机械式复合冲击器的工作特性分析

常规冲击器采用的水力脉冲方法存在的冲蚀问题对冲击器的工作寿命影响较大。为此,提出一种机械举升及碟簧蓄能冲击方法并设计了一种机械式复合冲击器,通过实例模型验证了机构的可行性,在此基础上采用理论计算与数值分析相结合的方法对其压缩蓄能、扭冲、轴冲特性展开分析。研究结果表明:在10~100 MPa轴向压缩下,数量为11的碟簧组其总变形量增长率是数量为5的碟簧组变形量的约2.66倍,但其等效应力曲线特性相近;扭冲特性与径向冲击力成正比,下轴体端面总速度和总变形量与冲击力均呈线性相关,4对扭转冲击力作用的端面总速度约是2对的2.54倍;摆线轨迹线的举升座在30 r/min的运动状态下,12 mm冲程的最大冲击速度为0.2 m/s,最大冲击加速度为5.6 m/s^(2),为防止冲击过程接触应力过大需合理选择冲程大小,可通过增加扭冲对数、提高组合碟簧数量来增强冲击特性。研究结果可为复合冲击器的设计选型提供理论支撑。

塔里木地区复合冲击器钻井提速应用与实践

塔里木深井超深井面临着二叠系玄武岩地层可钻性差、易漏,志留系致密砂岩钻头磨损严重的钻井难题,常规提速工具难以实现工具提速再突破。昆仑山前二叠系地层石英含量高,地层可钻性差。新速通公司开发的复合冲击钻井技术,可将流体的液压能转换成工具扭向和轴向交替的高频冲击机械能并直接传递给钻头,给钻头施加周期性的低幅高频复合式冲击,提高破岩效率。在塔里木地区不同区域内几口井试验复合冲击器取得了良好提速的效果,给该地区钻井提速提供了新的选择和思路。

同频异位式复合冲击器的研究开发与现场试验

为了提高PDC钻头在硬地层中的破岩效率,增加切削齿吃深,同时消除井底钻头的“黏滑”现象,研制出同频异位式复合冲击器。该复合冲击器具有轴向冲击和扭向冲击2种功能,且2种冲击频率相同、但相位不同。基于同频异位式复合冲击器的结构特点和工作原理,确定了轴扭冲击相位角θ2为20°,建立了PDC切削齿轴向冲击力和扭向冲击力的数学模型,明确工具扭冲系统与轴冲系统消耗水力能量比值的合适范围为2.0~3.0。现场试验结果表明,带有复合冲击器钻进时,井底钻柱扭矩平稳,与邻井扭力冲击器+PDC钻头的钻具组合相比,其进尺和机械钻速分别提高111.36%和46.83%,节省1趟钻,且出井PDC钻头复合片磨损轻微。该工具使用效果良好,可为复杂难钻地层提速增效提供一种有效手段。

复合冲击器在西湖凹陷深部地层钻井中的应用

随着勘探开发一体化深入进行,西湖凹陷探井在深部地层钻进过程中面临着平湖组地层可钻性差、机械钻速低、钻头磨损严重、钻头更换频繁等难题,传统提速工具难以有效实现提速提效、缩短工期。新速通公司研发的一体化复合冲击器提速工具,通过将钻井液流压转换为轴向和周向的高频机械冲击,在减弱黏滑效应的同时,将冲击能量传给PDC钻头实现瞬间冲击破岩。该工具有效地提高破岩效率,延长钻头使用寿命,在西湖凹陷不同区域尤其是平北地区取得了良好的效果,3500m以深地层机械钻速稳定在10m/h以上。

