脉冲式井下增压钻井装置关键参数设计与分析

为了提高深井超深井的机械钻速,降低钻井成本,综合利用脉冲射流和超高压射流钻井的优点,设计了脉冲式井下增压钻井装置。介绍了其结构和工作原理,根据不同钻井状况有针对性地设计关键参数。根据研究,确定高压活塞作用力取为钻压的35%,PDC钻头钻井时高压活塞直径取30 mm,牙轮钻头钻井时高压活塞直径取35 mm,活塞行程根据钻头在井下振动的位移确定,取为25 mm,活塞频率为4和6 Hz,计算得到高压流体排量。由于脉冲式井下增压钻井装置内、外压差作用在传动轴上端面,具有水力加压作用,所以针对不同钻头钻井情况,进行水力加压作用力计算。     

射流式井下增压装置的试验研究

为了测试射流式井下增压装置的整机性能,对该装置进行了地面模拟测试和整机试验研究。研究结果表明,增压出口压力示值的变化与输入排量和节流压降直接关联,且立管压力波动也反映出设计的工具压耗与实际试验压耗相吻合。同时通过试验也反映出,为适应钻井工艺的要求,必须增大增压比来实现在低节流压降条件下,达到高增压出口压力,进而满足循环系统对循环压力的要求。该试验初步验证了新型射流式井下增压装置设计的可行性,整体设计指标达到预期的要求。     

井下增压钻井技术的新进展

以泥浆作动力在井底实现增压作业是一种将超高压水力破岩作用与机械破岩作用紧密结合起来进行钻井的新工艺，它可以大幅度提高钻井速度，降低钻井成本。     

射流式井下增压装置的设计

探讨了新型射流式井下增压装置的射流元件、组合阀、增压缸体和外缸体等关键部件的设计问题。基于实际钻井工艺的要求,引入射流元件作为增压器的控制和执行机构,增压装置结构设计简洁,流道设计空间大,并可以通过部分零部件的调整装配来满足不同增压比和增压输出排量的变化要求,外型设计尺寸和接头规范满足现场工艺要求。     

螺杆式井下增压钻井装置原理及设计

为了提高钻探效率,设计了螺杆式井下增压钻井装置,该装置主要由动力单元、动力转换单元、固液分离单元、增压单元以及高压流道单元组成。动力单元将钻井液的水力能量转换为螺杆泵马达转子的转动扭矩,动力转换单元将转子的旋转运动转化为增压缸柱塞的轴向往复运动,固液分离单元对被增压的钻井液进行过滤,增压单元通过柱塞的往复运动来压缩缸内的钻井液,对钻井液增压,高压流道单元将增压后的钻井液输送给钻头的高压喷嘴。现场试验表明,螺杆式井下增压钻井装置除换向机构有较大磨损外,其他零部件均无明显损伤。因此需对换向机构进行改进,以达到螺杆式井下增压钻井装置的寿命要求。     

螺杆式井下增压钻井装置的原理及设计

井下螺杆动力增压系统是从一种全新的原理出发,利用现有成熟技术,研制出一套将螺杆钻具作为动力的井下增压装置,产生超高压水射流,实现水力机械联合破岩,提高钻井效率.增压装置主要由动力单元、动力转换单元、固液分离单元、增压单元以及高压流道单元组成,动力单元将钻柱内的钻井液压能转化为转子的旋转扭矩,由现场用螺杆钻具改进而成;动力转换单元将转子的旋转运动转换为柱塞的轴向往复运动,设计关键是两个斜置圆柱凸轮槽的轨迹;固液分离单元用以过滤进入增压缸的钻井液,防止增压缸阀门阻塞;增压单元通过柱塞的往复运动来压缩增压缸内的钻井液实现增压;高压流道单元将增压后的钻井液输送给钻头上的超高压喷嘴,改进高压合金管的连接方式,提高密封效果.该装置流道简单,制造容易,并且性能稳定、强度高、使用寿命长,能满足现场使用的需要,为新型井下增压器的设计奠定了基础.     

