连续管钻井减阻技术发展

连续管钻井技术在油气开发领域的应用越来越广泛,尤其在水平井、大位移井、多分支井、老井加深和侧钻等技术领域更具有其独特的优势。连续管因其刚度小、不旋转等原因,导致摩擦阻力大,压力传递困难、易屈曲,严重限制了连续管的应用。针对连续管钻井减阻技术,阐述了振荡减阻器、润滑剂和牵引器减阻原理。介绍了几种先进减阻工具的结构、原理和应用情况。提出了我国连续管减阻技术的研究方向。     

水力脉冲轴向振荡减摩钻井技术分析

水力脉冲轴向振荡减阻钻井技术可降低滑动钻进摩阻,改善钻压传递和工具面的控制,提高机械钻速。介绍了水力脉冲轴向振荡减阻钻井技术的减阻原理、水力脉冲轴向振荡减阻工具的结构原理。对轴向振荡减阻钻井工具进行了量化分析。现场实际应用及量化分析表明,在钻柱中加入轴向振荡减阻工具,减少了托压现象及摆工具面的时间,工具面更稳定,对常规PDC钻头具有良好的适应性,可改善钻压传递效果。该工具对MWD、LWD信号传输不会产生干扰。     

连续管钻井双向振动减阻工具设计与试验研究

连续管钻井技术面临的技术难题是摩擦阻力大和钻压传递困难,甚至在注入头施加压力和管壁摩擦阻力的影响下易发生屈曲和卡死现象。为此,在分析现有振动减阻工具优缺点的基础上,研制了涡轮式连续管钻井双向振动减阻工具。该工具利用偏心环旋转引起径向振动和水锤效应使轴向振动实现工具的双向振动,并且可以通过改变偏心质量改变工具的激振力。室内试验结果表明:该工具结构合理,工作稳定可靠,在工作排量下激振力为1 000 N,径向和轴向振动频率分别为11.3和22.6 Hz,压降约为2 MPa。该工具的研制成功可解决连续管钻井中摩阻大和压力传递困难等问题。     

复合材料连续管设计研究

连续管是连续管钻井作业中的关键部件。复合材料连续管因其具有高强度、高柔韧性和良好的耐腐蚀性在国外得到了良好的发展。通过综合分析国外复合材料连续管技术现状,并根据连续管钻井工况要求,设计了一种由内衬层、结构层和外保护层组成的3层结构复合材料连续管。内衬层主要功能为耐腐蚀,耐磨损,防渗漏;结构层能承受管体轴向拉力及压力;外保护层可以耐磨损,耐腐蚀。采用ANSYS有限元软件对结构层进行了强度分析。分析结果表明,采用高强度玻璃纤维和改性树脂通过连续编织拉挤成型工艺制备复合材料连续管结构层是可行的。通过模态分析计算,得到了其各阶振型和固有频率。     

连续管钻井震击工具的设计及研究

在连续管钻井过程中,由于连续管自身的特性,其加压后易出现摩擦自锁,进而导致轴向力传递效率低下、在水平段延伸困难等问题。为此设计了一种连续管震击工具,该工具通过提升泵入排量来启动工具,同时产生轴向震击和周向旋转,一定程度上解决了连续管钻井过程中的加压和托压问题,并且能提高机械钻速,延长钻头寿命。对工具关键部件冲击砧和圆柱销进行了有限元分析,结果表明其强度设计合理。针对工具的工作机理、震击频率和密封强度进行了地面试验,工具在工作频率达17～25 Hz、工作转速为3～11 r/min时,经长时间反复震击,没有出现泄漏,可正常工作,证明其设计合理、技术性能可靠。研究结果为国内连续管震击工具的研制提供了技术支持。     

连续管振动减摩钻井技术研究

连续管振动减摩钻井技术可以较好地降低连续管钻井过程中的摩擦阻力。构建了连续管振动减摩钻井模型,对连续管的受力及运动进行了分析。通过搭建振动钻进试验台,模拟激振器在连续管屈曲段的微井眼振动能量,开展相应的振动试验对连续管振动钻井技术进行了验证,并对不同条件下的井筒摩阻进行了比较分析。分析结果表明,轴向振动减摩效果优于旋转振动减摩效果,适当增加振动频率可提高减摩效果,应优先发展轴向振动减摩工具与钻井工艺方法;合适的振动幅度、振动频率与连续管的整体力学性能、地层特性有关;单纯通过井下工具虽可达到减摩降阻效果,但增加了井下结构的复杂性,给钻井带来了额外风险。     

连续管钻井系统压力损失实验研究

连续管钻井具有管径小、盘管流阻大、井下工具组合复杂等特点,借助相关实验研究可为连续管钻井过程中的系统压力损失计算、聚合物减阻效应、井下工具组合影响等提供实验解释。基于相似理论,确定了合适的实验系统几何参数和流动参数,开发了一套实验系统。实验台架除了包含传统实验的连续管段外,还组合了多个模拟常用井下工具。通过不同流体介质和不同弯曲半径连续管实验,得到连续管盘管段和直管段的流体摩阻、分析了连续管弯曲直径、不同聚合物添加剂以及井下工具组合的存在对连续管流体摩阻的影响。研究成果对连续管钻井现场作业有一定的指导意义。     

连续管井下减阻器研究进展

连续管井下减阻器能有效地减小连续管与井壁之间的摩擦阻力,提高连续管作业效率,延长连续管的水平进尺。重点对国外Thru Tubing Solutions公司的机械减阻器、Ander Gauge公司的轴向减阻器、Smith International公司的偏心减阻器、Baker Hughes公司的阀体减阻器和水力减阻器的结构、工作原理、技术特点及关键技术等进行了分析,并简要介绍了国内的涡轮减阻器和滚轮减阻器,在此基础上总结国内的发展现状并提出几点建议。研究内容对国内连续管井下减阻器的开发与应用有一定的借鉴作用。     

国外连续管钻井系统发展与应用

随着连续管钻井装备、钻具组合和钻井工艺的不断发展,连续管钻井技术作为一种成本低、效率高、安全可靠的新技术,已成为钻井领域的技术热点。介绍了连续管钻井系统的构成; 总结了连续管钻机发展历程和技术特点; 分析归纳了典型连续管钻具组合的结构及特点。提出了连续管钻井系统在国内的发展思路。     

连续管注入头现状及发展趋势

注入头是连续管装备的核心部件。介绍了连续管注入头的发展起源,并对现今连续管注入头的典型结构及工作原理进行了阐述。对注入头国内外发展现状进行了详细介绍,并对其发展趋势进行了总结。建议国内加大对连续管钻井装备,特别是钻井用注入头的研发力度,加快连续管装备国产化进程,为我国连续管钻井技术的快速发展创造有利条件。