东海L区块螺杆马达搭配复合冲击器提速技术研究与应用

中海油东海海域L区块地层可钻性较差,瓯江组存在大段含砾中砂岩和砂砾岩,单只钻头进尺短,灵峰组以泥岩、粉砂质泥岩为主,钻头吃入困难,机械钻速(ROP)低、井眼浸泡时间长,易发生钻具遇阻和卡钻等复杂情况。为提高该区块钻井效率、缩短钻井周期,加快L区块油气田勘探开发进程,开展了钻井提速实践探究。该文总结分析L区块已钻井提速现状,综合考虑螺杆马达和复合冲击器两种不同类型的提速工具工作原理,将螺杆马达与复合冲击器配套使用,强化钻头攻击性和布齿技术,应用于L区块直探井瓯江组砾石层和灵峰组泥岩段,提速效果显著,很好地解决了该区块单只钻头进尺短、磨损严重、机械钻速低和井斜不易控制等难题,创该区块单只钻头最长进尺记录,实现了12-1/4″井眼一趟钻工程。该技术可在类似区域直探井推广应用。

PowerV和复合冲击器组合在库车克深区块应用评价及可行性分析

克深区块位于库车坳陷克拉苏构造带,地质条件复杂,传统钟摆钻具组合和满眼钻具组合无法起到防斜打直效果。使用斯伦贝谢垂直导向工具PowerV可以有效控制井斜增长。复合冲击器除具备传统扭力冲击器的特点以外,还集成了轴向冲击功能,是综合2种冲击方式的钻井提速工具,配合其专用钻头进行一体化设计,不仅可以提高钻头在高硬度、高研磨性地层的钻进能力,还能使得Power-V距离钻头更近,提高工作效率。克深28井使用Power-V配合复合冲击器组合同时使用,该组合相互之间具备优良的适配性,且在服务井段内做到了直井纠斜和钻井提速的双保障,后期对其组合进行了可行性评价与分析,对未来克深区块复杂构造防斜快打、提高钻井效率有着重要的参考价值。

加强型复合冲击器在渤海潜山地层钻井中的应用

渤海油田潜山花岗岩地层可钻性差,机械钻速较低、单只钻头进尺普遍较短。为提高潜山地层的钻进效率,对复合冲击器进行了优化设计,设计了双冲击锤结构,以提高复合冲击器的冲击性能。现场应用表明,使用优化后的复合冲击器可以提高冲击频率,大幅提高机械钻速,且能有效保护钻头,具有较大的推广前景。

北部湾复杂地层复合冲击器工艺提速增效应用

北部湾盆地钻井技术经过多年发展,探井、开发调整井钻井技术趋于成熟的同时,提高机械钻速问题变得非常普遍和突出。因此如何在复杂地层中提高钻井速度、提高作业效率、保证井眼质量及预防复杂情况的出现是后续钻井作业更加高效、优质的关键。为解决上述技术难题,在分析区块地质特点的基础上,选择一款适用于北部湾区块复杂地层钻进的复合冲击器,根据该工具的工作原理,实现快速钻达设计井深,节约了大量的钻井时间,保证了建井质量。

双冲击锤复合冲击器在东海某区块探井的提速应用

东海海域某区块探井前期作业中普遍存在深部平湖组地层机械钻速偏低,不时出现钻具遇阻卡钻等问题。为提高该区块钻井效率,开展了双冲击锤复合冲击器的适用性研究。双冲击锤复合冲击器具有冲击能量大、周向与轴向冲击分配精准、冲击频率快等特点,在总结分析东海某区块地层特性、岩石抗压强度的情况下,优化了井身结构,采用双冲击锤复合冲击器提速工具很好地解决了该区块深部机械钻速偏低、钻头磨损严重的难题。双冲击锤复合冲击器在该区块探井的应用结果表明:12-1/4"井段机械钻速为35.9m/h,刷新该区块12-1/4"井段最高机械钻速纪录;8-3/8"井眼机械钻速为21.04m/h,相比前期邻井平均机械钻速提高97.2%,相比前期最高机械钻速提高24.57%,创造了东海海域平湖组地层最高机械钻速新纪录。

