塔里木山前井涡轮配合孕镶金刚石钻头钻井提速技术

塔里木盆地山前井是塔里木油田油气勘探开发的重要区域之一。针对山前井地层研磨性强、可钻性级值高,单只钻头进尺低,钻头消耗量大,机械钻速低,钻井成本高等问题,引进涡轮配合孕镶金刚石钻头钻井技术。2 口山前井钻进实验数据表明:博孜102 井配套工具进尺704 m,纯钻时间407.5 h,平均机械钻速1.73 m/h;克深2-1-14 井配套工具进尺146.8 m,纯钻71.75 h,平均机械钻速2.05 m/h。两组配套工具与邻井同层PDC 钻头、牙轮钻头对比,钻井速度提高了2~4 倍,单只钻头平均进尺提高了3~10 倍,平均纯钻时间提高了1.7~2.5 倍。工具实验结果表明,涡轮配合孕镶金刚钻头钻井技术在塔里木山前井具有较好的提速效果,可为塔里木山前井钻井提速提供技术支持。     

钻头扭转冲击器在元坝10井的试验

针对川东北地区尤其是元坝地区陆相下部地层常规钻井机械钻速低、单只钻头进尺少的难题,在元坝10井进行了“钻头扭转冲击器+PDC钻头”钻井试验,试验井段3233.30～3503.82 m,进尺270.52 m,纯钻时间81.0 h,平均机械钻速3.34 m/h,与同地层牙轮钻头钻进相比机械钻速提高3.04倍,与该井“螺杆+PDC钻头”复合钻进相比机械钻速提高2.59倍,PDC钻头工作寿命延长53 h。试验结果表明,钻头扭转冲击器配合PDC钻头钻井可解决复杂地层钻头寿命不高和机械钻速低的难题,拓宽了PDC钻头的应用范围。介绍了钻头扭转冲击器的技术背景、工作原理、特点和技术参数及在元坝10井的试验情况。      

PDC钻头防失速工具在复杂地层中的应用

为防止钻井工程中PDC钻头卡滑产生的冲击能量达到损坏级别,优化岩石切削效率,研制了一种PDC钻头防失速工具。该工具设计有使旋转运动(超出设定转矩时)转化为直线运动的机械结构,能够实时自动调整钻进转矩,减少钻具振动,防止马达失速、随钻测量仪器损坏和井下工具磨损,并提高机械钻速。介绍了PDC钻头防失速技术的原理和工具结构。该工具在深井、复杂地层中的应用达到了预期效果。     

井下动力钻具配合高效钻头提高钻井效率的实验研究

深井和超深井钻井中普遍存在着机械钻速低、钻头用量大等问题,这在很大程度上归咎于所采用的钻井方式上。由于“转盘钻＋牙轮钻头”限制了钻头转速的提高,影响了钻头单位时间内的切削次数,进而制约了钻速的提高,因此转换钻井方式,采用高转速的井下动力钻具配合高效钻头无疑是加快深井段钻速的主攻方向之一。据此,在青海油田冷科１井三个井段上进行了“螺杆钻具配合高效钻头”提高钻井效率的实验研究。第一次在３７２７ｍ～３７５１ｍ井段进行,进尺２４ｍ,平均机械钻速０８７ｍ／ｈ,比四开以后使用最好的牙轮钻头钻速提高２０８３％;第二次在３７５７ｍ～３８９９ｍ井段进行,进尺１４２ｍ,平均机械钻速１２７ｍ／ｈ,比四开以后使用最好的牙轮钻头钻速提高７５８３％,进尺提高近３倍;第三次在４２００ｍ～４３０５ｍ井段进行,进尺１０５ｍ,平均机械钻速０７４ｍ／ｈ,比同等条件下的牙轮钻头钻速提高６０８７％。实验结果表明：使用井下动力钻具配合高效钻头不仅能够提高深部井段中的机械钻速,而且还可以大幅度提高单只钻头的进尺,从而达到提高钻井效率的目的。     

