复合钻井工艺中的钻头和螺杆钻具故障预报

针对复合钻井工艺中钻头和动力钻具发生故障时，钻井工程参数变化不同于传统钻井工艺，该在分析复合钻井工艺钻进特点的基础上，提出如何结合地质资料及时发现复合钻井过程中的参数异常，介绍了判断钻头和螺杆故障的方法，从而提高在复合钻井中事故预报准确率。     

复合钻井模式下PDC钻头钻进仿真研究

PDC钻头在井底的受力将影响到PDC钻头钻进效率及切削齿的磨损,尤其是在复合钻井模式下,切削齿与岩石互作用更加复杂。鉴于此,提出一种新的基于三维建模理论的复合钻井模式下PDC钻头钻进仿真方法,目的在于通过仿真结果对复合钻井用PDC钻头的切削参数进行评价。该仿真方法首先是建立复合钻井模式下PDC钻头预钻井底模型,PDC钻头按照设定钻进模式运动,将切削齿作为刀具对岩石进行虚拟切削,仿真过程中建立各切削齿的切削带模型,通过切削带计算各切削齿的接触弧长、接触面积和切削体积。理想工况与复合钻井模式下仿真结果对比表明,新的复合钻井模式下PDC钻头钻进仿真方法能够满足复合钻井模式下对切削参数的定量化评价需求,具有较好的仿真精度以及可视化效果。     

复合钻井条件下三牙轮钻头的运动仿真

运用计算机仿真技术来描述三牙轮钻头在复合钻井条件下的运动规律和工作状况，从而减少与复合钻井相关的三牙轮钻头的研发设计工作量，节约成本。在复合钻井条件下三牙轮钻头运动学分析基础上建立其数学模型及仿真模型，并采用FORTRAN语言设计和编写仿真程序。选取不同的复合钻井的钻进参数来进行仿真实验，并对数据进行了分析。结果表明，该仿真程序能较好地模仿钻头的运动情况，也为进一步深入研究复合钻井条件下三牙轮钻头的工作状况奠定了基础。     

基于机械比能理论的复合钻井参数优选方法

为了进一步提高深部地层钻井速度,利用机械比能理论对复合钻井参数进行优化。从岩石力学和能量守恒角度出发,分析了基于机械比能理论的钻井优化机理,得出了钻进参数与机械钻速之间的相互关系。在Teale机械比能模型的基础上,引入钻头滑动摩擦系数和钻头破岩效率系数,将扭矩表示为钻压的函数,解决了常规钻井中扭矩难以直接测量的问题,建立了基于比能理论的复合钻井参数优化模型,并开发了钻井优化系统。该系统在实钻过程中可以进行钻井参数的动态监测,实时反馈钻井参数优劣,提示井下复杂情况。现场试验应用后,优化井段平均机械钻速提高20%~30%,钻头使用寿命延长。研究结果表明,机械比能理论能够用于钻进参数优化,达到深层提速和降低钻井成本的目的。      

亚肯北区砾石层优快钻井技术

亚肯北区第四系及库车组上部地层发育巨厚砾石层,导致钻井过程中蹩跳和钻井效率低下,在研究分析该区砾石层特征及钻井难点的基础上,从钻头结构参数和钻具结构及钻进参数等方面优化设计了大尺寸镶齿牙轮钻头及配套钻井工艺。钻井实践表明,亚肯北地区砾石层钻井过程顺利,砾石层段大尺寸牙轮钻头寿命长达404 h,机械钻速提高了84.62%,同时大幅度地减少了钻头使用个数,减少了起下钻时间,提高了钻井作业效率。对亚肯北区钻井提速方案的制定提供了技术指导和借鉴。     

提高徐家围子深井钻井速度的优化钻井技术

针对松辽盆地徐家围子深部地层的特征，在分析该地区钻井技术难点的基础上，摸索出了一系列技术对策：对钻头结构进行了改进和优选、强化钻井参数，不断完善和提高钻头和钻井参数优选方案；积极开展该地区钻具失效预防，采取强化钻井参数措施和复合钻井技术，全面推广新型钻井液体系和欠平衡钻井配套技术的应用。为安全高效、快速优质地钻好深井，从优化井身结构、采用低压、负压技术、推广应用复合钻井技术等方面，寻找出了一套经济实用的提高深井机械钻速的措施。     

PDC钻头破岩试验系统研制

钻头质量的优劣、与岩性和其他钻井工艺条件是否相适应等,影响着钻进速度、钻井质量和钻井成本.针对相应地层优化钻头设计参数,研制了钻头破岩试验系统.该系统采用液压装置给定钻压和转矩,计算机自动检测、控制并保存相关参数,能够真实模拟和分析钻井破岩机理,为钻头的优化设计提供试验数据.试验表明,该系统测试准确、性能可靠,应用前景广阔.     

