JZZY-1型井下钻柱减振增压装置结构优化及现场试验

现场试验结果表明,利用钻柱的纵向振动可以实现井下钻井液增压以达到超高压射流辅助破岩的目的。井下钻柱减振增压装置能够大幅度提高钻井速度。为进一步提升井下钻柱减振增压装置的工作性能,对其结构进行了优化,并研制了井下钻柱减振增压装置用超高压钻头流道系统。优化后的装置整体结构大大简化,每个零部件的加工、安装、拆卸和维修都比较容易;研制的超高压钻头流道系统无需生产专用钻头,与普通钻头组装后便可配合井下钻柱减振增压装置使用。在胜利油田临盘地区的2口井现场试验评价表明,改进后的井下钻柱减振增压装置配合超高压钻头流道系统结构可靠,工作稳定,工作寿命能够满足现场应用的要求。     

准噶尔盆地火成岩钻井提速难点与技术对策

针对准噶尔盆地火成岩地层钻井现状、地层特点以及钻井技术难点,开展了气体钻井、欠平衡/控压钻井、复合钻井、自动垂直钻井、井下减振增压破岩工具以及随钻封堵钻井液等多项提速技术适应性分析。分析结果表明,欠平衡/控压钻井技术通过精确控制井眼环空的钻井液柱压力剖面,能减少钻进过程中的岩屑压持效应以及起下钻期间环空循环压耗消失的影响,有利于火成岩地层的井壁稳定并提高机械钻速;气体钻井是解决火成岩地层机械钻速慢、井漏情况复杂的首选技术。建议针对不同火成岩区块开展井壁失稳机理研究,并尝试高效钻头配合井下减振增压破岩工具以提高火成岩地层机械钻速,进一步探索有效解决火成岩地层钻井提速难点的技术手段。     

高效破岩新方法进展与应用

为了提高破岩效率,新型钻井工具和技术不断产生。为此总结和介绍了国内外最新的高效破岩方法及其应用,按高效破岩方式将其分为2类:①利用新型钻井工具提高破岩效率,包括水力脉冲空化射流发生器、新型PDC钻头与井下增压工具;②利用新型钻井技术提高破岩效率,包括控粒子钻井技术和超临界二氧化碳钻井技术。现场应用和试验研究结果表明,这些新型的钻井工具或钻井技术都能显著提高破岩效率,具有很好的应用前景。最后提出高效破岩的合理化建议,以期为我国钻井实现高效破岩提供指导。     

井下钻柱减振增压装置工作原理及提速效果分析

为了进一步提高深部地层钻井速度,基于直井钻进过程中底部钻柱振动特性的研究成果和有效利用直井底部钻柱纵向振动能量实现钻井液增压的思路,研制出了JZZY-1型井下钻柱减振增压装置。该装置工作时,能将钻柱振动能量转化为钻井液的压能,使钻井液增压并通过钻头上的特制喷嘴产生超高压射流,从而实现既减小钻柱纵向振动,又提高钻井液喷射压力来辅助破岩的目的。胜利油田3口井的现场试验结果表明,该装置能够大幅度提高钻井速度,不但结构可靠、工作稳定,工作寿命能够满足现场应用的要求,而且其减振效果优越。这表明利用钻柱纵向振动来实现井下钻井液增压是可行的,应对该增压装置进行深入研究,以满足深井超深井安全高效钻井的需求。      

新型减振增压装置的结构设计与工作特性分析

在大斜度井中,如果采用增大钻压钻进会增加钻具的弯曲变形及钻柱的振动,引起井斜、井位漂移、钻柱的扭断及钻头过早磨损。鉴于此,设计了一种新型减振增压装置。在进行新型减振增压装置结构设计和工作原理分析的基础上,分析了工具的减振特性和增压特性,建立了压降与钻压之间的关系模型,并对喷嘴直径、喷嘴类型、排量及钻井液密度对压降和钻压之间的关系展开了研究。研究结果表明:当变径喷嘴直径为1 cm、排量为20 L/s、钻井液密度为1.2g/cm~3时,压降和钻压达到最大值,有利于提高机械钻速、降低钻井成本和缩短建井周期。研究结果可为新型减振增压装置的理论研究和现场应用提供借鉴。     

