套管钻井可回收井底钻具组合方案设计

套管钻井技术是将钻进和下套管合并为一个作业过程。进行可回收式钻具组合设计，就是为了钻头和井下工具在不需要进行常规起下钻作业的情况下实现更换。简要介绍了国内外钻井公司的套管钻井技术发展现状、可回收钻具组合的作用原理及部分钻具组合的设计设想，提出了井口装置、固井工具串及钻进工具串的方案设计，对部分组件进行了现场模拟试验，基本达到了设计要求。     

套管钻井技术简介

套管钻井技术是由德士古公司研究成功的 ,其目的是降低钻井成本 ,提高钻井效率以及用随时下套管方式把井眼问题控制到最低程度。所谓套管钻井技术是指用套管代替钻杆向钻头传递水力和机械能量 ,对钻头施加扭矩和钻压 ,实现钻头的旋转与钻进。整个钻井过程不再使用钻杆、钻铤等 ,钻头是利用钢丝绳投捞 ,在套管内实现钻头升降 ,即实现不起钻更换钻头。该技术减少了起下钻、井喷和卡钻等井下事故 ,提高了钻井安全性 ,降低了钻井成本 [1] 。它是用一种可回收式和重新下入井中的纲丝绳井下钻具组合进行钻进 ,起下钻不需要起下套管。井下钻具组合…     

短半径水平井铰链式井下动力钻具组合力学模型的建立与分析

铰链式井下动力钻具组合是当前短半径水平钻井中最先进的一种新型工具。本文首先建立了铰接式井下动力钻具组合在二维井身条件下的力学模型并介绍了该模型的求解方法和过程,详细分析了若干结构学数、井身几何参数和钻井工艺参数对钻头侧向力的定量影响,为铰接式井下动力钻具组合的结构设计和短半径水平井轨道控制提供了力学分析基础。     

套管钻井底部钻具组合送入与回收装置的研制*

可回收式钻具组合的套管钻井技术是指钻头等井下钻具能通过绳索回收装置下至井底,并在钻头失效后回收至地面,更换钻头后再入井钻进.采用钢丝绳起下井底钻具的技术,取消了起下钻到划眼和划眼至井底的做法,减少了井斜问题,使作业效率大大提高.研制的送入与回收装置结构设计合理,原理可行,安全可靠,能够顺利实现送入与回收功能,送入与回收成功率均为100%;该送入与回收工具技术成熟,也可应用于绳索取心和水合物取心操作,达到了推广应用的水平.     

螺杆钻具大修工艺探讨

螺杆钻具又名定排量马达(PDM),是一种容积式井下动力钻具,也是当前运用最为广泛的一种井下动力钻具。当前低油价背景下,螺杆钻具重复利用成为各大油服公司降本增效的有效手段,因此螺杆钻具大修工作量随之增加;为了保证大修螺杆钻具大修质量和井下安全,对螺杆钻具组成和原理进行描述,并对螺杆钻具大修过程进行详细描述。     

COLT连续油管井底钻具组合

美国ＡｎＴｅｃｈ有限公司推出一种用于在欠平衡状态下钻短半径油气井的ＣＯＬＴ连续油管井底钻具组合。这种井底钻具组合采用可间断或连续转动、能够控制钻头方位的电驱式定向装置 ,在钻造斜段或直井段时 ,钻头定向装置能随着钻具一起转动。它还装有若干使用缆式遥测装置的传感器 ,用于将井底情况、钻具工作状态和地质资料实时反馈给钻井工作人员。这些传感器为压力补偿式钻压传感器和井下压力传感器 ,以及钻头方位传感器和伽玛射线传感器等。井下信息数据被连续不断地传递到地面井底钻具组合显示面板 ,钻井作业人员可通过分析这些井下信息…     

套管钻井是一种有效的钻井方法

套管钻井系统是由地面和井下两部分装置组成 ,用常规套管代替钻杆 ,钻进和下套管作业同时完成。通过套管将液压能和机械能传递到套管下端短节内的可回收式钻具组合。套管和钻杆一样旋转 ,泥浆从套管内径进入井底 ,从环空返回地面。先导试验表明 ,套管钻井技术利用常规套管钻井代替钻杆钻井 ,大大地减少了钻井成本 ,提高了完井速度 ,且套管钻井更加安全 ,节省了更换钻头的起下钻时间。套管钻井较常规钻井可以提高钻速 30 % ,代表了钻井技术发展的主要趋势     

