深井高速涡轮钻配套同径取心技术研究

分析了涡轮钻具结构特征及性能特点,在深井、特深井的高温高压、强研磨性地层中,涡轮钻具基本上成为唯一可选的用于复合钻进提速降本的井下动力钻具。针对深部资源的勘探开发需求,阐述了现有涡轮钻具同径取心技术的优势及存在的问题,利用数值模拟仿真技术分析和研究了涡轮钻具同径取心过程中钻井液的流动状态对取心效果的影响,认识到涡轮钻具可耐高温,适于深井、特深井全面钻进及取心钻进,但其高转速在取心钻进过程也容易造成岩心磨损、岩柱螺旋,而改善同径取心钻具高速单动性能、加长涡轮钻具螺旋稳定器、利用反螺旋扰流板等技术措施,有利于减小取心钻具井底的涡动、降低岩心内外管轴向速度差,从而提高涡轮钻同径取心钻进的岩心质量。

提钻取心岩心堵塞形态分析与防堵方法探讨

取心钻进中常会钻遇含裂隙或破碎地层,岩心进入钻头后由于围压消失,地应力释放导致岩心会沿裂隙碎裂成块,在进入岩心管时形成堵塞形态阻碍后续岩心继续入管,严重时岩心互相对磨消耗,导致岩心采取率不足,地层资料缺失。岩心堵塞已成为取心钻进中影响取心质量和钻进效率的重要因素,岩心破碎状态和堵心形态复杂,钻进中在钻具的动态干扰下岩心堵塞机理难以掌握,使得岩心解堵成为取心钻进中面临的一大难题。本文通过岩心堵塞形态理论模型的建立,从岩心碎裂后在岩心管内形成的典型堵塞形态和变化规律进行分析,对易堵心地层的取心参数规程提出建议,并根据所列举的典型岩心堵塞形态对防堵方法进行研究与探讨。

下扬子地区页岩气地质调查皖望地3井钻井设计与施工技术

大口径页岩气地质调查井皖望地3井部署在下扬子陆块沿江岰陷带望江凹陷,是一口定向井,设计井深1950 m,完钻井深1985 m。钻探目的是探索二叠系大隆组、龙潭组及孤峰组含气性,并验证区域地层层序。本文介绍了钻井设计和施工过程,针对钻井作业中的险点和难点问题,通过预判和实钻相结合策略,提出了钻井安全、定向钻进、钻井液使用管理以及地质云钻井工况实时监测等4项技术保障措施,确保了钻井任务顺利完成。最后,结合实钻情况和测井数据对钻井质量、效率及取心质量进行了分析评述,实现了无重大井内事故发生,钻井质量合格,施工进度高效的目标,取得了较好的经济效益,为该地区大口径钻井工程施工提供了较好的技术经验。

万米科学特深井防斜纠斜技术方案及研究建议

根据科学钻探特点和我国特深井井身结构情况,论文首先设定了我国万米科学特深井基本井身结构和取心井段,结合前苏联SG-3井、德国KTB主井和我国内地科钻一井、松科2井等内地科学钻探工程项目,阐述了特深井井斜预测方法、测量方法、全面钻进和取心钻进的防斜纠斜技术方法。给出我国万米科学特深井上部井段井斜控制方法和控制指标以及连续取心井段防斜纠斜工艺、器具等总体方案,并提出了进一步研究的建议。

松科2井带涡轮钻具取心钻进探索

松辽盆地资源与环境科学钻探工程(松科2井)是目前我国最深的大陆科探井,施工目的是获取松辽盆地白垩纪地层原位、连续岩心,井底高温是其一关键工程难点。为克服地层高温、提高取心钻进效率,三开、四开中分别应用了不同结构、多规格的涡轮钻具进行取心钻进,探索出涡轮钻具取心钻进与全面钻进时工艺差别。针对涡轮钻具在取心钻进过程中出现大排量、高泵压、转速高、损岩心等问题,优化了钻具组合,并自主研制了小排量、全金属结构涡轮钻具,改进了配套单动双管取心钻具,使得涡轮钻具取心钻进能提高机械钻速的同时,也能确保岩心质量及采取率。