陀螺减振工具与PDC钻头在花岗岩潜山地层的应用

PDC钻头在硬地层中钻进时易发生黏滑振动,导致钻速低、进尺短。采用陀螺减振工具和优化设计PDC钻头的方法减少在花岗岩潜山地层中钻进时的黏滑振动,以延长钻头寿命。陀螺减振工具配合个性化PDC钻头在乍得花岗岩基岩井段630~869 m进行试验,取得进尺239 m、纯钻时间54 h、机械钻速4.44 m/h的良好效果,与邻井3只PDC钻头进尺小于11 m、钻速低于1.23 m/h相比,钻头指标大幅度提高,与邻井43只牙轮钻头相比,平均机械钻速提高97.33%,平均进尺提高54.19%。该技术可在花岗岩潜山水平井、硬地层及软硬交错地层推广应用。     

恒钻压钻井工具设计与试验研究

随着油田开发的不断深入，井身轨迹越来越复杂，定向托压问题日益严重，托压频繁释放导致钻头钻压剧烈波动，造成定向工具面不稳，定向钻进困难，降低了钻进速度，严重影响了钻井施工效率。为解决上述问题，文章设计了一种恒钻压钻井工具，该工具有“液力加压+液压阻尼+弹性储能”多重作用机构，保证在作用范围内，其上方钻具处于“悬浮状态”,托压释放时产生的瞬时冲击力不会传递到钻头上，减小钻头钻压波动，进而保证工具面稳定，持续定向钻进。X1井现场应用中，工具入井140 h,纯钻进96.5 h,工具、钻头等无明显损伤，托压至100 kN以上，井下钻压记录仪器(IDD)显示当地面钻压波动较大时，而近钻头钻压波动较小，工具面能够保持稳定，有效提高了钻井施工效率，展示了良好的使用性能及应用前景。     

濮深15井创多项钻井纪录

截止9月3日,由钻井三公司5012钻井队承钻的我局重点深层气探井——濮深15井已四开钻进4511m。该井在钻进过程中,通过在三开钻井中应用先进的钻井技术,优选出适合本区地层的PDC钻头,在保证井身质量的基础上,大幅度提高了机械钻连,进尺达4．2m/h,创下了单只钻头使用时间最长、进尺最多、机械钻速最快、钻头完好程度最高等多项局钻井纪录,并为同类深井的钻探提供了宝贵经验。濮深15井创多项钻井纪录@滕春鸣     

新型定向井PDC钻头的研制与应用

针对常规PDC钻头在胜利油田临盘区块定向井钻井施工中，工具面不稳定、难以控制、滑动钻进时钻压较小、钻速低的问题，研制出了一种新型定向井PDC钻头。该PDC钻头采用短剖面形状，特殊双重切削布齿结构，又对钻头进行了力平衡设计，把钻头的侧向力减到最小，增加了钻头工作时的稳定性。在临盘区块多口定向井的现场应用表明，新型定向井PDC钻头滑动钻进时钻压变化的敏感度小，工具面可控性好，复合钻进机械钻速和定向井机械钻速较常规PDC钻头都有较大幅度提高，且提高了钻井和下套管效率及井身质量。     

硬地层稳压稳扭钻井提速技术

采用PDC钻头钻进硬地层时,如果破岩扭矩较小或波动幅度较大,易造成钻头恶性振动和钻头使用寿命短,从而导致机械钻速低和钻井周期长。因此,建立了PDC钻头破岩所需门限扭矩的计算模型,以门限扭矩定量计算为核心、平稳传递钻柱应变能为手段,形成了硬地层稳压稳扭钻井提速技术。该技术通过优化井眼尺寸、选用合适的钻头和冲击类辅助破岩工具,降低破岩门限扭矩和门限钻压;通过选择合适的井下动力钻具,为钻头提供足够的破岩能量;通过选用减振工具和优选钻井参数,降低振动,保证钻头运动平稳。稳压稳扭钻井提速技术在夏河1井古生界硬地层进行了现场试验,二叠系机械钻速提高485.6%、全井机械钻速提高70.4%,取得了显著的提速效果。研究结果表明,稳压稳扭钻井提速技术能够提高硬地层机械钻速,可为复杂地层钻井提速提供借鉴。      

