设计计算提供了理论依据和实用方法。     

水平井喷砂射孔填砂压裂工具冲蚀规律

连续管携带的压裂工具串冲蚀十分严重,制约了水平井喷砂射孔填砂压裂工艺作业效率及推广应用.为此,通过观察现场压裂作业后井下工具串的冲蚀形态,确立了工具主要冲蚀区域的结构特征,通过数值模拟对3种易冲蚀结构进行冲蚀机理研究,找出了冲蚀速率的影响因素,提出了压裂工具的优化思路.研究结果表明:压裂工具在环空高速携砂液冲蚀下会在其...     

高压高产气井屈曲管柱冲蚀损伤机理研究

天然气在油管内高速流动对管柱造成冲蚀损伤,严重威胁气井生产和作业的安全。装有封隔器的管柱在井下各载荷作用下易发生屈曲变形,此时高压气体对管柱的冲蚀作用将更加严重,易造成井下管柱失效甚至井场事故。为此,根据发生屈曲后正弦弯曲和螺旋弯曲管柱内流道特点,以天然气流体动力学理论为基础,针对克拉2气田一口高压高产气井建立了油管的计算流体动力学模型（CFD模型）和气井出砂时砂粒对屈曲油管的冲蚀模型。对天然气在螺旋弯曲和正弦弯曲流道内流动规律进行了数值模拟,研究了砂粒对油管内壁的冲蚀速度和剪切力,得到天然气对弯曲油管的作用力以及屈曲管柱内的冲蚀规律,为实时准确地预测高产气井管柱的冲蚀损伤状态提供了依据,为管柱冲蚀损伤预防措施的提出提供了理论基础。 引用格式:练章华,魏臣兴,宋周成,等.高压高产气井屈曲管柱冲蚀损伤机理研究［J］.石油钻采工艺,2012,34（1）:6-9.     

双瓣单流阀用于连续管拖动压裂的试验与评价

为解决连续管拖动压裂过程中环空混砂液进入连续管,造成喷嘴砂堵、油管意外损伤以及开裂引起的能量外泄问题,以双瓣单流阀为对象,对内防喷工具进行深入研究。通过室内试验,采用Φ38.1 mm连续管带Φ60.3 mm单流阀,模拟与实际相近的射孔流速,验证单流阀在连续管喷射过程中的抗冲蚀性能;在现场条件下,采用Φ50.8 mm连续管带Φ73.0 mm单流阀,验证单流阀的抗冲蚀性能,并进行评价。试验结果表明:双瓣单流阀阀内结构均满足抗冲蚀要求;冲蚀后的单流阀反向密封性能良好,可防止环空混砂液进入油管而造成喷嘴堵塞;可有效防止因油管意外损伤和开裂造成的能量外泄,降低井控风险。因此,单流阀可作为内防喷工具,提高连续管拖动压裂施工的一次性成功率和本质安全性。     

φ73mm(S135)直连型钻杆的研制及应用

为解决小井眼钻井、小井眼水平井钻井和φ139.7 mm套管开窗侧钻井中输送测井仪器和钻水泥塞的技术难题,研制了φ73 mm(S135)直连型钻杆。其钻杆接头与管体一体化,不需要摩擦焊接,通过减小API规范φ73 mm钻杆的接头外径和设计新型钻杆螺纹,增大了接头外径与井眼的环空间隙,满足在深井中输送测井仪器和钻水泥塞施工的要求,保证了井下安全。现场应用情况表明,该钻杆抗拉、抗扭和密封性能可靠,机械钻速明显提高,钻井施工更加顺利。     

掏砂冲管的探讨与应用

在井下作业施工中,由于操作不慎或油水井正常生产过程中,出现过多次井下管柱砂卡、砂埋事故,小修作业往往无能为力,通常采用反扣钻杆采取套铣、打捞、倒扣的方法,在事故处理中,如果遇到套管变形,或弯斜井段、落鱼仅靠套管内壁等特殊情况时,常见的套捞倒磨无能为力,为此研制一种新型掏砂冲管,根据内冲管冲砂的原理,利用空心抽油杆加自制变扣与油管组合成冲洗管柱,解决了无内冲管的情况下,完成管内掏砂的目的。     