望江凹陷页岩油气地质调查皖望地2井钻井技术

皖望地2井是部署在下扬子陆块沿江褶断带望江凹陷许岭次凹斜坡带的一口页岩油气地质调查井,设计井深1600 m,完钻井深1632 m。钻探目的是主探二叠系大隆组-孤峰组页岩含气性,兼探区域地层层序、岩性、岩相发育情况。针对该井泥砂互层、井壁不稳、岩性复杂、取心困难等问题,通过改进绳索取心钻具及工艺、改善泥页岩等敏感地层钻井液体系、优化钻进参数,提高了钻进效率,确保了岩心采取率。并对钻进过程中出现的问题进行分析,提出了改进措施,为同类型小口径页岩气调查井的钻进施工提供技术参考。

我国大陆科学钻探工程实施概况及其取心钻进技术体系

科学钻探是为包括构造运动、气候变迁、火山喷发、地震机理、陨星撞击等基础地学研究领域,提取地球深部信息、建立地下长期观测网络的科学工程。开展科学钻探,不仅将促进我国地学基础理论研究走向国际前沿,实现从地质大国向地质强国的转变,还具有拉动我国钻探工程整体进步,提高其技术、学术水平和国际地位的工程技术意义。在通过科学钻探获取的地下信息中,岩心是直接反映地球演变历史的实物资料,也是最为地质学家所重视的研究资料。我国自2001年启动大陆科学钻探工程以来,素以全过程连续钻取岩心和对岩心的高质量要求著称于世。本文概略介绍了我国已成功实施的4项大陆科学钻探工程,着重介绍了在工程中形成的,具有我国自主知识产权的科学钻探取心钻进技术体系:井底动力取心钻进系统、大口径长回次钻程取心钻进系统、极复杂地层原状取心钻进系统,以及各类岩心的无损出管方法,介绍了各钻进系统在工程应用中取得的主要成果。

松科2井抗超高温钻井液技术

松科2井是1口部署在松辽盆地的高温科学钻探深井,目的为钻穿白垩纪地层,获取基底陆相沉积记录,预测井底温度超过220℃;四、五开钻沙河子组的泥岩、砂岩混层,火石岭组破碎的凝灰岩、泥岩、煤线的混层,容易发生坍塌现象,防塌措施尤其重要。四、五开属于连续提钻取心钻进,多次起下钻及长时间的裸眼对井壁稳定提出较大挑战;不同钻进工艺具有不同的特点,对钻井液也提出挑战。针对以上难点,研制出了抗高温聚合物钻井液:1.0%钠膨润土+2%凹凸棒土+0.2%KOH+(0.5%~1%)高分子量降滤失剂+1%中分子量降滤失剂+2.5%成膜剂+(2%~4%)SMC+2%FT+3%KCl+2%NaCOOH+3%白油。四开初期对三开的井浆进行评价,结合大量的室内小型转换实验,以原井浆为基础逐步进行转换,以满足钻进要求;五开因处理事故对井浆性能调整较大,事故结束后简化钻井液处理剂种类,逐渐将性能调至稳定状态。在松科2井现场应用时,根据实际情况及时调整,该阶段钻井液高温下流变性好、高温稳定性强,室内评价其抗温能力达到240℃,热滚72 h后性能良好,为顺利完成该阶段钻探工作提供了技术支撑,对提高钻探质量、降低勘探成本起到指导作用。

松科二井取心钻进高温钻井液技术

松科二井完钻井深为7108.88 m;完钻时停止钻井液循环后38 h,实测井底温度241℃。针对地层和温度情况,研究出了3种高温水基钻井液:抗温180℃的氯化钾聚磺钻井液;抗温230℃的高温聚合物钻井液;抗温250℃超高温的甲酸盐聚合物钻井液。其中,250℃钻井液以新型高温稳定剂为核心处理剂,凹凸棒土与钠膨润土黏土相,形成了新型甲酸盐聚合物体系。数据表明这几种钻井液具有良好的高温稳定性和较低的高温高压滤失量。工程现场的钻井液实验室结合取心作业特点,实时测试评价现场井浆的常规性能,同时监测井浆的抗温能力和高温流变性,根据实验数据和现场工况针对性的对井浆进行维护、调整,确保高温井段取心作业期间钻井液具有良好的性能。且在长时间裸眼、多次起下钻的工况下井壁稳定,测井、固井作业均得以顺利进行。各体系钻井液在转换时实现了安全平稳的过渡,极大的节约了成本。

