有关金刚石钻进原理的研究

结合试验研究及国内外经验 ,提出以控制钻头切入量为准的钻进规范 ,获取最优化钻进 ;依据增大切入量原则 ,分析、论述研究优质大粒聚晶体的必要性和可能性 ,突破现用金刚石钻进的局限 ;分析了当前专业技术状况 ,提出加强科学试验和研究的重大意义。     

钻井利器的故事之“慧磁”高精度定向中靶导向系统

磁导向对接井技术的出现,大大提升了对接连通率,目前广泛应用在天然碱等可溶性矿产的开采中。随着该技术的不断发展,作为地下“穿针引线”导航利器的优秀代表——“慧磁”高精度定向中靶导向系统,以其出色的测量精度、稳定性及可靠性已在国内外对接井中取得数百次的好成绩。本文从科普的角度介绍了井下对接导航的必要性、“慧磁”系统的组成及技术原理、“慧磁”系统发展历程及近年来取得的成果,以此提高大家对“慧磁”系统的认识,达到相互交流、相互促进的目的,最终推动以“慧磁”系统为代表的主动磁测系统的技术持续发展和应用领域的不断拓展。     

四川盆地深层页岩气水平井优快钻井技术——以泸203井为例

泸203井是中国石油天然气集团有限公司部署在四川盆地南部泸县—长宁页岩气区块的1口重点超深页岩气探井,实际完钻井深达5 600 m,测试日产气量为137.9×10~4 m~3,成为目前国内首口单井测试日产量超百万立方米的页岩气井。为了给深层页岩气井优快钻井提供借鉴和经验,以泸203井为例,在分析储层特征对钻井要求的基础上,归纳总结了保障该井页岩气水平井钻井井身质量、优质储层钻遇率、快速钻进以及降低复杂事故率的优快钻井综合配套技术,并对其应用效果进行了评价。研究结果表明:(1)采用旋转导向工具并配合钻柱扭摆系统钻进,减少了滑动定向钻进进尺,成功地控制了钻具托压现象,大幅度降低了定向辅助时间;(2)实施的4种削减钻具振动措施很好地解决了水平段钻进中螺杆故障问题,进一步提高了钻井速度;(3)采用近钻头伽马测量系统实时追踪储层,控制轨迹在优质产层内钻进,保证了优质页岩储层钻遇率;(4)优配钻井装备及高密度的油基钻井液的应用保证了井下动力钻具的动力和井眼携砂的需求以及钻井液性能的净化,确保了井眼畅通、保持了井壁稳定,起到了提高钻井速度的重要作用。结论认为,泸203井按照地质工程一体化的技术思路,采取先打直导眼再侧钻水平井的方式,优质页岩储层钻遇率达到100%,该井的实施进一步完善了四川盆地新区块超深页岩气水平井配套优快钻井技术。     

气体钻井预弯曲钟摆钻具控斜的动力学行为

井斜控制困难一直都是制约气体钻井技术发展的难题之一。为此,在研究带预弯结构的井底光钻铤钻具组合(BHA)动力学行为的基础上,基于拉格朗日方程建立了预弯钟摆BHA的非线性动力学模型,由简支梁静态模型求取钻头上的动态侧向力,进而设计、评价不同结构的预弯钟摆BHA在气体钻井中的控斜能力,并进行了现场验证。研究结果表明:(1)合理的预弯钟摆BHA在气体钻井中可以提供较大的动态降斜力,从而发挥出很好的降斜效果,当预弯短接弯角为0.75°时,BHA形心运动的最大半径较小,说明0.75°的弯角时BHA具有最佳的稳定性;(2)当钻头与近钻头稳定器之间为两根钻铤时,BHA的运动稳定性大幅提高,基本上处于井眼中心,这对于井眼质量控制十分有益;(3)所设计的预弯钟摆BHA在现场应用中能够较好的控制气体钻井井斜。结论认为,预弯钟摆BHA的动力学控制方程能够很好地描述预弯结构的运动特征,所设计的预弯钟摆BHA不仅适用于常规地层,而且在非均质性较强的砾石层钻井中控斜效果也同样显著;该研究成果对于气体钻井低成本控斜技术发展具有很好的推动作用。     

致密砂岩气藏水平井测井评价——以鄂尔多斯盆地大牛地气田X井区为例

致密气藏中有相当一部分水平井测井系列少、评价难度大,如何利用有限的测井资料有效开展水平井测井评价,对气藏高效开发具有重要意义。以鄂尔多斯盆地大牛地气田X井区为例,结合地质和生产动态等资料,利用水平井仅有的随钻伽马测井和气测录井资料开展测井评价研究,形成了基于伽马峰值和全烃有效指示因子的双参数水平井产能评价方法,有效提高了水平井产能评价精度,为同类气藏水平井测井评价提供了借鉴。研究认为,基于随钻伽马峰值分析能够有效对储层进行评价,大牛地X井区山西组和下石盒子组高产井目的层段随钻伽马值的分布均表现出了明显的单峰特征,而低产井则表现为双峰或不具有明显的峰值特征,主要与水平井钻遇砂体的稳定性有关。利用X井区气测录井资料,构建了基于全烃有效指示因子用于评价单井产能,并建立了山西组和下石盒子组水平井经济产能的气测录井指标。综合上述两种方法,形成双参数水平井产能评价方法,准确评价了X井区水平井单井产能。     