钻杆接头过转盘倒划眼装置设计与应用

转盘驱动钻机在钻进的过程中,钻具遇到阻卡正好在转盘面对着钻杆接头情况下,通常使用了卡瓦倒划眼进行解卡作业,其难点在于钻杆接头处的耐磨带和钻杆加厚部分减少了卡瓦与钻杆的接触面积,转盘驱动扭矩通过卡瓦很难传递到钻具,卡瓦倒划眼的安全操作难度极大、卡钻风险极高。为此,针对性地设计出了一种钻杆接头过转盘倒划眼装置,该装置的实质就是当钻杆接头在转盘内时将坐钻杆卡瓦位置上移,避开钻杆接头的耐磨带及加厚部分的位置,使钻杆卡瓦与钻杆本体接触来有效传递转盘扭矩。结合倒划眼作业状况及装置原理,进而形成了使用该装置的钻杆接头过转盘的倒划眼技术。现场应用试验结果表明,该装置能有效地解决倒划眼时钻杆接头及加厚部位过转盘的作业安全问题,降低划眼中的事故复杂。该装置在四川盆地东部地区的XCH6井进行了现场应用试验,能够安全实现倒划眼作业,快速解除井下复杂。     

封隔器在水力喷砂压裂工艺中的优化改进研究与应用

水力喷砂压裂是应用于长庆油田油气井开发增产最常用的施工工艺之一,其基本原理是利用高压管汇将混砂液注入地层裂缝,提高地层渗透率。在水力喷砂压裂中,封隔器起到实现上下油气层层间封隔的作用,其性能直接决定整趟压裂钻具管柱的施工效率。目前广泛使用的封隔器在压裂施工过程中因管柱蠕动形成的轴向位移对封隔器胶筒造成磨损伤害,同时因管柱蠕动,会带来压裂液冲蚀损伤、放喷时携砂液对封隔器反冲蚀伤害一系列问题,同时,当封隔器无法正常回缩时,还将导致工具遇阻遇卡。本文通过分析该封隔器在施工中的蠕动受损情况,探索改进设计方向,从而为提高施工效率,优化改进封隔器性能提供一种思路。     

TESCO套管钻井技术

套管钻井技术是一种节约钻井时间,降低井下事故发生的全新的钻井工艺技术。套管钻井用油田常用的套管来代替钻杆,钻头和井底钻具组合接在电缆底部,由套管内送到井底并固定在套管底部;由于套管始终在井内且泥浆循环不间断,保证了井眼的完整性,减少了类似井壁脱落、坍塌等发生的可能;不用起下钻,减少了油气侵带来的井涌或井喷的危险事故发生。     

LG地区氮气钻井实践与认识

在LG地区高研磨性含气层段的须家河组实施氮气钻井是提高机械钻速,保护油气层,有效避免燃爆事故的发生, 促进该地区勘探开发进程的关键。为此,在多口氮气钻井实践的基础上,总结了在该层段运用氮气钻井时的设备配套、施工技术难点与处理对策：①在钻井过程中要控制钻时钻进（大于5 min/m）,防止沉砂卡钻;②出现挂卡严重时,控制上提钻具吨位活动钻具,保持循环,待环空循环通道畅通后再调整钻具活动范围,直至解卡。上三叠统须家河组氮气钻井的成功实施,表明氮气钻井提高了机械钻速,也解决了含气层段空气钻井的燃爆问题。     

空气水平井中钻柱冲蚀模型与分析

空气钻水平井中,水平段携岩是一技术问题,但携带岩屑颗粒的高速气体对水平段钻柱的冲蚀也非常引人关注。利用计算流体动力学（CFD）软件计算了给定偏心距条件下水平井水平段环空中气体的速度分布和环空中岩屑的运移轨迹。通过分析了岩屑对钻柱及下井壁的冲蚀,给出不同偏心距下岩屑对钻柱的冲蚀速率,从而定性上得到岩屑颗粒对钻柱的冲蚀规律。结果表明,大环空中空气流速随着计算段长度的增大而增大,小环空中则呈现相反的规律;小部分岩屑将滞留在小环空中;岩屑对钻柱的冲蚀速率随着偏心距的增大而增大,而且偏心距在0.04m～0.06m范围内冲蚀速率达到最大。     

