不倒翁式偏心防斜钻具的设计

目前所使用的各种钻具主要是靠钻具本身的重力来产生降斜力,在井斜角很小时,降斜力一般很小,在某些区块钻井时不能满足防斜要求。据此,设计了一种不倒翁式偏心防斜钻具。该钻具有1段钻铤,钻铤的两端各有1个偏心稳定器,钻铤外表面有一半圆形的偏心块,在钻铤和偏心块之间有轴承结构。利用不倒翁原理,当井斜超过一定值时,偏心块会在重力作用下自动停留在井眼低边,这样就可以将此处的钻柱顶到井眼的高边上去,从而产生一个很大的降斜力,使井斜得以有效控制。     

邻井距离扫描计算与绘图原理

邻井距离扫描计算与绘图,在定向井、丛式井设计与施工中具有重要的用途。本文采用三次样条函数插值法和最小曲率法(可供用户选择)拟合井眼轨迹,建立了较先进的邻井距离扫描数学模型,该模型包括法面距离扫描和最近距离扫描两种。同时研制了相应的计算机处理程序,并可在普通微机上运行,具有良好的人机界面,操作方便,灵活实用,易于在现场推广应用。     

关于UPC模型的理论问题

UPC模型是"钻头与正交各向异性地层相互作用模型"的代名词,是1988年提出来的。利用UPC模型,可以确定钻头在各向导性地层中的实际钻进方向,可以推论典型地层及钻头的各向异性钻井特性;将它与底部钻具组合力学分析程序配合使用,便可进行井眼轨迹预测和控制计算。本文公布了关于UPC模型的推证材料,给出了它的矢量表达式,并阐明了它的物理意义,以便正确理解和应用该模型。钻头与横观各向同性地层相互作用模型,作为UPC模型的一个特例,在实际计算中较常用,本文对有关问题进行了讨论,以利于正确认识这类模型。     

地面遥控可调弯接头的设计

钻进过程中,为实现定向控制目标,发明了地面遥控可调弯接头,它通过改变钻井液排量来使上、下花键轴在花键筒内上下滑动,由于各花键齿端部形状的特点,这一滑动会导致上、下花键筒之间发生转动,又由于上、下花键筒的转动轴线与它们的外表面不平行,就会使它们之间出现需要的各种弯角,从而在地面就能改变井下弯接头的结构弯角,满足定向控制技术的需要。整个调节过程花费时间很少,因此可节约钻井成本。     

水平钻井振动减阻器参数优化设计

水平井是开发各类非常规油气资源的主流井型技术,现场实践表明,在钻柱上安装振动减阻器可大幅度降低管柱摩阻,有效缓解钻进过程中的频繁托压问题,有助于提高机械钻速。但是,目前针对减阻工具的优选和使用仍然是基于现场的经验,缺乏有效的理论方法指导。为此,首先建立了带振动减阻工具的钻柱动力学模型,揭示了不同振动减阻参数下的减阻规律。然后以提高减阻效率为目标,结合振动传播距离模型与反扭矩作用距离模型,并考虑钻柱疲劳失效以及水力能量损失等约束条件,建立了振动减阻工具激励参数与安装参数的优化设计方法。研究结果表明：(1)减阻器激励力幅值、减阻器的数量和安装间距是影响减阻效率的主要因素;(2)随着减阻器激励力幅值增大和安装数量增多,减阻效率不断提高,多个减阻器振动传播范围相互独立时其减阻效率高于交叉重叠情形;(3)当减阻器激励力幅值过大时,存在管柱疲劳失效的风险,当减阻器数量过多时,存在水力能量损耗过高的风险。结论认为,利用该方法优化减阻器后,减阻效率可由原来的10.2%提高至40.1%,该方法可以有效指导减阻工具激励参数与安装参数优化,有助于支撑长水平井滑动钻进降低管柱摩阻,显著提高钻机机械钻速。     

PDC切削齿直径对切削力的影响规律研究

针对不同地层岩性特点,需进行个性化PDC钻头设计,其中PDC切削齿的直径是重要的钻头优化设计参数之一。为了探究不同PDC切削齿直径对破岩切削力的影响,通过室内模拟试验方法进行研究。试验所用岩样为石灰岩。单齿破岩试验选取了?13.44、?15.88、?19.05、?21.95 mm的常规圆柱状PDC切削齿和3个不同的切削深度作为试验变量,使用三轴力传感器记录了切削力数据并收集了岩屑,对比了不同试验条件下单齿破岩过程的机械比能和不同直径切削齿的攻击性;使用水平钻机进行了全尺寸钻头破岩试验,对比了3种不同PDC切削齿直径的钻头在3 mm左右吃入深度下的破岩机械比能。试验结果显示：PDC切削齿的破岩切削力并不随着直径的增大而增大;在相同吃入深度下,?19.05 mm齿的破岩效果最好;随着吃入深度的增加,切削岩石所需要的力变大。全尺寸钻头破岩试验结果表明,?19.05 mm齿的全尺寸钻头机械比能最低。分析认为,在破岩过程中,PDC切削齿直径会改变岩石内部产生的应力区域,影响PDC切削齿的破岩效果。选取与岩性匹配的PDC切削齿直径能够取得最优的破岩钻进效果。研究结果可为PDC钻头优化设计提供部分理...     