存储式井下振动测量工具的设计与室内试验

钻井过程中,如能成功地进行井下钻具的振动测量,则有助于了解钻具的振动状态及引起钻具振动的原因,从而采取相应的措施,减小振动,以减少或避免井下钻具的过早损坏、失效。因此,研制井下振动测量工具,对钻具的防振和保护具有很重要的意义。完成了存储式井下振动测量工具的总体设计,提出了具体的电子测量系统实现方案,进行了电子元器件选型、电子电路设计和控制软件开发。介绍了存储式井下振动测量工具的机械设计思路和过程,完成了机械系统结构设计和强度校核。最后,进行了存储式井下振动测量工具样机的室内试验,应用振动分析软件回放了测量数据,试验证明,样机设计合理,具备现场试验的条件。      

套管钻井技术进展和前景

在简述套管钻井技术的特点以及与常规钻杆钻井相比具有的优势,详细介绍了Tesco公司的可回收式钻具组合套管钻井技术及最新的尾管钻井技术,分析了这2种钻井技术配套装备的结构组成及工作原理。最后简要介绍了我国套管钻井技术的发展,并结合北京石油机械厂的顶驱下套管技术,探讨了套管钻井技术在我国的应用前景和推广价值。     

Austin白垩层水平钻井中旋转钻具组合的卓越性能

把可变稳定器放在螺杆钻具的下部正被逐渐用于水平井钻进中，利用这种新型的井下钻具结构庆旋转时控制井斜，而且马达的原有钻速不受影响。应用这种新型的井下钻具组合可以减少起下钻次数；增辕水平段长度，减少泥浆添加剂的使用凤及在深井、和高温井下延长ＭＷＤ和马达的寿命。另外，现场试验前的软件模拟提供了较准确的井下钻具组合，进一步减少了现场试验的费用。     

小井眼钻具非线性力学分析及应用

考虑钻具沿井深和井眼圆周方向的随机接触摩擦以及钻具在钻压、自重作用下的纵向弯曲,建立起小井眼下部钻具双重非线性力学分析模型,运用空间梁单元和多向接触摩擦间隙元进行求解。经现场试验表明:用该理论方法所设计组配的三稳定器和四稳定器防斜钻具组合起到了良好的防斜效果,机械钻速得到明显提高,为小井眼钻具设计提供了一种实用的计算方法。     

带双心钻头底部钻具组合的分析

针对使用双心钻头钻进时扩孔尺寸不理想、钻具工作不稳定、井斜趋势引起钻头工况对钻压非常敏感等问题,对底部钻具组合的受力、变形和运动状态等方面进行了分析研究表明,由于双心钻头几何设计的独特性,工作时钻头上受有不平衡力,这使得钻头切削不稳定,且影响钻柱变形。钻柱变形后,钻头相对井底偏转,偏转的方向和角度影响钻头的有效切削面积;钻柱的运动方式,即自转和公转,也影响扩孔尺寸和钻头稳定性。通过简单试验,认为钻头的不平衡力使钻具倾向公转;另外井斜、井眼弯曲也对钻具运动状态有很大影响,表现为钻具稳定性对钻压的变化非常敏感。     

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在丛式钻井设计中，下部钻具组合性能分析、井眼轨道控制和预测都是十分重要的技术问题，而要解决这些问题必须对下部钻具组合进行受力变形分析。本文根据丛式钻井中钻柱的实际工作状态，选取口至井底的整个钻柱为研究对象，充分考虑各种因素，首先建立了整体钻柱静力分析模型，然后根据整体钻柱的受力变形分析值，建立了修正的下部钻具组合静力分析模型。该模型与以往一些下部钻柱静力分析模型相比，简化少，考虑因素多，钻头处的变     

鱼骨型分支井开窗下部钻具力学性能分析

鱼骨型分支井开窗时下部钻具组合在井底的受力及变形特征直接影响分支井眼的轨道形状,分支井眼轨迹控制不当将难以保证轨迹在储层中有效穿过,从而直接影响鱼骨型分支井的产量,同时分支井眼的窗口质量好坏也将影响主井眼完井管柱的安全下入。采用有限元法建立了鱼骨型分支井开窗时下部钻具组合力学性能分析的有限元模型,分析了开窗时下部钻具的受力及变形特性,计算了开窗时下部钻具组合的造斜能力,分析了下部钻具组合结构及工具面角对造斜能力的影响。新疆油田的应用实践表明:理论计算鱼骨型分支井开窗时的造斜率符合实钻结果,误差在13%以内,在工程应用中是可靠的。该分析方法可以为鱼骨型分支井开窗时井眼轨道的有效控制提供依据,具有重要的现场应用价值。     

