多级变径随钻扩眼器研制及刀翼受力与钻压分配分析

深层小井眼采用随钻扩眼器进行扩眼作业时存在井眼缩径、固井质量差和卡钻频繁等问题。为解决该问题,基于随钻扩眼器基本结构和工作原理,采用新型变径结构,研制了一种多级变径随钻扩眼器;建立了随钻扩眼尺寸与主动活塞轴向位移之间的函数关系,并分析了扩眼器刀翼的受力情况;采用双因素计算方法分析了该扩眼器的钻压分配情况,得到了随钻扩眼器钻压分配比对扩眼尺寸、钻具锐度及地层抗压强度的影响规律。分析得知,随钻扩眼器的钻压分配比与钻遇地层抗压强度、扩眼尺寸呈正比,与扩眼器锐度呈反比,该扩眼器的理论井径扩大率为7%～20%。研究认为:对随钻扩眼器进行钻压分配分析,可以指导扩眼器的设计及领眼钻头的选型;研制的多级变径随钻扩眼器为提高扩眼效率提供了技术支撑。      

随钻扩眼钻具组合与钻井参数优化研究

鉴于国内现有随钻扩眼系统钻具组合与钻井参数优化研究缺乏,同时考虑领眼钻头及扩眼器几何结构、地层岩石强度及钻井参数等3种影响因素的计算模型少有报道,以及扩眼系统扭矩分配比计算方法缺失等现状,通过建立模型分析了领眼钻头钻压和扭矩分配比随钻具组合、钻柱转速及地层强度的变化规律,进行了钻前不同扩眼钻具组合对比与优选以及随转扩眼...     

双动力随钻扩眼工艺提速特性分析

常规随钻扩眼工艺只能进行井眼简单扩大作业,功能单一,效率较低。因此,提出了一种双动力随钻扩眼方法,即扩眼钻头与领眼钻头分别由2个动力源驱动破岩,且缩小2个钻头间距。该方法既能用于扩眼作业,又能提高设计井眼钻速。根据提速机理,采用数值模拟方法分析钻压、转速和工具结构尺寸等钻井参数对机械钻速的影响规律。研究结果表明:双动力随钻扩眼工艺卸载岩石内应力效果明显,能在更短时间内使岩石达到损伤破坏;扩眼钻速随钻压增加逐渐减小,随领眼钻头转速的增加而增大,随钻头高度差的增加先增大后减小,随钻头直径比的增大而增大。研究结果可为双动力随钻扩眼装置的优化设计及参数优选提供重要依据。     

钻具组合对扩眼器振动的影响

已有研究表明扩眼器的横向振动是引起扩眼钻具失效的主要原因,而合理的扩眼器与领眼钻头的钻压分配与井下钻具组合则可以改善扩眼器的横向振动。以前在计算钻头与扩眼器的钻压比时常采用几何面积法,但这种方法影响因素单一。在PDC单齿受力模型的基础上,通过求出每个齿的受力,进而求出领眼钻头和扩眼器所受的钻压,再求得钻压比; 通过有限元仿真,分析了钻具组合对扩眼器振动的影响。结果表明:领扩眼钻具间的距离对扩眼器的振动有一定的影响,适当的距离可以有效降低扩眼器钻进时振动强度; 在本文工况下,领扩眼钻具间钻铤数量为2根时振动最小; 稳定器数量的增加可以减缓扩眼器的振动强度。研究结果可为随钻扩眼作业的提速提效给予技术支持。     

随钻扩眼工具钻压分配比的计算方法及对钻速的影响

为了研究随钻扩眼工具在钻井过程中的破岩特性,更好地发挥其在钻井过程中的优点,建立了随钻扩眼工具井底钻压的计算模型。依据岩石破坏的应变能密度基本原理,推导出了阶梯效应指数计算表达式,并得出了用阶梯效应指数与井眼几何参数为变量的阶梯井眼的钻压分配比计算方法,并分别进行了理论和实例分析研究。理论分析结果表明,随钻扩眼形成的阶梯式井底岩石要比领眼井底岩石接近屈服状态,岩石更容易破碎。实例分析也表明,随钻扩眼工具比相同尺寸钻头的钻具有更好的快速钻井效果,验证了理论计算结果的正确性。     

