基于摩阻和振荡力的水力振荡器安放位置计算方法

水力振荡器是目前缓解定向托压最有效的方法之一。在大斜度井、大位移井、水平井等复杂结构井中应用越来越广泛,并取得了较好的应用效果。但目前没有形成一套水力振荡器合理安放位置计算方法,导致应用效果参差不齐。基于摩阻和振荡力,建立了安放位置计算模型,并制作了优选图版。现场应用效果表明,该安放位置计算方法有效可行。可为水力振荡器现场应用提供理论支持和技术指导。     

低压耗增强型水力振荡器的研制与现场试验

应用水力振荡器可以解决复杂结构井钻井过程中存在的摩阻大、托压严重等问题,但常规水力振荡器压耗高,易使地面机泵超负荷运转而出现故障.为此,通过采取在振荡短节中增加1个固定活塞、增大偏心阀过流孔直径、在花键芯轴的花键端部和底部过渡位置增加过流槽等措施,对常规水力振荡器的结构进行了优化,增大了活塞反馈面积和过流面积,降低了水...     

水力振荡减阻钻进技术发展现状与展望

随着水平井和大斜度井在油气开采中的广泛应用,钻进过程中钻柱与井壁之间摩阻较大时常产生托压现象,导致无法有效施加钻压,影响机械钻速,甚至诱发黏吸卡钻等井下事故。水力振荡减阻技术采用水力振荡器在钻具轴向产生一定频率和振幅的振动,将静摩擦力转变为动摩擦力,以减少钻具与井壁之间的摩阻,具有良好的发展前景。从振动减阻的原理、国内外水力振荡器典型结构、关键技术等方面系统分析了国内外水力振荡器的研究现状,指出现有水力振荡器存在的问题,提出应发展涡轮动力水力振荡器的建议,可为该技术的发展和提高提供参考依据。     

BH-HVT 水力振荡器在三维绕障井ZH30-38 井的应用

大位移、大井斜井段钻井施工中,因钻具与井壁间摩阻大,导致钻压无法平滑地传递,经常出现托压现象,需频繁提放钻具,调整工具面,严重影响施工效率。为缓解钻具托压,在ZH30-38井三开稳斜扭方位井段应用BH-HVT水力振荡器,通过工具产生的轴向振动,使滑动钻进摩阻由静摩擦转变为动摩擦,降低了钻井摩阻、改善了钻压传递效率,提高了机械钻速。与邻井同层位未使用该工具时相比较,滑动机械钻速提高26.1%～40.4%,行程钻速提高133.1%～187.5%。水力振荡器在该井的成功应用,为大位移、大井斜井及水平井的钻井提速提供了有益的借鉴。     

水力振荡器的研制与应用

随着大斜度井、水平井钻井工艺技术的日趋成熟和小井眼技术的应用和发展,受井斜度增加、井壁摩阻大等因素影响,常规钻井中传统的依靠钻柱重力施加钻压的方法已经不能很好地满足施工需要。研制了一种利用高压液流提供轴向振动的井下工具——水力振荡器。对水力振荡器的结构、原理、技术特点、技术参数、性能试验等方面进行了详细阐述,并进行了台架性能试验,表明该产品性能和可靠性达到了设计要求。经现场井段应用验证,该水力振荡器使用效果良好。     

水力振荡器在大位移井张海29-38L井的应用

张海29-38L井是部署在埕海2-2人工岛的一口三开大位移定向井,最大水平位移2 625.38 m,最大井斜76.24.,三开滑动钻进井段频繁出现托压、压差卡钻现象.于是尝试应用了水力振荡器,其工作原理是通过自身产生的纵向振动,来提高滑动钻进过程中钻压传递的有效性和减少钻具与井壁之间的摩阻.张海29-38L井应用结果表明,应用水力振荡器井段比未使用该工具井段的机械钻速提高了218％,提速效果非常显著.水力振荡器在该井的成功应用,为探索大位移井钻井提速提供了有益的借鉴.     

