单弯双扶涡轮钻具造斜能力预测方法研究

针对以钻头中心点、双扶正器中心点的三点定圆法预测的单弯双扶涡轮钻具曲率而不是井眼的曲率,造斜率预测误差较大等问题,改用钻头中心点、双扶正器中心点所对应的井眼轴线上3点,利用上下扶正器位置及井壁间隙、结构角大小和位置、偏心块的位置和偏心距等影响因素建立三点坐标;根据三点定圆数学原理,建立井眼轴线三点定圆全坐标单弯双扶涡轮钻具造斜率计算模型;以3种涡轮钻具为例,计算分析结构角位置与大小、上下扶正器的位置及其与井壁之间的间隙、井眼直径、偏心块位置与偏心距的大小等因素对单弯双扶涡轮钻具造斜能力,从定性到定量影响的变化规律。由此建议将偏心块安装在靠近钻头或结构角处,增大造斜率,并对比分析确定了涡轮钻具s理论和模型预测的实际的转换系数在1.28~1.37的合理范围内,验证了模型的可行性。研究结果可为高温深井涡轮定向钻井提供参考。

超深井连续管短半径侧钻工艺研究与现场试验

采用连续管经过油管柱对现有储层进行加深或对未开发层段进行开窗侧钻,不仅可以省去起出油管的费用,也可以避开复杂盖层快速进入目标储层。为了验证连续管过油管侧钻技术的优势,以TH区块深井A井三开井身为例,分析了连续管侧钻面临的技术难点,通过井眼轨迹优化形成了全增并造斜率逐渐增加的方案,依据短半径工程实施中工具柔性弯曲的附加轴向力要求,通过工具优化,形成了?114.3 mm扶正管柱配套侧钻?88.9 mm井眼的设计方案。现场应用结果表明:在2.5°单弯螺杆定向造斜的配合下,连续管钻井平均机械钻速达1.06 m/h,最大机械钻速10.8 m/h,经济效益显著,也证实了连续管钻井的技术优势;连续管钻井管柱组合中,中间部分可以依靠钛合金的柔性特点,尽量缩短两端的工具串长度,以满足短半径侧钻要求。所得结论可为连续管在老油区实施钻侧提供应用参考。

顺北油田含侵入岩区域超深井安全高效钻井技术

顺北油田含侵入岩区域易塌易漏地层多、古生界岩石可钻性差,?120.6 mm井眼定向仪器易损坏,导致机械钻速低、钻井周期长。通过测井、录井、测试资料分析,建立三压力剖面,优化了必封点位置,将完钻井眼尺寸由120.6 mm优化为143.9 mm;针对火成岩易漏、侵入岩易塌,制定了防漏堵漏与防塌技术对策;通过研究岩石强度特征,配套了非平面齿PDC钻头分层提速技术;通过研究螺杆造斜能力与设计"先高后低"井眼轨迹,优化弯螺杆、定向钻头、MWD仪器及倒装钻具组合,满足了抗温175℃定向实钻需求。通过研究与应用,形成了以井筒稳定与提速工艺为核心的高效钻井技术,现场应用6口井,钻井周期较前期缩短26.5 d,创?143.9 mm井眼国内陆上水平井最深8 220 m纪录。

基于改进的主成分分析法的钻头优选评价模型

在钻井过程中,正确选择钻头类型是提高钻井速度、降低钻井成本的关键。针对钻头选型过程的复杂性和不确定性,为了更好地优选出与地层相匹配的高效、经济的钻头,提出了基于改进的主成分分析法的钻头优选模型。该模型对传统主成分分析评价方法中数据无量纲化、数据线性化和权重确定3个核心环节进行改进,通过均值化和对数中心化方法改进原始数据的特征提取能力,借助熵权法求取主成分的客观权重。利用改进后的钻头优选模型对顺北油田某井待选的12只钻头进行了选型计算。现场应用结果表明,该方法对原始信息特征提取度提高了6%,降维效果明显,保留了原始数据91.7%的信息,并且优选结果与现场实际使用结果一致。优选出的钻头在钻进过程中平均机械钻速大大提高,纯钻进时间延长。研究结果为该油田高效钻井施工提供了重要的技术支撑。

定向井单弯单稳涡轮钻具造斜率预测

对于定向井单弯单稳涡轮钻具造斜率的预测,用现有的修正三点定圆法预测的是钻具几何曲率,不是井眼曲率,且对造斜能力影响因素考虑不全。利用纵横弯曲法的三弯矩方程,确定井下动力钻具上部切点,结合钻头中心点和下稳定器切点,建立了这三点所对应的井眼轴线上三点坐标,利用三点定圆原理,建立了三点定圆全坐标单弯单稳涡轮钻具造斜率预测模型。实例计算了3种结构涡轮钻具造斜率,对比分析了3种结构涡轮钻具造斜率随涡轮钻具结构角,稳定器与井壁间隙,偏心稳定器偏心距以及稳定器、偏心稳定器、结构角分别到钻头的距离等因素的变化规律,明确了稳定器对单弯涡轮钻具的造斜率影响较小,为减小深井卡钻风险,可不用稳定器或用偏心稳定器替代稳定器安装在近钻头处,能有效提高单弯涡轮钻具的造斜率。该方法综合了纵横弯曲法和三点定圆法的优点,实现了超深井单弯单稳涡轮钻具定向钻井造斜率的简便有效预测。