水平井PDC钻头研制及应用探讨

在水平井钻井施工中常规PDC钻头使用经常遇到的难点是定向造斜段和水平段,定向造斜段PDC钻头在定向钻井施工过程中导向能力差,工具面不稳定,方位难以控制需要频繁调整工具面,无法正常钻进,大大延误了钻井时间;在水平井段钻头稳定性差,机械钻速低,寿命短,增加了起下钻时间。通过分析在水平井钻井施工中定向斜井段和水平井段使用的PDC钻头特点,介绍了水平井PDC钻头设计过程中对钻头轮廓、切削结构、水力结构、保径等特殊结构的设计方法,并且在长庆油田苏里格气田多口水平井进行了应用试验,试验结果表明钻头进尺和机械钻速较邻井钻头有很大幅度的提高,达到了预期目的,验证了水平井钻头设计方案的可行性。     

PDC钻头反扭矩分析及控制技术

定向滑动钻井时,PDC钻头上产生的反扭矩变化较大,导致工具面控制不稳,影响了钻进的连续性和速度。采用有限元数值模拟技术定量地分析了PDC钻头破岩时产生的扭矩,进一步证实存在较大反扭矩。介绍了Southard钻井技术公司最近研制的一种无反扭矩钻井工具,即行星钻头驱动器。该工具构思巧妙、设计新颖,通过控制定向钻井时PDC钻头上产生的反扭矩及其变化,从而提高钻进效率,具有一定的发展前景。     

切削- 犁削混合钻头设计及现场应用

为解决常规PDC 钻头在非均质硬地层使用寿命短、机械钻速低的问题,设计并加工了一种切削- 犁削混合钻头。新型钻头以PDC 复合片作为主要工作元件,以锥形PDC 齿作为次要工作元件,形成混合切削结构,具有切削和犁削双重破岩作用,提高了PDC 钻头在非均质性硬地层中的抗冲击性能和破岩效率。现场试验表明,切削- 犁削混合钻头机械钻速对比常规PDC 钻头提高了57.6%,钻头进尺对比常规PDC 钻头提高了91.6%,取得了非常好的使用效果。新型PDC 钻头具有机械钻速高、寿命长、进尺多等特点,对加快油田勘探开发速度、降低钻井成本有积极的意义。     

哈山3井火成岩地层快速钻井技术

为解决准噶尔盆地火成岩地层岩石坚硬、可钻性差、井斜问题突出等技术难点,进行了火成岩地层“PDC钻头+扭转冲击工具”复合钻井技术研究。针对火成岩地层岩性特点和钻井技术难点,通过研制具有较强耐磨性的φ311.1 mm PK6245MJD型PDC钻头,与适合PDC钻头机械剪切破岩机理的SLTIT型扭转冲击工具配合形成了“高效PDC钻头+SLTIT型扭转冲击工具”复合钻井技术,并在哈山3井火成岩地层取得了较好的应用效果。现场应用发现,“φ311.1 mm PK6245MJD型PDC钻头+SLTIT型扭转冲击工具”一次入井连续工作649 h,单趟钻进尺457.50 m,平均机械钻速1.0 m/h,行程钻速0.7 m/h,与相邻上部火成岩井段相比,至少节约了11趟起下钻的时间与钻头费用;同时井斜角由入井前的4.2°（井深2 882.00 m）降至1.2°（井深3 310.00 m）,纠斜效果明显。现场应用表明,“φ311.1 mm PK6245MJD型PDC钻头+SLTIT型扭转冲击工具”复合钻井技术是实现准噶尔盆地火成岩地层优快钻井的一种有效技术手段。      

修复式PDC钻头降低钻井综合成本的应用

软到中等硬度地层使用PDC钻头，具有机械钻速高、进尺多、寿命长、降低劳动强度等优点，同时可以大大缩短建井周期，提高钻井综合经济效益。但由于PDC钻头的一次性投资较大，如选层选型不合适有较大风险。PDC钻头的可修复性则是进一步降低钻井综合成本的有效途径。通过在新疆塔河油田PDC钻头使用后再修复使用的实践，证明修复的PDC钻头与新钻头一样可取得较好的技术指标，获得显著的经济和社会效益。     