鄂尔多斯盆地超低渗气藏钻井技术难点与对策

针对鄂尔多斯盆地超低渗气藏开发井地层古老、砂砾岩及石英砂岩可钻性差、研磨性强、夹层多、非均质性强、有效应力高、井斜、井漏、井壁失稳、井喷、卡钻、跳钻等地层特性与井下复杂情况,从地质和工程2个因素分析了钻井过程中面临的技术难点,提出了优化钻具组合、优选钻头类型、优选钻井液、优化气层保护完井液、钻具失效预防等技术对策与措施。现场应用结果表明,有效地解决了鄂尔多斯盆地山西组开发井的钻井难题,使该井实际钻井周期缩短30%,机械钻速提高10%,为鄂尔多斯盆地超低渗气藏开发井的有效钻进和储层保护提供了技术参考。     

气体钻井钻柱失效因素分析与对策研究

文章通过对2005～2021年期间川庆气体钻井所发生的76次断钻具故障的统计分析,认为气体钻井中钻具失效的主要原因在于钻具疲劳、钻具振动、化学腐蚀以及高速冲蚀破坏等几个方面。其中,采用空气锤钻进时,在冲击力作用下钻具的瞬时中和点上移,疲劳点不一定集中于近钻头的?228.6 mm钻铤;高频段的钻具振动对钻具产生的破坏影响较小,而低频段的钻具振动会引发低阶钻柱共振,进而引起钻具振动失效;在地层产水条件下实施气体钻井时,钻具易发生溶解氧腐蚀和二氧化碳弱酸性腐蚀,造成钻具的点蚀破坏;井底岩屑伴随高速气体呈间歇性的高速撞击钻柱形成冲蚀破坏,是造成钻具磨损失效的主因。基于上述原因分析,从优化钻具组合、完善雾化基液缓蚀工艺和气体注入参数等方面提出了具体的对策,为减少后期气体钻井过程中钻具失效机率做参考。     

井下钻柱减振增压装置工作原理及提速效果分析

为了进一步提高深部地层钻井速度,基于直井钻进过程中底部钻柱振动特性的研究成果和有效利用直井底部钻柱纵向振动能量实现钻井液增压的思路,研制出了JZZY-1型井下钻柱减振增压装置。该装置工作时,能将钻柱振动能量转化为钻井液的压能,使钻井液增压并通过钻头上的特制喷嘴产生超高压射流,从而实现既减小钻柱纵向振动,又提高钻井液喷射压力来辅助破岩的目的。胜利油田3口井的现场试验结果表明,该装置能够大幅度提高钻井速度,不但结构可靠、工作稳定,工作寿命能够满足现场应用的要求,而且其减振效果优越。这表明利用钻柱纵向振动来实现井下钻井液增压是可行的,应对该增压装置进行深入研究,以满足深井超深井安全高效钻井的需求。      

深水钻井导管喷射过程中钻头与海底土的相互作用

为分析喷射下入导管过程中钻头与海底土相互作用情况,建立了导管下入过程中钻头的力学模型。根据射流理论和土力学的分析,得到了喷嘴射流力与土层临界破坏力的计算方法。研究结果表明,钻头与海底土相互作用力可分为直接作用力和射流作用力,只有当射流力较小时才有钻头直接作用地层的压力,排量是影响其作用力的主要因素。通过对现场实际案例计算,对比出施工过程中射流力与土层抗冲蚀力并得出了喷射下入过程中钻头距井底的高度。该研究成果能够结合具体海域的海底土特性,进行喷射过程中钻头及钻柱受力分析,为深水钻井喷射下入导管的钻井参数设计提供理论依据。     

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石油钻柱主要由方钻杆、钻杆、钻铤三大部分组成,因服役条件十分恶劣,使其成为钻井设备工具中的一个薄弱环节。特别是在深井、超深井及复杂地质环境条件下钻井,钻具失效事故时有发生,四川川东地区仅１９９６年～１９９７年间就发生了人钻具井下断裂事故,造成了很大经济损失。防止和减少钻具失效,关键在预防,为此,根据钻柱各部分在井内的受力特点不同将其划分为钻柱井口处、零应力点上部、零应力点附近、零应力点下部四个钻具