井下螺杆增压钻井装置设计与应用

为了提高机械钻速,降低钻井成本,提出了一种新的井下增压装置的设计方法。分析了井下螺杆增压钻井提速装置的工作原理,并对其关键部分进行了改进优化。通过理论计算和试验,得到了弹簧的设计参数与射流破岩的优化参数,指出高压射流在100 MPa高压下,喷射角度为0°,喷头以1 mm/s的速度向前移动时,喷头的最优喷距为6 mm。硬地层2口井的现场试验结果表明,在同等钻进参数条件下,与邻井相比,使用该井下螺杆增压钻井装置的平均机械钻速分别提高了52%和66%。     

井下增压钻井技术前景展望

用成本分析的方法,预测了井下增压钻井技术中关键设备增压泵的性能、寿命、成本与钻井成本的定量关系;提出了该系只有达到最佳设计目标,推广应用才能有钻井成本下降和钻井周期缩短的最大效益;并初步对增压回路和有关参数从增压钻井机理、工艺要求和最佳设计目标等方面进行了定性、定量分析与对比;认真剖析了国外增压泵在井下机械断裂、密封失效、整机可靠性差的原因;介绍了国内井下增压泵取得的最新进展,同时指出,这项关键技术所具有的特点,已为达到最大效益创造了条件,带来了希望。     

新型井下水力增压装置的实验研究

针对如何充分有效地利用井底的水力能量 ,既要能提高水力能量的利用率 ,又要易于井下实现的问题 ,设计了一种新型井下水力增压装置 ,该装置依靠脉冲射流的卷吸、自激振荡反馈负压区的形成 ,以及井壁环空液柱压力的它激作用实现井下增压 ,所用增压介质仅为井下环空流体。利用井下环空流体对该装置进行了自增流量实验和射流瞬时动压力实验 ,并由此得出结论 :(1 )在实验条件下 ,自增流量达 2 0 %左右 ,最佳开孔直径d =8mm ,最佳开孔位置h =8mm ,最佳开孔数目n =2 ,对称布置 ;(2 )最佳自增流量开孔方案是 :单孔 8mm ,其开孔位置h =8mm ;双孔 8mm× 2 ,其开孔位置也是h =8mm。     

离心式井下增压装置的系统设计

针对目前国内外超高压射流钻井技术采用柱塞式增压器普遍存在寿命短、工作可靠性差的问题,提出离心式井下增压装置的结构设计方案。这种增压装置由动力单元(涡轮动力机)、固液分离单元、增压单元(离心泵)和流道短节单元组成,通过钻井液驱动涡轮动力机旋转,并带动固液分离装置和离心泵高速旋转,使部分钻井液增压,达到提高射流压力和速度的目的。现场试验证明,这种离心式井下增压装置可使钻井液在井底的压力达到30MPa。     

随钻仪器井下降温系统传热特性研究

提高随钻仪器抗高温能力是石油工程技术中一个重要的研究方向,而为随钻仪器增加降温装置构成井下降温系统是解决措施之一。鉴于此,基于传热学理论和数值方法,建立了随钻仪器井下降温系统模型,确定了影响传热效果的相关参数,分析了各参数对传热特性的影响规律和影响程度。研究结果表明：(1)影响传热效果的参数有环境温度,钻铤导热率,绝热材料导热率和厚度,电路系统导热率,直径和热功耗,冷端有效制冷功率和直径。(2)钻铤和电路系统导热率对温度变化影响不大;随着环境温度和电路系统热功耗的增加,电路系统温度呈线性增加;随着绝热材料导热率和电路系统直径的增加,电路系统温度呈非线性增加;随着冷端有效制冷功率的增加,电路系统温度呈线性降低;随着冷端直径和绝热材料厚度的增加,电路系统温度呈非线性降低。(3)各参数的影响程度依次为(冷端有效制冷功率/电路系统热功耗)>环境温度>电路系统直径>绝热材料导热率>绝热材料厚度>电路系统热功耗>(冷端直径/电路系统直径)。研究结果可为随钻仪器井下降温系统的设计提供理论支撑。     

井下钻井液采集模拟装置的设计与试验

目前,井下气体检测技术研究存在的主要问题集中在井下高压钻井液的采集与压力释放方面,并且缺少相应的模拟试验环境。针对这一难题,研制了一种井下钻井液采集模拟试验装置。阐述了其结构和原理,并通过仿真模拟论证了采用该装置完成井下钻井液采集的可行性。将该模拟试验装置接入气液分离膜与微型气体检测器进行试验,实现了井下气体检测录井的功能。     