基于钻柱振动的井下提速技术研究现状及展望

钻井提速技术一直是钻井工程领域的研究热点,寻找井下可用新能量并开发出配套的能量转化方法来提高破岩效率是深井超深井提速领域重要研究方向。分析了井下可获得能量特征,阐述了利用钻柱纵向振动能量提升井下钻井液喷射压力辅助破岩提速的理念,总结了已研制的井下钻柱减振增压装置、吸振式井下液压脉冲发生装置、多效协同提速钻井装置的结构及优点,并对深井提速装备未来发展方向进行了展望。井下能量的获取及合理利用是未来提速工具开发的重要研究方向。基于钻柱振动的提速技术研究成果开拓了深井提速技术新思路,为加快深部油气资源的勘探与开发提供了设备支撑,建议进一步加强井下钻柱振动基础理论、基于钻柱振动的提速技术装备、利用振动提速方法等方面的研究工作,以便将钻柱振动能量应用到钻井工程其他领域之中。     

拨叉式螺杆高压喷射钻井技术研究

为提高钻井机械钻速,通过充分利用钻井液的水力能量,提高井下钻头的射流压力,井下螺杆增压装置以机械螺旋换向代替了以往井下增压装置的液压转换等结构,具有结构简单、效率高等优点。为此,在分析现有井下螺旋斜槽式增压器的基础上,提出了拨叉式螺杆高压喷射复合钻井提速技术,设计出了一种双拨叉式增压换向机构,优化了螺杆马达参数并提出改进方案,最后通过现场试验验证了改进设计的正确性,改进后的井下增压装置在现场相同钻进条件下试验,同邻井同井段平均机械钻速比较,钻速提高了39.72%。     

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高压射流辅助钻井破岩一直是石油天然气钻井界研究的重要课题。章对产生高压射流的增压方法进行了分类，介绍了井下增压的两种方法及原理，即井下机械增压方法和井下水力增压方法。重点阐述了提出的井下水力增压的原理、方法及初步探索的阶段性成果，为井下水力增压器的研究奠定理论基础。     

井底高压射流辅助钻井技术

在现有钻井条件不变的情况下,提高机械钻速较理想的方式是充分利用井底射流能量来提高破岩能力。在井底产生射流的方法很多,重点阐述了机械阻断式水力脉冲射流钻井和井底增压超高压射流钻井技术,并详细分析了其技术原理、国内外发展现状及存在的问题,还进一步介绍了水力脉冲钻井工具和国外井下增压器技术的最新进展,最后就该技术提出了相关建议。     

胜利油田侧钻水平井井下工具

介绍了几种胜利油田钻井工艺研究院自行研制的用于侧钻水平井施工的系列井下工具（包括套管段铣器、动力钻具、ＰＤＣ钻头、定向接头等）的结构设计及现场应用情况。实践证明,该系列井下工具结构设计合理、现场应用效果显著,并形成了一套具有自身特色的侧钻水平井井下工具系统     

钻井风险实时监测与诊断系统设计及应用

随着国内外钻井综合信息采集技术的发展,特别是随钻测量工具应用的增加,钻井施工决策的准确性得到极大提高。目前,国内在管理、分析和应用钻井综合数据方面与国外相比存在较大差距,严重制约了钻井工程技术科学化、信息化、智能化及自动化的发展。钻井风险实时监测与诊断系统,主要是通过对钻井工程数据和随钻测量数据进行实时处理分析,结合多参数融合算法技术对井下钻井风险进行实时监测和诊断分析,实现钻井风险监测与诊断的定量化和智能化。文中主要介绍了钻井风险实时监测与诊断系统的工艺流程及关键技术,并对其在辽河兴隆台油田的现场应用进行了详细介绍。现场应用结果表明,该系统能够很好地监测与诊断钻井风险。     

井下增压超高压射流钻井技术研究进展

随着浅层油气资源勘探开发程度越来越高,深层油气资源成为中国油气资源战略接替的重要领域。而深井、超深井钻井勘探过程面临钻速慢,成本高等亟待解决的问题。应用超高压喷射钻井技术来提高深井超深井钻井速度是一种行之有效的方法,而实现超高压射流最主要的工具是井下增压器。通过国内外文献调研,主要介绍了国内外井下增压器工艺和增压机理以及超高压射流辅助破岩机理的研究进展,指出了前人研究的不足或尚未完善之处,在此基础上指出了井下增压器及其超高压射流辅助钻井破岩机理的研究方向。     

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。     

硬地层破岩工具最新进展

钻井速度慢、钻头寿命短、钻井周期长及钻井成本高等问题是制约深部地层和复杂地质条件下油气资源勘探开发速度和效益的主要技术瓶颈。介绍了国内外在硬地层钻头和辅助破岩工具方面的最新产品和技术,包括国外Smith公司的狗骨形楔形齿牙轮钻头、孕镶金刚石钻头和采用特殊工艺制造的PDC钻头,Novatek International公司的锥形PDC钻头,Baker Hughes公司的混合钻头,Ulterra Drilling Technologies公司的扭转冲击器,Weatherford公司的环形保径稳定器,国内江汉石油钻头股份有限公司的新型牙轮钻头、中石化西南油气分公司工程技术研究院研制的异形加长齿PDC钻头,以及中国石油大学(华东)研制的脉冲振动工具及井下钻柱减振增压装置,同时分析了各产品的性能特点及硬地层破岩工具的未来发展趋势。     