复合冲击器提速机理及其在东海某区块探井的应用

中海油东海海域A区块探井相对该海域前期开发井,地层埋深更深,可钻性差、机械钻速偏低、单只钻头进尺少,造成钻井周期长、作业成本高、井眼浸泡时间长、甚至钻具遇阻和卡钻等复杂情况。为提高该区块探井钻井效率,加快油气田勘探开发进程,提速增效,开展了复合冲击器探究性提速应用。在总结分析A区块地层特性、岩石抗压强度及前期钻头使用情况下,综合考虑复合冲击器提速原理,优化钻头切削齿分布技术,针对性地提出花港组穿砾石夹层、平湖组提速钻进的应对方案,很好地解决了该区块单只钻头进尺短、个别位置磨损严重和机械钻速低的难题,取得了显著的效果。复合冲击器在该区块4口探井应用结果表明:复合冲击器在武云亭区块花港组、平湖组、宝石组相比普通PDC钻头机械钻速平均提高了35%以上,单只钻头平均进尺增加了50%以上。复合冲击器在类似深层钻井区块具有广阔的推广应用前景。

北部湾盆地探井提速提效技术及应用

北部湾盆地油气资源丰富,但地层构造分布零散,断层发育,地层坍塌压力高,钻进期间易发生井漏,目的层裸眼段长,经常钻遇抗压强度高的花岗岩。钻探面临着井位转换频繁、地层易垮塌及漏失、海上油基钻屑处理难度大、花岗岩机械钻速低、弃井时效低等问题。为进一步降低钻探周期及作业成本,采用“一孔双眼”勘探模式、井身结构优化技术、海上油基钻屑处理技术、新型复合冲击钻井提速技术、长裸眼段一次性水泥塞弃井工艺、水泥伞悬空水泥塞技术等提速提效措施,有效解决了南海西部海域钻探难题,且在实际应用中效果显著,提高了勘探及钻井作业时效,为同类型油气田钻探提速提效提供参考。

两种提速工具在渤海油田某深井的应用评价

渤中某区块中深部地层较硬,特别是进入孔店组后地层岩性复杂,对钻头的研磨性极强,导致钻头机械钻速极低。目前存在扭力冲击器和复合冲击器两种提速工具,但在该区块的适用性有待评价。为提高硬地层深井的机械钻速并评价两种提速工具的适用性,在该区A井孔店组分别使用了扭力冲击器+PDC及复合冲击器+PDC钻井技术。结果表明,扭力冲击器+PDC钻头技术可提高机械钻速97%,复合冲击器+PDC钻头技术可提高机械钻速114%,综合进尺与机械钻速提高率证明复合冲击器效果更优。建议后续可针对孔店组规模化应用复合冲击器,以提高机械钻速、节约钻完井投资。

东海X区块钻井提速研究与应用

东海X区块地层可钻性较差,导致机械钻速低、钻头进尺短、井眼浸泡时间长、钻具遇阻遇卡,钻井效率低下,在对区内历史井地层特性、岩石抗压强度及钻头使用情况等分析的基础上,开展了钻井提速研究。结果表明,钻头优化、使用复合冲击器、井身结构优化的配套系统性提速方案可提高钻井效率、缩短钻井周期、降低复杂情况、加快油气勘探进程。其中,根据复合冲击器的工作原理和寿命优化井眼轨迹,对钻头设计时使用中等抛物线、加强肩部布齿密度,可解决区内钻头磨损严重、单个钻头进尺少需3~4趟钻完成一个井段作业、深部地层平均机械钻速低于10 m/h等一系列难题。该提速方案现场应用,减少了卡钻、井眼垮塌等井下复杂情况,实现了各开次井眼一趟钻工程,缩短钻井周期6~8 d,并在该区块创下了单只钻头进尺和机械钻速等多项新记录,钻井效率明显提高,为东海油气勘探提速增效探索了一条可行的技术路线。

南海东部深层古近系高效开发技术探索与实践

针对南海东部地区深层古近系地层压实程度高、研磨性强、机械钻速低、压差卡钻风险高等难题,形成以旋转齿钻头、一体化复合冲击器、新型硅酸盐钻井液体系为核心的深层古近系高效开发技术。现场试验结果表明:旋转齿钻头有效降低钻头磨损,提升破岩效率,行程钻速提升100%;一体化复合冲击器扭向冲击与轴向冲击相结合,相同层位机械钻速提升155.8%;新型硅酸盐钻井液体系实现低密度下维持井壁稳定,降低电缆测井复杂事故率。南海东部深层古近系开发技术的探索与实践为后续高效挖掘深层剩余油潜力奠定了良好基础。