KT178 型取心钻具在共和干热岩钻井中的应用

青海共和盆地干热岩资源富集于花岗岩地层,硬度高,研磨性强,部分层段裂隙发育,取心困难。针对干热岩地层和取心需求特点,研制了一套KT178型取心钻具,并配套设计了孕镶金刚石取心钻头。该钻具为单动双管取心钻具,可配套井底动力钻具使用,设计中注重对钻具外管、卡簧等关键部件的强度校核。在GH-01井和GH-02井中,经过两轮试验和优化,钻具逐渐成熟,获取了较完整的岩心样本,满足干热岩勘探取心要求,具备了向页岩气、水资源勘察等具有间断取心需求的同类工程推广应用的条件。

钻柱内防喷止回阀结构及失效原因分析

为有效防止井喷及井涌的发生,并解决现有钻柱内防喷止回阀结构种类少、使用寿命短等问题,有必要分析内防喷止回阀主要结构特点与失效形式。通过对目前各大油田内防喷工具使用现状及问题的调研,综合分析了钻具止回阀典型结构与工作原理,总结出钻具止回阀主要的失效形式,并结合止回阀结构特点与失效情况,进一步探讨了钻井液在阀芯密封面上的冲刷入射角对密封性能的影响、止回阀密封比压需满足的条件并具体分析了失效原因。分析表明:止回阀密封结构与密封件材料性能影响使用寿命;针对不同钻井介质应合理选择内防喷工具的组合。

科学超深井硬岩取心关键技术

科学超深井是人类观测深部地球的"望远镜"。获取典型区块的原状岩心,建立高分辨率的地层剖面及其物、化性剖面,是科学钻探的最主要的目的之一。在深部钻探中,钻头驱动方式和岩心提取方法,是影响工程能源消耗、施工周期和工程经费的关键因素,从多方面阐述了科学超深井取心钻进多项关键技术和难点,并提出了针对性的解决方案和研究方向。

气体钻井箭型回压阀的失效分析

随着气体钻井技术的不断发展和推广应用,更多的箭型回压阀应用于实际工程中,而箭型回压阀失效事故频频发生,严重阻碍了气体钻井技术的推广应用。调研指出箭型回压阀的主要失效形式为箭型回压阀阀体刺漏、流道堵塞以及支承座和阀座的磨损。其中,阀体刺漏主要由箭型回压阀的使用工况和机械损伤引起,同时,箭型回压阀的质量问题会导致阀的早期失效,使用者操作不当致使箭型回压阀的应力集中、承受过大的压力差而失效。针对失效形式和失效原因,提出了减小气体钻井箭型回压阀失效发生概率的预防措施和建议,旨在提高箭型回压阀在气体钻井过程中的使用寿命和安全性,利于气体钻井技术的推广应用。

基于LabVIEW的松科二井项目管理系统

松科二井2013年正式启动,2018年5月完井,历时6年,最终井深7018m。项目执行过程中,形成合同700多个、文件200多个、汇款流水1000多笔、报账流水1600多笔。针对松科二井合同、文件繁多,财务流程繁杂,涉及项目多的特点,基于LabVIEW平台设计了一套项目管理系统。该系统可全程记录松科二井上述合同、文件、汇款和报账信息,建立合同及对应批次汇款和报销的勾稽关系,具有模糊查询、修改、超链接等功能。

?127mm涡轮钻具反扭矩结构设计与优化

探讨了?127 mm涡轮钻具定、转子反扭矩能力设计理论,推导定、转子反扭矩计算公式并进行台架实验验证。在不影响涡轮水力性能的、不提高钻具加工和装配难度的前提下,对转子反扭矩结构形式进行优化设计。新结构彻底打破了以往涡轮钻具转子与心轴的扭矩传递形式,解决了转子反扭矩能力较弱的问题,降低了装配难度。

