基于螺杆钻具的近钻头井斜测量误差及修正

为了研制具有自主产权的基于现有螺杆钻具的随钻近钻头测量装置,结合井下工况,对近钻头井斜测量过程及仪器本身存在的误差进行了分析,阐述了利用声波或电磁波传输近钻头信号的优势,并提出了近钻头井斜精确测量的误差修正思路。分析结果认为,当前的近钻头井斜测量仪器还存在一些未考虑到的问题,如动力钻具的振动影响测斜精度,动力钻具弯角的存在导致近钻头仪器与井眼不同轴产生误差等。利用声波传输近钻头信息及远程传输井下信息是实现测量的静态及传输信号过程静态的有效方法,建议加快该技术的研究进度,争取早日应用于现场。

基于旋转导向钻进方式的可控弯接头发展现状

旋转导向钻井工具是旋转导向钻井系统的核心工具,代表了目前导向技术的先进水平,其最基本的功能是导向功能和稳斜功能。文章概述了导向钻井工具的发展,叙述了滑动导向钻进方式的缺点与不足,介绍了现在世界上已成功商业化的几种自动旋转导向钻井工具的结构原理。可控弯接头属于指向式导向工具,本文着重探讨了可控弯接头导向机构的结构、导向原理、特点以及发展现状。

轴力及重力作用下钻杆最大弯曲应力计算

在考虑了钻杆接头、轴向力、钻杆重量以及钻杆本体与井壁接触等因素的前提下 ,应用平面弹性梁理论建立了钻杆在轴向拉力、轴向压力和轴向力为零时钻杆的最大弯曲应力计算模型。运用该模型计算出的钻杆最大弯曲应力远大于按井眼曲率计算的弯曲应力 ,这说明钻杆接头对钻杆弯曲应力的分布有较大的影响。在计算钻柱强度时 ,应考虑接头对钻杆弯曲应力的影响 ,以实现安全钻井。

弯曲载荷下钻具接头试样的磁记忆信号特征

为了探究如何利用磁记忆信号检测钻具接头产生疲劳损伤的位置,在分析钻具接头承受弯曲载荷的基础上,设计了悬臂梁弯曲疲劳试验机。采用巨磁阻磁记忆检测探头对加载一段时间的试样进行扫描检测,由PLC装置来控制巨磁阻探头的扫描路径和速度,由DATAQ数据采集器将采集到的磁场分布状态转化为电压信号。分析结果表明,梯度值作为磁记忆信号的特征参量可以很好地描述试样承载过程的疲劳强度,磁记忆信号的切向分量梯度最大值与试样的刻伤深度无关;试样在弹性阶段磁信号的切向分量梯度最大值波动范围很小,基本稳定在0.04 V/mm。

绳索取心钻杆折断事故的原因、预防与处理措施

针对地质钻探中时常发生的钻杆折断事故,本文从钻杆材质与加工、复杂地层条件、钻孔弯曲等方面分析了导致绳索取心钻杆折断的主要因素,并从钻杆材质优选、钻杆加工工艺和热处理工艺、螺纹结构优化和精细处理、钻孔结构与钻具级配优化、护壁堵漏技术、现场操作规程等方面总结了相应的预防措施,建议通过数值模拟优化钻具级配和钻进规程参数,加强钻杆腐蚀缺陷、裂纹等的探伤检测,以提高整个钻探体系的可靠性。

硬地层定向井中几种侧钻方法的灵活应用

在川渝地区,钻定向井、水平井必然要面对地层岩性变化大、硬度高等复杂地质情况,常常会遇到因井下复杂、事故、修改地质目标等原因需要填井侧钻。侧钻的方法不同,侧钻的成功率和效率差异很大。文中分析了川渝地区近几年硬地层定向井、水平井侧钻效率不高、有时甚至失败的原因,归纳总结了近几年常用的几种侧钻方法的施工效果,提出要根据具体条件灵活应用这几种侧钻方法。

工具面动态控制钻井系统的室内研究

常规钻井作业中,造斜段一般使用弯角马达滑动钻进完成,易产生工具面漂移,传统方法对工具面调整时需要停钻,易引起作业效率低和卡钻等问题。为此,设计了工具面动态控制钻井系统,并完成软件控制和顶驱角度精确定位系统研制。钻井系统主要由现场监测系统、软件控制系统和顶驱精确定位系统组成。通过实时监测工具面,软件控制系统可自动判断工具面偏移情况并发送指令至顶驱精确定位系统,定位系统调整顶驱角度,从而实现滑动钻进过程中工具面的自动控制。室内试验结果表明,电机无论是在空载、带载还是正反转情况下,顶驱角度精确定位系统的定位精度都控制在2°以内,响应时间不超过4 s。