JK215—237型随钻扩眼工具的研制

在考察国外随钻扩眼工具技术的基础上 ,研制成功JK2 15— 2 37型随钻扩眼工具。利用此工具可实现小间隙套管程序设计 ,成本低 ,安全性好 ,增大生产套管尺寸 ,有利于完井及修井作业。介绍了新型随钻扩眼工具的结构、设计要点和主要技术参数。首次采用该扩眼工具在 2 15 9mm井眼内下 177 8mm套管 ,以提高固井质量而进行扩眼作业试验。试验结果表明 ,该随钻扩眼工具结构合理 ,使用可靠 ,能满足随钻扩眼的需要 ;随钻扩眼的机械钻速与相同领眼钻头的机械钻速相当。     

经济高效的随钻扩眼新方法

介绍了一种先进的随钻扩眼新方法和工具。随钻扩眼技术与常规的先钻领眼后扩眼方法相比，节节省１－２倍的钻井施工时间，减小各层大道这尺寸，减少起下钻次数，提高机械钻速，降低卡钻概率。随钻扩眼工具设计合理，强度高，灵活性强，可实现由地面控制扩眼器在井下的“开／闭”，现场应用结果证实，这是一种非常可靠的扩眼工具。     

随钻扩眼工具的研制与应用

随钻扩眼技术是近年来兴起的一项钻井新技术,其原理是采用随钻扩眼工具在套管下边钻边扩,最终实现井眼尺寸比领眼钻头尺寸大,以达到提高完井质量及解决复杂事故的目的。胜利油田钻井院研制开发了随钻扩眼工具JK215-237,介绍了随钻扩眼工具的结构及特点,详细叙述了该工具在垦628井现场试验情况,试验结果表明,JK215-237随钻扩眼工具结构合理,能够实现套管下边钻边扩,扩眼的结果能够提高完井质量,该工具的研制与应用对随钻扩眼技术的应用以及随钻扩眼工具的研制具有重要的指导意义。     

随钻扩眼器扩眼机构流场分析与优化设计

扩眼机构是射频识别控制随钻扩眼器的关键部件之一,其结构与性能关系着随钻扩眼器的成败。为此,优化设计了扩眼器短节,研制出具有自锁功能、可回收双台阶刀翼的扩眼器。该扩眼器的止推台阶可保证刀翼完全张开,后自锁台阶使刀翼自锁;采用三刀翼布局,合适的刀翼布齿方式、布齿密度及保径齿数量可保持扩眼井段井眼扩大率。现场应用结果表明:RFID随钻扩眼器扩眼井径达到设计要求,射频识别标签读取正常;既具备常规随钻扩眼作业连续性、快速性的特点,又可根据需要控制扩眼器多次开闭;可以在管柱中集成多个扩眼器,并按照设计程序控制各扩眼器刀翼的收放,实现复合扩眼作业。该扩眼器操作简单可靠,具有广阔的推广应用前景。     

随钻扩眼对钻井液循环特性的影响

随钻扩眼作业会对钻井液循环特性产生影响,但国内尚缺乏相关研究。针对该问题,基于计算流体力学方法开展数值仿真,研究了直线形刀翼的扩眼直径、刀翼倾斜角两参数对钻井液循环的影响规律。研究结果表明:在扩眼器刀翼切削位置,随着刀翼扩眼直径的增大,钻井液流场的低速区域不断增大,当扩眼直径大于特定值时,流场低速区域将急剧增大;随着刀翼倾斜角的增大,钻井液流场的低速区域呈现出先减小再增大的变化规律;对?215.9 mm(■in)扩眼器的刀翼,最优倾斜角为55°,最优扩眼直径为250 mm。研究结果对于随钻扩眼器刀翼结构参数的设计具有指导意义。     