复合冲击破岩钻井新技术

针对传统旋冲钻井和扭冲钻井在钻头的匹配性及地层的适应性方面存在的局限性,结合高效钻井技术发展趋势,提出了复合冲击破岩钻井新技术,并开发了可实现扭向反转冲击联合轴向脉动冲击的新型复合冲击钻具。该钻具可将流体的液压能转换成工具扭向和轴向交替的高频冲击机械能并直接传递给钻头,给钻头施加周期性的低幅高频复合式冲击,在不需要改变任何设备的前提下提高破岩效率。在介绍复合冲击破岩钻井新技术破岩原理的基础上,详细介绍了复合冲击钻具的结构和工作原理、影响破岩效率的关键参数等。新型复合冲击破岩钻井新技术,可真正实现“立体破岩”,从而提高机械钻速和井身质量。      

单弯螺杆复合钻井时PDC钻头切削齿的工作参数

在采用单弯螺杆复合钻井时,PDC钻头切削齿的工作参数设计影响着钻头的工作性能以及钻井效率.PDC钻头在钻进过程中,钻头相对于井底做复合运动,一方面钻头绕自身轴线旋转并向下钻进,为螺旋运动;另一方面钻头在井底做规则或不规则的回旋运动.通过严格的数学推导,得出了切削齿的特征线方程,给出了刃前角和刃倾角的计算公式.利用计算公式,针对钻头结构参数,研究了侧转角、齿前角对刃前角和刃倾角的影响规律.     

SLTIT型扭转冲击钻井提速工具

在我国钻井大提速的背景下,提出了一种集机械剪切、水力和扭转冲击3种破岩方式共同作用的复合钻井工艺新技术及装备。旋转钻井过程中,在不影响钻进的情况下,扭冲工具利用钻井液驱动内部冲击锤做反复的扭转冲击,将部分流体能量转换成一定频率、周向扭转、冲击型的井底机械破岩能量,并直接传递给钻头。5口井的现场试验结果表明,扭转冲击复合钻井技术与装备适合我国的钻井技术环境,能够有效消除PDC钻头的卡滑现象,减轻钻柱扭转振荡,能够有效保护钻头和钻具等配套部件,有效降低钻井成本。     

优快钻井技术与应用

针对鄂尔多斯盆地的钻井施工难度,通过对地层岩性特点进行分析,并结合现场试验,从钻头的选型、钻井参数的优化、钻井液性能指标确定及钻具防失效的研究,开发出适合该区块地层特点的优快钻井技术。现场实施应用后,钻井速度大幅度提高,效果很好。     

塔里木泛哈拉哈塘地区扭力冲击钻井技术

针对塔里木泛哈拉哈塘地区油气藏埋藏深,二开裸眼段长,深部地层研磨性强,软硬交错,钻头吃入地层效果差,PDC钻头失效快,钻井机械钻速以及中标费用低等特点和难点,引进扭力冲击钻井技术,力求通过高效破岩技术提高机械钻速、降低成本。2012—2015年进行了36口井试验与应用,结果表明,试验与应用井段平均机械钻速达到5.74 m/h,是转盘钻井技术的2倍以上,是复合钻井技术的1倍以上,平均单井缩短钻井周期25.87 d,提速效果和经济效益显著,为塔里木台盆区深井、超深井钻井提速降本提供技术支持。     

PDC钻头在普光10井空气钻井中的应用

长期以来人们一直认为,在气体钻井中PDC钻头机械钻速没有牙轮钻头高,而且气体散热能力差,易损坏PDC钻头的复合片而使钻头早期失效,因此,在气体钻井中绝大多数使用牙轮钻头。在普光10井空气钻井中应用PDC钻头,主要目的是验证PDC钻头的适应性,并探索在高陡构造、岩石可钻性差的地层控制井斜和提高钻井效率的方法。在该井空气钻井施工中,利用PDC钻头加较低的钻压便可获得较高机械钻速,配套应用塔式防斜钻具,达到了有效控制井斜和提高钻井效率的目的,最大井斜2.59°,比邻井空气钻井井斜小13.6%~75.4%,PDC钻头钻进进尺1517.08m,机械钻速8.63m/h,比邻井普光101井机械钻速高67.1%。通过分析认为,气体的散热效果并不是影响PDC钻头寿命的根本原因,而只影响井眼环空的畅通和单位时间通过钻头的气量;PDC钻头+塔式钻具可有效地控制井斜,提高钻井效率。     

PDC钻头与动力钻具的优化匹配和钻进特性研究

动力钻具配合PDC钻头钻井，可以大大地提高机械钻速、降低成本、缩短钻井周期。螺杆钻具的高转速可以为PDC钻头提高切削速度提供井下动力保障。在动力钻具与PDC钻头配合钻井时，首先选择配合较好的动力钻具和PDC钻头．然后根据其性能和要求选择合适的地层。文章从金刚石钻头破岩的机械和水力参数出发．分析了金刚石钻头与动力钻具的优化匹配问题。     