旋转导向工具心轴弯曲对悬臂轴承影响的研究

指向式旋转导向工具利用心轴的弯曲变形达到导向钻进的目的,在轴承受力分析的基础上,选择滚针轴承达到心轴上部的悬臂轴承限制心轴弯曲的目的,但是心轴的弯曲会影响滚针轴承的工作及寿命。通过对心轴弯曲变形的力学分析,建立了心轴在静态偏置状态下的挠曲线方程,得出在滚针轴承处心轴的挠度值与偏置力之间的关系曲线,利用试验验证了力学分析的合理性;并通过试验研究了在静态和动态2种工作条件下心轴弯曲对滚针轴承工作的影响。结果表明,心轴的弯曲变形是滚针轴承失效的主要原因;采用组合轴承或硬质合金轴承可以改变轴承的受力状态以延长轴承的工作寿命。

防斜纠斜技术在邑深1井的应用

受地质因素的影响,同样的钻具组合、相同的钻井参数在不同地区应用,防斜纠斜效果存在较大差异。针对不同区块地质特征,综合运用现有井斜控制理论,以达到单井防斜打快、降本增效的目的。邑深1井为中国石化重点预探直井,钻井过程中先后使用了常规钟摆钻具防斜技术、直螺杆复合钻进防斜技术、弯螺杆配合欠尺寸扶正器防斜技术、单弯双稳钻具防斜技术,配合使用电子多点测斜技术、机械式随钻测斜仪测斜技术及MWD测斜技术,较好地实现了对井身轨迹的控制。对各种防斜纠斜技术的应用情况及各种防斜纠斜技术原理进行了对比分析,提出该区块防斜打快、降本增效的各个开次的钻具组合,对大邑地区同类型井提供了一定的借鉴。

预测弯外壳导向钻具钻井造斜技术

预测弯外壳导向钻具钻井造斜率，合理控制井身轨迹，在定向钻井施工中非常重要，掌握导向钻具的结构参数和造斜能力，是定向钻井成败的重要因素。文中分析了单弯单稳定器导向钻具和同向双弯单稳定器导向钻具的钻井施工设计原理，指出为提高弯外壳导向钻具钻进时的“自由状态”造斜率，应增大弯角与缩短拐点至钻头底面距离，设计中应考虑钻头长度，增大拐点上部稳定器位置和建议把弯外壳单稳定器导向钻具设计成对称状态等。

中古5-2H井井眼轨迹控制研究

塔里木油田中古5区块储层较深,钻井液安全密度窗口窄,受井眼直径、钻具弯曲等因素综合影响,水平井段的长度延伸一直较难突破,影响了水平井产能开发,为提高中古潜山灰岩裂缝油气藏单井产量,开展了超深长水平段井井眼轨迹研究,针对井眼清洁、钻具弯曲、螺杆脱胶、轨迹控制等施工难点,现场实施中应用了ф101.6 mm钻杆组合、钻具弯曲模拟、安全钻压、水力振荡器、高温螺杆、高温MWD、优选PDC钻头结合控压钻井技术,钻成国内高难度、高温超深长水平段水平井,该井超长井眼顺利钻完,并在水平段实施了分段多级压裂增产措施,探索出了超深、高难度、长水平段井的轨迹控制新方法,该研究及应用的成果对此地区水平井大规模实施具有一定的指导意义。

滑动钻进造斜率预测与分析

滑动钻进工况下造斜率的准确预测是钻井工程面临的难点问题。首先利用加权余量法,建立了导向钻具组合的三维力学模型,得到了滑动钻进过程下钻头机械载荷及导向钻具组合的摩阻分布;其次考虑滑动钻进过程中工具的造斜特性,建立了零侧向钻速准则下的滑动钻进造斜率预测模型及折算系数反演方法;最后利用一口页岩气水平井钻井数据,反演计算了该井造斜率折算系数,验证了滑动钻进造斜率预测模型的精度,并分析了钻井参数、轨迹参数、钻头切削特性、工具结构等对工具造斜率和摩阻的影响规律。研究结果表明:滑动导向模式下,通过适当增加工具结构弯角、降低钻压、提高钻头侧向切削能力等,有利于发挥工具的造斜性能,提高滑动钻进效率,为导向钻井参数优化、工具结构优化设计及井眼轨迹控制等提供重要依据。