井下压力计检定装置误差分析

为了使井下压力计能准确录取资料，需要对作为专用计量器具的井下压力计检定装置进行误差分析。计量了采油厂普遍使用的二等标准井下压力计检定装置的几种误差，并在此基础上，给出了计算误差的方法。通过计算，得ＹＵ－６００型活塞式压力计组成的检定装置的误差值。     

欠平衡井底压力采集系统的研制与应用

在欠平衡钻井、空气或泡沫钻井中,当钻井液含有多相流时会出现井底压力不清楚、地层压力预测误差较大、欠平衡井底负压值控制不准确等问题。通过在三开欠平衡井段的现场试验,实测出钻井过程中在井底存在多相流时的井底压力,发现理论计算误差在10%左右,在有气侵的情况下误差高达13%,为此,提出一种利用实测井底压力准确计算地层压力的新方法,完井实测地层压力证明了该理论计算的准确性。它能准确计算出井底负压值以及环空钻井液平均密度的大小,合理确定后续欠平衡钻井的钻井液密度,从而发展和完善了欠平衡钻井井底压力控制技术,实现了欠平衡钻井数据采集分析的定量化、标准化和自动化。     

空气钻井过程中井下复杂问题处理方法

空气钻井作为既能提高钻速又能有效保护储层的欠平衡钻井技术越来越受到广泛的青睐。近年来国内空气钻井数量逐年递增,通过实施空气钻井发现了很多非常规的油气资源。在油气资源勘探开发过程中,实施空气钻井作业虽然有利,但是空气钻井的制约因素也不容忽视。随着石油行业对空气钻井的不断重视,同时使得空气钻井技术也有了迅速提高,但是空气钻井作业过程中地层出水、井壁稳定、含硫地层、井下燃爆等问题仍然是制约空气钻井能否顺利施工的重要因素。文章通过长庆苏里格地区非储层段空气、泡沫钻井实践,分析了空气钻井过程中的复杂情况,同时对井下复杂问题处理过程进行了分析、总结,形成了一套适合长庆苏里格地区空气钻井复杂问题的处理方法。     

国内外超高压喷射钻井技术研究探讨

超高压喷射钻井技术可大幅度提高钻头进尺和机械钻速，并降低钻井成本，为高效快速钻井开辟了广阔的前景，在总结国内外超高压喷射钻井技术研究状况的基础上。结合目前喷射钻井的实际状况，探讨了当前国内研究开发30-50MPa井下增压泵的可行性和现实意义。对我国高压喷射钻井技术的发展有较大的促进作用。     

井下液压元件高温高压试验装置研究与应用

井下液压元件高温高压试验装置不需要模拟井下泥浆柱的压力,而只需模拟系统压力及井下高温环境来测试井下液压元件工作性能。通过对井下液压系统结构特点及工作原理的分析,论证了此试验装置的可行性,达到了模拟试验的目的。此试验装置的研制解决了研究开发及产业化中液压元件检测的难题,具有很高的经济价值及实用价值,在实践中已经得到成功应用。     

可控型循环压井钻孔装置的研制与应用

要重新恢复不规则封堵的老井或长停井时,现场施工中需要一种配套设备对油井进行泄压、压井,然后安装井口装置。为此,研制了可控型循环压井钻孔装置。该钻孔装置用卡箍与套管固定,用简易手动泵推动活塞向钻头加压,在油井套管钻孔建立压井通道后,可对油井进行有控制的泄压、压井施工。现场应用结果表明,可控型循环压井钻孔装置是一套安全、可靠、实用的工具,具有耐压高、操作简便和井口压力可控的特点,设计强度满足高压井口的要求,成功解决了老井和长停井恢复问题。     

井下隔离法全过程欠平衡钻井技术及应用

全过程欠平衡技术是指在不压井的条件下实现欠平衡钻进、不压井起下钻具、电测仪器、完井管具等。井下隔离技术是利用套管阀将井下的油气和压力封隔在阀板以下，是目前最实用的一种不压井作业技术。因此,决定在胜利油田渤深6-13井采用该技术。在详细分析全过程欠平衡技术特点和技术关键的基础上，根据渤深6潜山的地质情况，结合该区块欠平衡作业的经验，针对该井制定了不压井作业施工方案，配套完善了欠平衡装备和工具，对施工人员进行了技术培训，最终利用井下套管阀成功地实施了从钻进到下筛管的全过程欠平衡作业。