定向随钻扩孔钻压分配及优化

深井大斜度井扩孔难题一直没得到较好解决,传统的方法是采用液力扩眼工具进行钻后扩孔。然而,钻后扩孔实践表明,随着井斜增加,钻后扩孔难度增大,钻后扩孔在定向井中一般在32°以内。为此,引进了53/4 in×51/2 in×43/4 in CSDR5211S-B2定向随钻扩孔钻头。扩孔钻头钻压分配关系对工具面稳定和机械钻速具有重要影响。介绍了定向随钻扩孔钻头特性,分析了钻压分配关系,并对钻压分配进行优化。优化后的钻压应用于塔河油田TH10410CH2井定向随钻扩孔试验。应用结果表明,根据扩孔钻头偏心部分所要求钻压,计算出定向随钻扩孔钻头施工最大钻压不超过40 kN;在20～40 kN钻压工况下,定向随钻扩孔钻进过程中无憋跳现象、工具面平稳、井眼轨迹平滑、机械钻速高,说明该井优化的钻压合理。     

射孔对煤层扩孔段地应力分布影响的分析

在煤层扩孔时由于扩径比过大,扩径钻井时钻具工作扭矩相应也会很大,扩孔钻井工艺实现困难。为此提出了在扩孔前期利用射孔工具在煤岩中先进行射孔的方法,改变目的层煤岩应力,降低煤岩剪切强度,最终达到减小钻头切削接触力,降低钻头工作扭矩,提高钻井效率的目的。建立了煤层扩孔段有限元模型,给出了无射孔时煤层扩孔段井眼的应力分布,同时就煤层扩孔段布孔方案对井眼地应力分布的影响进行了研究。通过不同射孔方案对地应力的影响来确定最终优化的布孔方案。     

固定同心式随钻扩孔器防斜打快技术初探

针对传统防斜打快技术限制机械钻速和防斜效果差的缺点，以及先进的自动垂直钻井系统成本高又无法大面积推广的现状，提出了采用固定同心式扩孔器进行边钻边扩来达到防斜打快的效果。其打快原理是：在钻进时，固定同心式扩孔器和领眼钻头形成的阶梯形井底改变了井底岩石的应力状态，使其容易破碎，从而提高机械钻速；领眼钻头可获得足够的机械和水力能量，能提高机械破岩能力及改善清洗井底的效果，从而有利于提高机械钻速。其防斜原理是：扩孔器受到的平衡地层的力克服了钻头偏斜力，使钻头中心线与井底保持垂直；扩孔器与领眼钻头之间的距离很短，使扩孔器下部钻柱弯曲变形十分有限，从而有效限制了钻头偏斜。现场应用表明，采用固定同心式扩孔器随钻扩孔能实现防斜打快的目的，并为防斜打快技术的研究提供了一套全新的思路。     

乐东221气田A14H井表层定向及扩眼钻井技术

为解决南海莺歌海盆地乐东 22-1 气田表层松软地层定向造斜扩眼钻进困难、邻井相碰及易产生新井眼等钻井工程技术难题,提出了一种先钻小尺寸领眼,再用新型三级固定翼扩眼器定向扩眼,然后下入套管的海洋表层钻井技术.结合随钻测量仪和电子陀螺测斜仪钻进乐东 22-1 气田A14H井表层时,先用φ250.8 mm钻具定向造斜、钻小领眼,再用φ254.1 mm×φ349.3 mm×φ444.5 mm新型扩眼器将领眼定向扩眼至φ444.5 mm,下入φ339.7 mm表层套管并固井.现场应用表明,该技术解决了丛式井表层防碰难题,保障了疏松地层的造斜钻进效果,防止了钻井中扩眼钻具对领眼井造斜效果的不利影响,对后续类似井的钻井具有一定的借鉴价值.      

领眼与扩眼双级PDC钻头井底流场数值模拟

针对领眼与扩眼双级PDC钻头,利用FLUENT有限元软件进行了井底流场数值模拟,得到了四刀翼双级PDC钻头与六刀翼双级PDC钻头井底的速度场、压力场特征。仿真结果表明,领眼钻头刀翼上的内侧切削齿由于低速滞留区的存在导致表面钻井液流速较低,清洗效果较差;从领眼钻头井底上返的钻井液流过阶梯状环空井眼台阶处时出现压力波动。对比两种双级PDC钻头仿真结果,四刀翼双级PDC钻头领眼体与扩眼体井底水力能量分配更加均衡,同时领眼空间与扩眼空间均形成了较大的轴向压差,更加利于钻井液携岩上返。领眼钻头的井眼尺寸、领眼钻头与扩眼钻头喷嘴的过流面积配比对于双级PDC钻头的井底流场有着较为明显的影响。