埕海一区大位移水平井摩阻扭矩研究与应用

大港油田埕海一区庄海8井区按照“海油陆采”模式采用大位移井技术进行开发,针对大位移井钻井难点,开展摩阻扭矩预测技术研究。根据钻成的水垂比为3.92的庄海8Nm-H3大位移水平井实钻摩阻扭矩数据,通过建立大位移井摩阻扭矩预测模型,确定了现有钻井液体系和性能条件下的摩阻系数。分析了减摩工具、钻井液体系、井眼轨迹、钻柱结构及井眼净化等对摩阻扭矩的影响,使用与庄海8Nm-H3井类似的井身结构、钻具组合及钻井液体系及性能,采用相同的管内和裸眼摩阻系数,计算了水垂比为3.1、3.5、4、4.5、5的大位移井摩阻扭矩,结果表明,在大港油田埕海一区能够完成水垂比为5的大位移水平井施工。     

水力振荡器在储气库长水平段的应用

Y37-2H井是国家储气库项目分属榆林储气库的第一口四开大尺寸井眼注采试验水平井,也是目前鄂尔多斯盆地井身结构及完井方式最为复杂的一口水平井。由于储气库为注采合一井,具有双重功能,要承载交变载荷的变化,周期循环一般要达50年以上等特殊要求,因此,对Y37-2H井注采气井的设计、施工和完井管串 技术都提出了非常高的要求Y37-2H井除了具有储气库特殊要求的特点外,该井主要存在水平段长、摩阻大、加压困难、钻压不能有效传递等技术难点,通过摩阻分析和应用先进的水力振荡器,同时采用了相应的安全可行钻井措施,确保了长水平段的顺利完成,为长庆大库容的储气库建设奠定了可靠的技术基础。     

钻柱摩阻扭矩测试试验装置设计

现有的钻柱摩阻扭矩理论模型假设较多,导致计算值与真实值有较大差异,这严重制约了钻柱力学行为研究和钻井参数的优化。鉴于此,基于相似理论,考虑井斜角和方位角的变化,设计了可模拟不同井身结构的钻柱摩阻扭矩测试试验装置。该装置可有效测量不同钻井参数对钻柱摩阻扭矩的影响,可对任意角度的井斜角、方位角的井身结构的整体钻柱进行模拟。结合运动学和强度分析,验证了试验装置设计合理、安全可行。钻柱摩阻扭矩测试试验装置可用于竖直井、大位移井和水平井钻柱的摩阻扭矩分析、运动学和动力学等方面的研究,也可用于自动化钻井和页岩气开采等相关的科研及教学。     

φ172mm水力振荡器在川西中浅水平井的应用

川西中浅水平井由于受到地层因素的影响,普遍存在井斜难以控制,钻井效率难以提高的问题.水力振荡器可以使常规的钴具组合克服定向钻进过程中遇到的常见问题.在马蓬23-3HF井、新沙21-28H井施工过程中应用了φ172 mm水力振荡器.结果表明,合理的钻井参数配合水力振荡器能够改善并下钻压传递效果,明显降低摩阻,提高机械钻速,缩短钻井周期.     

大位移井减阻工具性能试验与数值模拟

为解决大位移井、长水平井等在钻进过程中摩阻大、托压等问题,设计了新型大位移井减阻工具。该工具利用水力脉冲压力波动,使钻柱产生轴向振动,有效减小钻柱与井壁间的摩阻,改善钻压传递,延伸定向井、大位移井、水平井等井眼长度。通过工具性能试验和数值模拟相结合的方法,验证了减阻工具设计的可行性和振动的稳定性。分析了叶轮的叶片数、承压板的通孔面积、钻井液排量等参数对减阻工具脉动压力频率和幅值、压降、轴向振动位移等的影响规律。研究结果可为大位移井降摩减阻技术研究、减阻工具参数优选等提供参考。     