非均匀地应力下井壁Von Mises应力及稳定性分析

为分析非均匀地应力作用下井壁Von Mises(米塞斯)应力及其对井壁稳定性的影响,建立了非均匀地应力作用下井壁附近岩石的力学分析模型。根据弹性力学中应力与应力函数之间的关系,应用叠加原理,导出了非均匀地应力下井壁径向应力、环向应力和剪切应力计算公式,分析了非均匀地应力对井壁稳定性的影响,确定了以钻井液密度为自变量的井壁Von Mises应力的二次拟合公式。采用拟合公式计算的井壁Von Mises应力误差小于2.5%,利用该公式可以确定井壁岩石不会破裂的钻井液密度。     

鄂尔多斯盆地西部页岩油水平井井壁稳定技术

页岩油水平井储层段的井壁稳定至关重要,应用电镜扫描、X衍射、膨胀分散性实验及岩石力学测试等方法,对储层段泥岩矿物组构和理化性能进行了研究。结果表明,研究样品发育微裂隙,黏土含量高达62.24%,以伊利石为主,不含蒙脱石;呈现弱膨胀、弱分散、强亲油弱亲水的特征,在水基钻井液浸泡36 h后,抗压强度下降24.8%。基于以上研究,优化水基硅酸盐钻井液性能及配套措施,形成了页岩油水平井井壁稳定技术。东平1井水平段长625m,一趟钻顺利完钻。     

钻分级箍管柱防反转工具设计与应用

在钻分级箍时,现有防管柱反转方法的作业效率低、作业成本高,存在安全风险。设计了一种操作简单的管柱防反转工具,对该工具夹紧装置的钳牙部分进行了优化设计,并开展了防反转工具的现场应用。结果表明,防反转工具安全有效,可提高钻分级箍的工作效率,提高机械钻速5.25倍,缩短了施工周期,不损伤钳牙和井口管柱,解决了钻分级箍时管柱反转问题。     

钻井机器人的连续油管钻压和钻速控制模型

连续油管钻井机器人利用机身内外的钻井液压力差作为动力源，可在牵引连续油管的同时加载钻压。以钻井机器人为基础，建立连续油管钻柱动力学模型，并推导出通过钻井液排量控制钻压和钻速的单参数控制数学模型；对钻井机器人引入调速回路，建立具有调速功能的钻柱动力学模型；在溢流阀调定压力大于机身内外压差时，推导出利用钻井液排量和节流阀流通面积两种参数控制钻压、钻速的数学模型，在溢流阀调定压力小于机身内外压差时，推导出利用钻井液排量、节流阀流通面积和溢流阀调定压力3种参数控制钻压、钻速的数学模型；以11.43 cm（4.5英寸）井眼为例，对上述3种数学模型进行了分析。分析结果表明：钻压、钻速随钻井液排量的增加基本呈线性增加，在钻井液排量大于0.005 m³/s时，钻井机器人能够向前爬行，在钻井液排量大于0.005 7 m³/s时，钻头能够正常钻进；调节节流阀流通面积和溢流阀调定压力，可以在一定范围内无级调钻压和钻速；3种控制方法相结合，可以实现小排量、大钻压，及大排量、小钻压等钻井参数的控制。以控制模型为基础，针对不同井下工况建立钻进工艺的专家数据库，以钻井机器人为"大脑"，结合井下随钻测量数据就能够实现闭环控制，自动钻进。     

高密度水基钻井液在小井眼水平井中的应用

狮49H1井位于青海油田柴达木盆地英西地区狮49井区,钻探目的是为了提高狮49井区背斜构造部位产能,扩展E₃2-V油组产能规模,进一步了解狮子沟油田E₃2油藏油气富集规律,为储量计算提供参数。三开储层井段优选BHWEI钻井液体系,解决了钻井液在小井眼高密度条件下环空压耗大、悬浮稳定性、流变性、窄窗口、抗污染能力难以控制、井控风险高等难题。完钻井井壁稳定,平均井径为159.88 mm,井径扩大率为4.9%。应用钻井液密度为2.10 g/cm3,创英西区块水平井使用钻井液密度最高记录,水平段钻进无托压现象,起下钻无阻卡,完井作业顺利,该井获高产工业油流,体系具有良好的储层保护特性。