超深井上部大尺寸井眼稳定器接头母扣失效机制

顺北区块超深井Ø444.5 mm大尺寸井眼井段长达5000 m,不但需要面对提速、控斜难题,而且存在稳定器母扣频繁失效问题。为此,从钟摆钻具组合(BHA)动力学分析着手,探讨了大尺寸井段稳定器母扣失效机制。基于钻柱动力学有限元方程,研究了大尺寸井眼中BHA稳定器处的复杂动力学特征,确定了稳定器母扣附近的动态弯矩和涡动特征;建立了稳定器母扣端螺纹接头三维有限元模型,利用显式动力学有限元方法分析了复杂载荷作用下稳定器母扣端螺纹接头的应力分布特征;以顺北XX井稳定器母扣断裂失效为例,分析了BHA稳定器母扣端变截面位置附近的动态应力。结果表明,稳定器母扣端轴向振动和扭转振动水平较低,但出现了较强的高频涡动,较大的变截面特征造成稳定器母扣端附近出现很大的高频附加动态弯矩(0~453.0 kN·m)。这一动态弯矩作用产生的母扣螺纹牙应力最高达799.1 MPa,虽然小于与其啮合的钻铤公扣螺纹牙应力(973.1 MPa),但其变化幅度很大(465.0 MPa),而且变化频率很高。这种高频动态变化应力是促使母扣端螺纹接头发生失效的关键原因之一。建议在设计大尺寸井眼BHA时一方面要控制钻柱涡动,另一方面要尽可能减少稳定器附近的动态弯曲效应。

基于温度与压力双重作用的致密储层渗透率定量评价模型

为了建立油气开采过程中,储层渗透率随温度、孔隙压力变化而改变的定量评价模型,假定岩石仅产生弹性变形,根据多孔介质弹性力学理论,推导出岩石孔隙体积和尺寸的应力-应变关系;再应用管流模拟渗流,根据Kozeny-Carman方程得到渗透率随温度、孔隙压力变化的定量计算模型。针对常规渗透率测试存在的问题,改进实验方法,模拟真实储层温度压力条件,开展了岩心力学和渗透率同步实验。研究结果表明,模型计算的渗透率损失与实验测试结果吻和良好。模型适用于裂缝不发育的致密岩石在弹性变形范围内的渗透率定量计算。随着油气采出,孔隙压力下降,导致渗透率减小,而地层温度降低,导致渗透率增大,这两方面对渗透率的影响具有相互抵消的作用。因此,由于温度、孔隙压力变化引起的储层岩石渗透率总体变化很小,一般不超过±2%。

石油套管与钻杆轻量化用低成本钛合金变形稳定性研究

针对油气井管柱轻量化的需求,通过真空自耗电弧熔炼、锻造/热挤压、均匀化和固溶/时效处理,设计制备了一种改进的石油钻杆用低成本钛合金Ti-Al-X。在850~1000℃温度区间,应变速率0.001~1 s^(-1)的条件下,采用Gleeble 1500热模拟机研究了Ti-Al-X合金的热变形行为。结果表明,随着变形温度和应变速率的增加,变形抗力显著降低。在应变速率约为0.001 s^(-1)和温度高于1000℃的变形条件下,合金表现出流变失稳,在热加工过程中应予以避免。此外,随着真应变的增大,热加工图中的不稳定区域同时增大。

顺北油气田超深高温水平井井眼轨迹控制技术

顺北油气田储层埋藏深、井底温度和压力高,导致MWD仪器故障率高,超深高温水平井下部高温井段有时无MWD仪器可用,井眼轨迹控制难度较大。为了降低该油气田超深高温水平井轨迹控制难度并提高钻井效率,对水平井井眼轨道设计与井眼轨迹控制进行一体化规划,将顺北油气田超深高温水平井井眼轨道设计成造斜率“前高后低”的多圆弧轨道,优化钻具组合和钻进参数;对于下部无MWD仪器可用的高温井段,采用单弯单稳定器螺杆钻具组合进行复合钻进,以控制井眼轨迹。研究和应用结果表明,采用单弯单稳定器螺杆钻具组合进行复合钻进,根据复合钻进井斜角变化率预测结果优化钻具组合和钻进参数,可以解决顺北油气田超深高温水平井下部高温井段无法应用MWD控制井眼轨迹的问题,降低井眼轨迹控制难度,提高钻井效率。

环空底部加压固井技术的研究与应用

江苏油田老区由于多年的注水开采,地层压力紊乱,钻井施工中易引发油气侵、溢流,同时固井候凝期间的水泥浆失重也会诱导油气侵和溢流的发生,对固井质量影响较大。研究应用了环空底部加压固井技术,固井碰压后,首先坐封封隔器封闭下部环空,再通过套管内加压对环空注入一定量的水泥浆,保持套管外环空憋压候凝。该项技术共完成7口井现场试验,后5口井连续获得成功,固井质量优质。