国产新型水力振荡器在陕北YB536-H02井的应用

陕北地区定向水平井一般采用螺杆+PDC钻头的常规钻具组合,在斜井段或水平段钻进过程,存在钻压传递困难,定向作业托压、粘卡等现象,影响机械钻速。部分井位采用常规水力振荡器解决该问题,但同时带来工具压耗高、工具稳定性差或效果不明显等问题。陕北YB536-H02井使用国产新型水力振荡器进行施工,现场应用表明,该水力振荡器工具压耗较低,输出载荷稳定,有效降低了钻柱与井壁间的摩阻,同时避免常规水力振荡器带来循环系统压力过高的问题,解决了托压、粘卡等问题,实现了提速降本增效。     

自激式涡流控制水力振荡器研制与应用

自激式涡流控制水力振荡器具有无易损件、制造成本低和压降小的优点，可减小钻进过程中的摩阻，降低压差卡钻的可能性，改善钻压传递效果，提高机械钻速。为了解决大位移井、长水平段水平井钻井过程中的高摩阻问题，研制了自激式涡流控制水力振荡器。该振荡器由稳态射流元件和涡流可变液阻区2部分组成，主要利用射流的附壁效应和特定的流道形式产生周期性涡流，以产生轴向振荡。采用二维平面模型，基于计算流体动力学方法，采用数值模拟方法，分析了自激式涡流控制水力振荡器内部的流动状态和其性能参数与入口流量的关系。数值模拟结果表明，自激式涡流控制水力振荡器的主要性能参数压力脉动幅值与入口流量呈平方关系，压力脉动频率与入口流量呈线性关系。现场应用表明，自激式涡流控制水力振荡器不仅能显著提高机械钻速，而且不会对随钻测量工具产生影响，具有结构简单、功能可靠和工作特性优良的特点。      

基于滑移网格技术的振荡器脉冲压力数值模拟

针对现有水力振荡器的阀盘接触压力高、零件冲蚀及磨损严重、自身压耗偏大,且螺杆马达工作寿命短的问题,研制了一种采用涡轮马达作为动力系统的水力振荡器。该水力振荡器通过涡轮马达将钻井液的动能转化为机械能并驱动阀系产生周期性变化的脉冲压力,该脉冲压力作用在振荡短节使工具产生周期性高频轴向往复蠕动,改变钻柱与井壁间的摩擦状态,减小摩阻、提高机械钻速和钻压传递效率。采用理论计算及滑移网格技术进行CFD仿真的方式,重点研究了阀芯的运动规律及脉冲单元压降随阀芯转角的变化关系。结果表明:阀系开口的连通和关闭改变了流场结构,使得阀系脉冲压力发生周期性变化;采用滑移网格技术可真实地模拟阀系流场结构变化所导致的压力场和速度场的变化情况,提高了水力振荡器的研制效率,并为其优化设计提供了技术支持。滑移网格技术能够满足水力振荡器理论设计的要求,并可弥补试验研究的高成本、长周期等缺陷。     

端面密封式旋转阀结构对脉冲压力的影响

在复杂结构井的钻进工作中,水力振荡器能大幅降低井壁摩阻、提高机械钻速,脉冲压力发生单元是该工具的重要组成部件。采用CFD仿真技术基于端面密封式旋转阀系统的端面开口角α、开口圆弧内外径R和r及安装间隙h等3种结构参数对脉冲压力进行了数值模拟,研究了其结构参数对脉冲压力波形和幅值的影响规律,并应用回归分析的方法建立了脉冲压力与阀系过流面积之间的回归方程。结果表明:该阀系的结构参数及安装间隙通过改变液体在流道内的流通性,进而影响脉冲压力峰值和高压带宽范围,且基本不改变脉冲压力波形的变化规律;端面开口角α对高压脉冲宽度影响显著,开口圆弧内外径R和r对脉冲压力的极值影响较大,且会使脉冲压力曲线局部发生不规则波动;安装间隙h主要影响阀系高压幅值。提供了一种水力振荡器脉冲压力设计的经验公式,对水力振荡器的研究具有重要的参考及应用价值。     