涡轮钻具复合钻进技术

涡轮钻具复合钻进技术是大幅度提高钻井速度、防斜打快的主要手段之一,随着涡轮钻具性能、型号的完善,加上高效PDC钻头的蓬勃发展,涡轮钻具复合钻井技术将得到大规模推广应用。在对涡轮钻具和螺杆钻具结构、性能和使用优缺点进行对比的基础上,提出了涡轮钻具复合钻进最佳工况的概念,给出了明确的转速范围;从涡轮钻具的特性和PDC钻头配合要求着手,详细论述了涡轮钻具复合钻进的机理;建立了涡轮钻具系统在钻井过程中的动态和纵向振动模型,为获得最佳的涡轮钻具复合钻进效果提供了理论依据。在国内高陡构造的典型地区进行防斜打快的应用实例表明,机械钻速明显提高,钻井周期大大缩短,钻井成本大幅度下降,经济效益显著。     

川西新场气田深井钻井配套技术及其应用

针对新场气田深井钻井周期长、机械钻速慢、现有钻井技术影响和制约后期完井和增产的实际问题,深入分析研究了影响新场气田深井钻井提速的关键制约因素,提出了优化完井井身结构、推广应用欠平衡钻井技术的建议。在新型井身结构下优选钻井参数,优化钻压和转速;选用长寿命高效钻头;在消化吸收集成创新基础上,形成了具有新场气田工程地质特征的钻井配套技术。应用表明：形成的钻井配套技术能大幅度地提高深井钻井综合效益,达到了“缩短钻井周期、降低钻井成本、提高钻井效益”的目的。     

气体钻井井斜控制技术与应用

川渝地区的深探井,由于初次开钻井眼尺寸大,地层复杂,钻井机械钻速极低,不仅钻井周期长且极易发生断钻具、恶性井漏等井下复杂事故。如何提高钻井速度一直是该区钻井工作的一道难题。为此,总结了近几年来气体钻井的现场实践经验,结果发现：①采用气体钻井技术能够显著地提高钻井速度,钻井机械钻速可以提高3～15倍;②采用常规的牙轮钻头钻井容易发生井斜,虽然采用恰当的钻井参数能有效地控制井斜,但增加了气体钻井的难度,而且钻井速度会明显降低;③采用空气锤不仅能够保证良好的井身质量,而且能保持较高的机械钻速。通过几口井的试验研究已形成了有效地控制井斜的工艺技术和方法,大大提高了钻井效率,节约了钻井成本。     

自动垂直钻井系统BHA力学分析的一维模型

为了指导自动垂直钻井工具的研发和现场应用,并且为自动垂直钻井系统底部钻具组合的优化设计提供理论依据,在充分调研自动垂直钻井系统的结构特征、工作原理的基础上,用纵横弯曲法建立了加装自动垂直钻井工具的BHA的一维力学分析模型,建立了自动垂直钻井系统的BHA的普遍力学方程。确定了钻头和上切点处的边界条件,推导出钻头侧向力和钻头转角的计算公式。应用所建立的力学模型能准确地计算出稳定器支点的内弯矩和梁柱各点处的挠度,同时也可以计算出一定工作条件下的钻头侧向力和钻头转角,通过分析钻头侧向力和钻头转角随钻进参数的变化规律可以分析钻进参数对自动垂直钻井工具造斜能力的影响规律,为指导自动垂直钻井工具的现场使用提供理论依据。     

基于静摩擦扭矩释放的快速滑动定向钻井技术

由导向马达、随钻测量系统构成的滑动钻井仍然是目前的主要定向钻井方式。国外近年发展起来的一种依靠控制钻柱旋转扭摆的工艺方法,突破了滑动钻井工艺中马达导向所面临的局限性,同时费用又低于旋转导向系统。该方法以滑动动摩擦原理及其优势为基础,建立了钻柱物理模型,把滑动钻井时井下钻柱摩擦力的分布状态划分为3个典型区间:地面扭摆作用区、静摩擦区、反扭矩作用区;由自动扭摆控制软件系统对顶驱扭矩、钻头钻压和钻进速度的连续不断地测量,自动计算和最大限度地扩展地面扭摆作用区的长度(或减少下部动力钻具静摩擦区的长度),实现钻柱摩阻的减少,从而有效地提高了滑动钻井的机械钻速、提高定向作业纯钻时效,减少导向马达和钻头的损坏。实例运用结果表明:该方法能够提高机械钻速近50%,与常规复合导航钻井相比,节省了调整工具面角的时间损失,因而是一种极具发展前景的技术。