深海天然气及其水合物开发模式与钻采技术探讨

中国南海的石油天然气资源十分丰富,但其大多数都埋藏于深水区,油气勘探开发工作面临着许多难题和挑战。历经多年的探索与实践,我国海洋油气钻探工程已经实现了从浅水（水深300 m以内）到超深水（水深超过1 500 m）的跨越,并在南海发现了丰富的天然气与海域天然气水合物（以下简称水合物）资源,亟待进行安全高效开发,因而对相应的天然气及其水合物高效开发模式与技术支撑体系提出了迫切的需求。为此,针对深海天然气及其水合物安全高效开发的重大课题,提出了适用于常规天然气的“水平井或复杂结构井浮式钻完井+水下钻采系统+浮式生产、集输与浮式液化天然气生产储卸装置（FLNG）处理系统+船运外输”的开发模式及其技术支撑体系,以及适用于非常规天然气——海域天然气水合物的“水平井或复杂结构井浮式钻完井+水合物原位分解开采+水下或浮式生产与集输处理系统+管道或船运外输”的开发模式及其技术支撑体系;论述了大位移井、“U”形井等先进井型的开发模式及其适用的海洋地质环境,并给出了“U”形井的连通控制模型;此外,还介绍了与深水钻井力学和设计控制技术相关的研究进展。结论认为,建立先进适用的工程模式及其技术支撑体系,寻求实现“地质—工程—市场”一体化的解决方案,同时加强相关的信息化与智能化建设,是深海天然气及其水合物安全高效开发的关键之所在。     

考虑延伸极限的大位移水平井最优钻井液排量设计

钻井液排量的大小直接关系到大位移水平井延伸能力的高低,为获得最大的大位移水平井延伸极限,笔者从钻井液排量的角度出发,提出了排量的优化设计原则,并给出了最优钻井液排量的设计方法。综合利用大位移井的裸眼延伸极限原理和水力延伸极限原理,并考虑井眼清洁的需要从而确定钻井液的排量范围,最终以获得最大的水平段延伸极限为目标,确定最优钻井液排量值。应用该方法对1口大位移水平井进行分析可知,其排量允许范围为26.2~42.9 L/s,最优排量值为31.8 L/s,其对应的最大水平段延伸极限为6 251 m。进一步研究表明:首先,在任意排量下,基于上述两原理获得的两水平段延伸极限值的最小值可以作为大位移水平井的水平段延伸极限;其次,两水平段延伸极限相等时的值即为最大水平段延伸极限,其所对应的排量值即为最优钻井液排量值;最后,该最优排量值既可以保证大位移水平井获得最大的井眼延伸极限,又可以满足井眼清洁的需要,井内压力也不会超过井壁稳定和钻井泵的最大承载能力。     

RMRS在稠油/超稠油开发中的应用

RMRS可以直接探测钻头到目标井的距离和方位,随着井深的增加不会产生累积误差,可用于SAGD双水平井和连通井的井眼轨迹控制中。在稠油/超稠油开发中,SAGD双水平井对采收率的贡献最大,但是仅依靠双水平井井型具有一定的限制,而双水平井加连通井的方案为浅层稠油/超稠油开发开辟了新的途径。在双水平井加连通井方案的施工中,可以只用RMRS完成双水平井水平段和水平井与直井连通的井眼轨迹探测。因此,RMRS在稠油/超稠油(特别是浅层稠油/超稠油)开发中具有广阔的应用前景。     

气体钻井井斜机理研究

气体钻井存在井斜不易控制的难题,其机理尚不明确。应用纵横弯曲BHA(底部钻具组合)分析方法和钻头与地层相互作用模型,根据实钻资料对比分析了气体钻井和钻井液钻井的地层造斜特性,进而探讨了气体钻井的井斜机理。结果表明,与钻井液钻井相比,气体钻井条件下地层造斜力和钻具降斜力都有增加,但地层造斜力增加的幅度更大,这正是气体钻井更容易发生井斜的原因。因此,建议在用气体钻井技术打直井段时,通过调整钻具组合和钻进参数适当增加钻具的降斜力,以提高井身质量。