伊拉克鲁迈拉油田S形定向井降摩减扭技术

鲁迈拉油田S形定向井钻井过程中摩阻扭矩大,部分井出现扭矩超出顶驱扭矩额定上限的问题,严重影响了钻井速度,导致钻井周期延长、钻井成本增加。为此,从井眼轨道优化、试验应用旋转导向系统和水力振荡器、优选钻井液润滑剂等方面开展了降摩减扭技术研究,形成了适合鲁迈拉油田S形定向井钻井需求的降摩减扭技术:采用S形井眼轨道,最优井眼曲率为（2.85°~3.00°）/30m,最大井斜角为30°;优选应用加量均为3%的液体润滑剂RH3和固体润滑剂超细膨化石墨;水平位移大于500.00 m或定向施工须进入Mishrif层的定向井应用旋转导向系统,其余定向井应用水力振荡器,以提高机械钻速,降低扭矩。该降阻减扭技术在鲁迈拉油田13口S形定向井进行了应用,扭矩降低30%以上,机械钻速提高37.7%,较好地解决了该油田S形定向井钻井摩阻扭矩大的问题。      

水力振荡器在新场气田新沙21-28H井的应用

定向井水平井在滑动钻进时,托压、黏卡严重,如何提高滑动钻进钻压传递的有效性、减少钻具与井壁间的静摩擦,一直是待解决的技术难题。为此,分析了水力振荡器作用机理：通过一对阀门周期性的相对运动把流经动力部分的流体能量转化为压力脉冲,将该压力脉冲传递给振荡短节,由振荡短节带动钻具在轴线方向上进行往复运动,使钻具在井底的静摩擦变成动摩擦,既有效地实现了降低钻具摩阻,又达到了改善钻压传递的效果,且不影响MWD、螺杆钻具的使用。该工具首次在四川盆地西部新场气田的新沙21-28H井进行了提高钻速应用试验,在Φ172 mm振荡器的上下位置各接入1根加重钻杆,以预防钻具轴线蠕动造成钻具应力破坏。结果表明：加接该工具的滑动钻进机械钻速提高了45.16%、复合钻进机械钻速提高了30.00%,取得了非常显著的效果。该工具的应用需充分考虑钻井设备的工作能力,最大限度发挥其潜力。     

井下振动减摩技术研究进展

在大位移井、水平井中,无论是常规管柱还是连续管作业时,由于管柱与井壁接触面大、管柱不旋转等因素,管柱与井壁之间摩阻都很大。井下振动减摩技术利用流体能量通过一定方式使管柱产生振动,从而减小管柱与井壁之间的摩擦力,增加钻头的有效钻压,提高机械钻速,延伸管柱入井位移,可有效降低油田开发成本。介绍了连续管减摩器、声波流动脉冲方法和装置、轴向振荡发生器、降摩阻短节、井下振动减摩器以及水力振动减摩加压器等国内外各种井下振动减摩技术和装置,包括原理、结构设计、特性研究以及现场应用等方面。随着我国复杂结构井的钻井和后续作业陆续出现管柱与井壁摩阻大的问题,对减摩技术的需求也越来越多,井下振动减摩技术发展前景广阔。     

钻杆旋转影响大斜度井段岩屑分布的数值模拟

为了研究钻杆旋转对复杂结构井大斜度井段环空岩屑分布状态的影响规律和钻井液-岩屑两相流动压降的变化规律,应用三维建模软件建立了复杂结构井大斜度井段物理模型,应用CFD动网格运动模型模拟钻杆在环空的旋转效果,流动域内采用Realizable涡黏模型近似求解钻井液-岩屑两相纳维-斯托克斯方程。模拟结果显示,钻杆旋转作用使岩屑沿井眼周向呈非对称状分布,钻杆旋转能够提高钻井液对岩屑沿切向的拖曳程度,显著提高了井眼清洁效果。根据CFD数值模拟结果,应用最小二乘法,结合Buckingham-π定理,建立了岩屑床比面积模型和环空压降计算模型。