用于电动钻机的LNG发电机性能分析及改进方案

针对LNG发电机在钻井现场试验中,出现的工况不稳定、功率利用率低、容易熄火等问题,通过分析发动机的特性曲线、各个工况的特点以及气体发动机的特性等认为:问题的原因为LNG发动机加速性较慢,进气系统的随动性较差。据此,从发动机控制系统以及外围设备等方面提出解决问题的方案,为LNG发电机在钻井工程上的推广应用提供了有效思路。

破碎地层取心钻具研究现状及展望

数十年来,国内外专家学者针对破碎地层取心技术做了大量的研究,在提高岩心采取率、增加回次进尺、降低进心阻力、提高机械钻速等方面取得了显著成效。但针对破碎地层岩心频繁卡堵的解决方法研究相对较少,虽然以JamBuster为代表的解堵取心工具,通过增加衬管的方法在一定程度上缓解了岩心卡堵情况、增加了回次进尺,但仍未从根本上解决卡堵问题。本文总结了近年来国内外针对破碎地层取心的研发现状,分析了其中存在的不足,提出了几点发展完善建议。

泥页岩地层绳索取心钻进钻头应用及优化设计研究

长江中下游地区页岩气调查井工程,采用绳索取心钻进工艺,钻遇地层多为泥质含量高的水敏性泥岩、软硬互层较为频繁的致密性地层。钻进过程中,金刚石钻头经常出现钻头泥包现象,在软硬夹层中PDC钻头崩齿导致钻头机械钻速和寿命受到严重影响。主要从钻头结构及钻井液性能方面系统分析了金刚石钻头泥包及PDC钻头崩齿的原因,分析认为,现场钻头应用过程中产生的上述问题与钻头唇面结构设计、钻头水路设计、钻头材料与表面状态、钻进规程参数及钻井液性能有着密切关系。通过对钻进工艺、地层岩性分析研究,对原有钻头进行了结构形式优化和改进设计,对钻进规程参数也进行了优化,现场应用结果表明:钻速明显提升,大大提高了泥岩段及夹层段的钻进效率。

准噶尔盆地玛页1井长筒取心技术

玛页1井是新疆油田股份公司在准噶尔盆地西部隆起乌夏断裂带部署的一口风险探井,目的是探索风城组页岩油和常规高孔火山岩油藏的勘探潜力,全井设计取心275 m,实际取心445 m,该井具有取心井段长、致密泥岩地层取心效率低、裂隙发育段易堵心等特点。针对该区域地层特点及玛页1井长井段取心面临的技术难点,通过应用KT216型钻具长筒取心技术,配套井底动力高转速驱动金刚石钻进工艺,与邻井相比,玛页1井长井段取心钻进综合效率提高1.79倍,连续取心长度445 m,单回次取心长度41.97 m,创该区域历史最高纪录,可为后续该区域长井段连续取心实施提供参考和借鉴。

密闭取心钻头两相流流场CFD模拟研究

密闭取心是一种特殊取心作业,通过密闭取心钻具与密闭取心钻头配合,在密闭液作用下实现岩心与钻井液隔离,可获得地层原始含油饱和度及油水动态等数据。密闭钻头设计为双流道结构,要满足钻井液过流冲洗冷却钻头唇面、携带岩屑要求,同时密闭液在井底可形成富集区域,有效保护岩心免受钻井液污染,密闭取心钻头流道参数是密闭取心钻头设计的关键。本文运用计算流体力学理论,采用k‑epsilon湍流模型及连续性方程对KM型密闭取心钻具配套密闭取心孕镶金刚石钻头的两相流井底流场进行数值模拟,研究钻头唇面两相流混流状态、流体压力、流速、剪切应力分布特征等,分析了流场特征对钻头密闭效果、钻进效率和寿命等的影响,验证了密闭取心孕镶胎块式金刚石钻头流道结构设计参数,提出了钻头两相流流道优化设计建议。