适合大港滨海区块硬地层的PDC钻头优化设计

大港油田滨海区块下部地层为含砂质泥质结构,岩石由泥质和砂质等组成,地层硬度高、研磨性强,单只PDC钻头进尺少、机械钻速低,制约了该地层的勘探开发进程。鉴于此,对PDC钻头的冠部轮廓、刀翼、布齿和水力性能等进行了优化设计,得到了适合该地层的M432215.9 mm七刀翼PDC钻头。大港油田滨海6井的现场试验结果表明,在同井段同尺寸情况下,M432215.9 mm七刀翼PDC钻头的平均进尺49.0 m,机械钻速1.540 m/h,牙轮钻头平均进尺22.5 m,机械钻速0.967 m/h;使用七刀翼PDC钻头提高了钻进速度,缩短了钻井周期。     

扭力冲击器在川东北地区陆相地层的应用分析

扭力冲击器作为一种高效钻井提速工具,现场应用情况表明其具有性能稳定,钻井效率高,纯钻时间长等优点。在川东北地区陆相地层应用,解决了非均质性地层PDC钻头寿命短、机械钻速低、易粘卡的问题,保证井眼轨迹的同时大幅提高了机械钻速。     

胜利油田东营北带砂砾岩体PDC钻头个性化设计与应用

针对胜利油田东营北带丰深1与盐227区块沙四下砂砾岩体地层岩石研磨性强、可钻性差、机械钻速低、钻头寿命短的技术难题,开展了旋流PDC钻头个性化设计与应用研究。通过室内实验,优选出了适合该地层特点的PDC切削齿类型;通过电脑模拟,优化了钻头的冠部轮廓、切削结构和切削齿后倾角设计;研制出旋转射流喷嘴,设计并试制了水力与机械联合破岩的新型PDC钻头。在丰深1-平1井的砂砾岩体地层中进行了钻井试验,与其他类型PDC钻头相比,机械钻速提高了46.8%,单只钻头进尺提高了69.6%;与牙轮钻头相比,机械钻速提高了48.1%,单只钻头进尺提高了156.5%。在盐227井工厂砂砾岩体井段推广应用也取得了明显的提速效果,机械钻速提高26%,平均单只钻头进尺提高102 m。研究成果对PDC钻头个性化设计具有一定的借鉴意义,对硬的强研磨性地层钻井提速具有推广应用价值。     

轴扭复合冲击工具的研制与应用

为提高PDC钻头破岩效率并减小钻具的粘滑振动,研制了一种轴扭复合冲击工具。该工具以自激振荡脉冲射流为能量来源,通过螺旋面结构将轴向冲击力转换为轴扭复合冲击力进行破岩,具有结构简单和轴向、扭向冲击力同步作用的特点。现场应用结果表明:与常规钻具相比,轴扭复合冲击工具的机械钻速提高了95.2%～193.8%,单只钻头进尺增加了46.4%～229.2%;与螺杆钻具相比,轴扭复合冲击工具的机械钻速提高了71.0%;与轴向冲击工具相比,轴扭复合冲击工具的机械钻速提高了66.3%,单只钻头进尺增加了194.0%;与扭向冲击工具相比,轴扭复合冲击工具的机械钻速提高了30.2%～46.8%,单只钻头进尺增加了17.2%～191.8%。研究表明,轴扭复合冲击工具可以提高破岩效率,减小硬地层的粘滑振动,破岩提速效果显著,具有推广应用价值。      

塔河油田液动射流冲击器+PDC钻头提速技术

为了进一步提高塔河油田深部硬地层的机械钻速,基于旋冲钻井技术理论与实践经验,开展了液动射流冲击器+PDC钻头提速技术研究与实践,探索液动射流冲击器与PDC钻头配合使用提高深部地层机械钻速的技术可行性。首先根据塔河油田深部硬地层的特点及与冲击器配合的要求,优选了PDC钻头;接着利用液动冲击器性能测试系统,测试了液动冲击器各结构参数对其性能的影响;最后根据测试结果及所优选PDC钻头的抗冲击性能,确定了液动射流冲击器的结构及性能参数。液动射流冲击器与PDC钻头配合在 S116-3 井、TP324井和TP328X井的奥陶系地层进行了应用,机械钻速与同井上下井段及邻井相同井段相比,提高了32%~45%。这表明液动射流冲击器与PDC钻头配合使用,可以提高塔河油田深部地层的钻速。