氮气钻井技术在普光202-1井的应用

空气钻井技术可以大幅度提高坚硬地层的钻井速度,但应用在产层时容易造成井下燃爆,致使钻具损坏。分析了井下燃爆发生的原因后,提出使用氮气钻井技术是解决井下燃爆问题的最简单、最普遍的方法。介绍了氮气钻井施工所需要的空压机、制氮机、增压机、旋转防喷器等设备及其功能;通过普光202-1井的氮气钻井试验,分析了该井的施工工艺、流程及施工过程。氮气钻井技术的成功应用表明:氮气钻井不仅有效解决了井下燃爆问题,提高了机械钻速(5倍以上),还减少了钻头使用数量,提高了钻井时效,具有良好的应用前景。     

井下多次激活循环阀的研制与现场应用

在钻井过程中会遇到井下漏失、溢流、钻具水眼堵塞以及长稳斜井段岩屑床无法充分清洁等问题。针对该类问题,研制了井下多次激活循环阀。介绍了工具的结构与工作原理,并进行了流阻分析。通过室内试验,验证了工具反复多次投球开关的功能性与可靠性,并获取了开阀压力。该工具在高石001-X21井的现场应用结果表明,该工具在钻井过程中运行正常,井下开关操作亦安全可靠,应用效果良好。工具的应用能够减少作业时间,提高了钻井效率。     

振动冲击钻井提速技术现状及发展趋势

经过长期的钻井提速理论研究及现场应用,业内相继研发出多种类型的振动冲击提速工具,并取得了一定效果。分别对轴向振动冲击和扭向振动冲击提速技术的类型、工艺原理及技术现状进行了分析,并对轴扭复合冲击提速技术原理及现状进行了阐述。结合目前振动冲击钻井技术现状,阐述了振动冲击钻井技术的发展趋势,即结合非常规油气资源开发技术需求,加大长水平段钻井提速技术研究工作、延长振动冲击钻井提速工具的井下使用寿命等,并结合油田发展技术需求,加大井下智能钻井提速技术的研究力度,以期降低油田开发成本。     

井下增压装置提高钻速机理与适用性

利用井 下增压装置产生高压射流辅助钻头机械破岩是提高机械钻速的有效手段之一,现有井下增压装置可分为利用钻井液水力能量和钻柱振动能量2种增压方式。针对不同地层对井下增压装置输出压力要求和不同增压方式适用井深条件等问题,通过数值模拟和现场试验分析等手段,研究了地层岩石力学参数对增压射流破岩的压力要求,探讨了2种井下增压方式的适用条件。结果表明,在地层岩石的摩擦角为20°~50°、内聚力小于60 MPa、当井下增压装置输出射流压力达到100 MPa以上、喷距不超过10倍当量喷嘴直径时,增压射流具备直接破岩能力。钻柱减振增压集钻柱减振和井底钻井液增压为一体设计新思路,装 置活动部件少,受井深、钻井液性能参数等影响小,井下最长工作时间已达230 h以上,比利用钻井液水力能量的增压方式具有更宽的适用范围。     

新型超高压井下增压系统的研制与应用

油气钻井工程实践表明,利用高压射流辅助破岩是提高深井机械钻速的有效途径,而井下增压技术是一种产生高压射流的方法,井下增压系统装置的稳定性、可靠性是该技术工业应用的关键。为此,围绕井下增压系统配套的关键工具进行了研究与实验:①优选的螺杆增压器可将螺杆钻具输出的旋转运动转换为轴向往复运动,达到对部分钻井液实施增压的目的;②依据室内实验获得的不同喷距、射流角度下高压流体对岩石的冲蚀数据,研制了与螺杆增压器适配的超高压双流道钻头;③在地面采用清水作为试验介质进行了测试,高压喷嘴直径1.5 mm,泵压为4 MPa,排量18 L/s,地面测试期间高压喷嘴出口明显可见脉冲高压射流,井下螺杆增压装置运行稳定。在5口井上完成钻井总进尺1 015 m、纯钻进时间206 h,与邻井相比平均机械钻速提高了51.4%。试验结果表明,该井下增压系统在钻井作业中提速效果明显、设计合理、工作可靠。     

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。