水平井眼中双稳定器钻具组合的力学特性分析

目前国内以旋转导向螺杆钻具组合为主的长水平段钻进后期存在滑动摩阻大、纯钻时效低和单趟钻进尺较少等问题,造成非常规油气藏的勘探开发成本普遍较高。鉴于此,利用井斜趋势角的概念,对常规双稳定器钻具组合钻进长水平段时各种因素对井斜趋势的影响规律进行分析,设计了一套适合胜利油田樊154区块长水平段稳斜钻进的双稳定器常规钻具组合。研究结果表明,采用双稳定器钻具组合钻进水平段时,稳定器位置、直径、钻压以及井径扩大率等是影响井眼轨迹控制效果的关键参数;在其他参数不变时,随着第1稳定器外径的减小或第2稳定器外径的增大以及钻压的减小,双稳定器钻具组合的增斜趋势将逐渐减弱、降斜趋势逐渐增强。     

预弯曲动力学防斜打快钻具组合动力学模型

建立了预弯曲动力学防斜打快钻具组合的动力学模型,对其动力学特性进行的仿真研究。结果表明,这种模型可以较好地反映出钻具组合在井下的涡动轨迹、涡动速度和涡动方向,同时能近似地计算出这种钻具组合的动态相对防斜力大小。钻具组合的涡动使得钻头对下井壁的动态侧向冲击力明显大于对上井壁的动态冲击力,从而使钻头具有较大的动态防斜力。通过合理设计结构参数和施工参数,可以有效地改善预弯曲动力学防斜打快钻具组合的涡动特征,从而使这种钻具组合具有较好的防斜效果。预弯曲动力学防斜打快技术的使用钻压比钟摆极限钻压提高50%以上,相应地提高了机械钻速。     

预弯曲动力学防斜快钻技术的试验研究

预弯曲动力学防斜打快钻井技术主要利用预弯曲动力学防斜打快钻具组合在井眼中的涡动特征，在钻头上形成一个远大于钟摆降斜力的防斜力，从而使井眼保持垂直。预弯曲动力学防斜打快钻具组合是一种带预弯曲结构的特种钻具组合，钻进时，其在井眼内形成特定的涡动轨迹，引起钻具组合以较大的不平衡几率向下井壁方向振动，从而实现向下井壁的冲击力。常规钟摆和满眼钻具组合的工作原理都是力求钻具组合发生尽可能小的变形，减小钻具组合因变形引起的增斜力。预弯曲动力学防斜打快钻具组合在胜利油田史138-6井进行的试验表明，这种方法具有很好的防斜打快效果。与邻井常规钟摆钻具组合相比，这种钻具组合的钻压提高50％以上，机械钻速则提高120％。文中给出了钻压和转速对预弯曲动力学防斜打快钻具组合防斜力的影响规律。     

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针对易斜地区防斜打快问题,文章提出了利用单弯螺杆钻具配合转盘钻进行井斜控制的下部钻具组合设计及使用方法。采用有限元分析方法，建立了这种下部钻具组合的力学模型，利用该模型定量分析了其控制井斜的力学特性，从理论上分析了这种下部钻具组合控制井斜的主要影响因素，为优化这种钻具组合和施工参数设计提供了理论依据。在新疆油田易斜地区应用实践表明，这种钻具组合可在小钻压、低转速条件下有效地控制井斜，提高机械钻速，且不会影响下部钻具组合的安全，为在易斜地区防斜打快提供了新的方法。     

Study of a Mechanism for Well Deviation in Air Drilling and Its Control

Abstract

Air drilling applied in an oilfield of western China shows its advantages in enhancing the rate of penetration (ROP) and oil reservoir protection. However, wells deviate more severely in air drilling than in mud drilling, which constrains the its application. The main factors resulting in well deviation are bottom hole assembly (BHA) and formation. This article analyzes these two factors in air drilling. The analysis shows that there is no significant difference in the behavior of BHA during air drilling and during mud drilling. BHA is not the critical factor that results in more serious well deviation in air drilling. The fundamental reason is that the bottom hole formation character changes in air drilling. Air replacing mud in a bore hole would lead to redistribution of bottom hole stress. Greater anisotropy index of formation in air drilling leads to more serious well deviation, and the increasing invasion depth of bit teeth in air drilling aggravates the well deviation. This article will analyze the above changes quantitatively by describing rock failure of anisotropy formation in air drilling. Based on the mechanism of well deviation, two types of BHA are recommended: air hammer and pendulum assembly with air motor, which have been proven as effective measures of controlling deviation in air drilling in Tarim oilfield.     

预弯曲钻具组合特性分析及其应用

为提高定向井的钻井速度,减少频繁起下钻次数,通常采用预弯曲钻具组合进行造斜、稳斜钻进。对预弯曲钻具组合的特性进行了分析归纳,并对稳定器与井眼的间隙、稳定器与井底的距离,井斜角等因素对钻具组合特性的影响,做了详细的分析。在理论分析的指导下,对长庆油田西峰地区、华池地区的合侧向力进行了计算,得出相应的预弯曲钻具组合,完成了3口井的钻进试验,试验井段平均提高钻速43%~55.9%,取得了预期效果。