煤矿井下定向钻进螺杆钻具力学分析

单弯螺杆钻具是实现煤矿井下近水平定向钻进的重要工具之一。文章采用纵横弯曲法对煤矿井下单弯螺杆钻具进行受力和变形分析,阐述了变斜力和变方位力与钻压、第一跨梁长度、钻孔曲率、结构弯角及工具面向角等因素的关系。此外,通过对螺杆钻具的扭矩、轴向荷载和离心力的分析,有助于全面了解螺杆钻具的工作状况,对正确使用和维护钻具、保证定向钻进施工的顺利进行具有重要意义。

抽采长钻孔的定向施工技术实施及纠偏器件的研制

在长钻孔实际施工过程中,利用定向钻进技术和自己研制的配套器件,结合力学理论,保证钻孔的实际运行轨迹在设计允许偏差内,以确保钻孔的终孔点在设计的范围内,达到安全有效的抽采工作面瓦斯的目的,防止钻孔误透巷道及采空区,造成事故及形成安全隐患。

单弯螺杆马达与液动潜孔锤复合钻具研究

为解决煤矿井下硬岩层定向钻进效率低的难题,提出将单弯螺杆马达与液动潜孔锤组合在一起,形成的复合钻具具有硬岩层中轨迹可控和钻进效率高的特点。介绍了复合钻具的组成及实现冲击回转定向钻进的原理,研究了具体实施方法,包括:钻具组合形式、工具选型、流量匹配、随钻测量系统防振以及专用钻头设计。研究结果表明:液动潜孔锤置于单弯螺杆马达与钻头之间较为合理;为满足液动潜孔锤低转速的要求和单弯螺杆马达调角的需要,定制了低转速可调弯外壳螺杆马达;随钻测量系统与钻具之间设计了双向减振短节;根据不同工具工作排量,提出了3种流量匹配的方法;基于复合钻具碎岩机理,设计了柱-片混合型钻头;最后指出了可能存在的问题,并给出了解决问题的建议。

水平井施工中的钻具安全

水平井施工中钻具不同于直井的钻具组合,采用滑动钻进方式,钻柱不旋转,钻柱与井壁间的摩阻完全有钻柱轴向力克服,钻柱发生屈曲,产生托压甚至自锁,容易卡钻,使水平钻进无法进行。在水平井施工中由于井斜角和水平位移的增加,摩阻和扭矩增大是非常突出的问题。特别是深井水平段较长时,对钻具安全提出了更高的要求,需要保证较高的安全系数;另外深井长水平段施工中,水平段钻柱的屈曲也是一个无法回避的问题。

侧钻的关键技术分析与研究

侧钻作为一种钻井方法,在钻井过程中经常使用,但往往因为钻具组合不科学、不合理,钻时控制不到位,不注意侧钻细节,使侧钻变得复杂艰难,甚至反复几次侧钻都不成功。针对以上问题进行深入分析及探讨,通过科学合理的钻具组合及对钻时的精准控制、细节的准确把握,使侧钻循序渐进,提高侧钻效率。

车排子超浅水平井一趟钻螺杆钻具设计及应用

新疆车排子超浅水平井由于目的层埋深浅、成岩性差、可钻性差别大、实钻造斜率偏低且不稳定,增斜段需使用大度数螺杆钻具控制轨迹。大度数螺杆钻具复合钻扭矩大,易发生螺杆故障,不利于安全钻井;水平段需起钻更换小度数螺杆钻具;大度数螺杆钻具不能满足一趟钻完成二开直井段、斜井段、水平段轨迹控制及安全钻井需要。分析认为新疆车排子超浅水平井一趟钻技术要求螺杆钻具既要有较高的造斜率,又要能够降低螺杆钻具复合钻扭转力,以避免螺杆脱扣或断裂故障,据此优化设计了符合要求的短弯点螺杆钻具。短弯点螺杆钻具是将常规螺杆钻具弯点至钻头底部的距离由1.8 m优化调整为1.3 m。调整后螺杆造斜能力基本不变,但螺杆偏移值由0.056 m降至0.038 m,进而降低了螺杆钻具壳体在复合钻进工况下所受的扭转力,扭转力值由3.7 kN·m降至1.5 kN·m。能够通过滑动钻进和复合钻进相结合的方式对轨迹进行有效控制,实现一趟钻完成新疆车排子区块超浅水平井定向施工。

激光焊接钻头焊后热处理工艺初步研究

以尺寸为30 mm×12 mm×6 mm的对焊试样模拟焊接钻齿的高温回火实验,进行了激光钻头焊后热处理的工艺研究。通过热处理试验确定高温回火热处理能有效提升接头部位抗弯强度,并通过实验结果对比在500℃~700℃高温回火区间确定了最佳处理温度及优选了冷却介质。