双级钻头不停输带压开孔的研究及应用

针对目前不停输带压开孔作业中,单级钻头钻孔定位精度低、导向性差、易崩刀、效率低、寿命短、成本高等问题,提出并设计了双级钻头。双级钻头由大小两个钻头组合而成,前端小钻头具有定位导向功能,后端大钻头具有切削去除材料功能。同时,基于有限元分析方法,应用Solidworks及ANSYS Workbench软件,对双级钻头的应力、应变及变形量进行了模拟。通过试验,研究了双级钻头的崩刃面积及钻孔效率。应用结果显示双级钻头的最大应力、最大应变和最大变形量处于许用范围,满足使用要求。使用双级钻头与使用单级钻头相比,崩刃面积降低、钻孔时间缩短、效率提高。双级钻头可广泛应用于不停输带压开孔作业,带来的经济效益和社会效益显著。

双级PDC钻头井底应力场分析

介绍了双级PDC钻头特征,建立了双级PDC钻头的井底应力场分析模型,给出了相关参数和边界条件以及分析方法,利用有限元方法对双级钻头井底进行三维应力场数值分析得到了井底应力场云图和曲线图,并与常规钻头井底应力场进行了对比。分析和研究认为,双级PDC钻头井底形成了径向应力小、周向应力大的二次应力场,等效应力卸载明显,且总等效应力是常规钻头的85.56%,提高机械钻速的潜力较大。

三牙轮-PDC双级同心钻头设计

随着石油矿产勘探钻井向深部复杂地层发展,传统的三牙轮钻头和PDC钻头破岩效率低,且适用范围受限,无法满足钻井提速增效的要求。三牙轮-PDC双级同心钻头结合三牙轮钻头、PDC钻头以及双级钻头等三种钻头的优势,能够提高机械钻速、增加钻头进尺,以及减少泥包等井下事故的发生,且能够满足广泛的地层适用性,为实现深部复杂地层钻井提速增效提供了新思路。

领眼与扩眼双级PDC钻头井底流场数值模拟

针对领眼与扩眼双级PDC钻头,利用FLUENT有限元软件进行了井底流场数值模拟,得到了四刀翼双级PDC钻头与六刀翼双级PDC钻头井底的速度场、压力场特征。仿真结果表明,领眼钻头刀翼上的内侧切削齿由于低速滞留区的存在导致表面钻井液流速较低,清洗效果较差;从领眼钻头井底上返的钻井液流过阶梯状环空井眼台阶处时出现压力波动。对比两种双级PDC钻头仿真结果,四刀翼双级PDC钻头领眼体与扩眼体井底水力能量分配更加均衡,同时领眼空间与扩眼空间均形成了较大的轴向压差,更加利于钻井液携岩上返。领眼钻头的井眼尺寸、领眼钻头与扩眼钻头喷嘴的过流面积配比对于双级PDC钻头的井底流场有着较为明显的影响。

基于DPM模型的双级PDC钻头流场特性研究

针对双级PDC钻头领眼钻头井眼空间上返的钻井液与扩眼钻头井底流场相互干扰的问题,通过在分流传力总成上增加级间喷嘴形成了一种新的双级PDC钻头水力结构。基于FLUENT软件中的DPM模型,模拟计算了井底钻井液流速、井底压降及井底岩屑质量浓度分布,证实了级间喷嘴对于流场改善的有效性,并在此基础上分析了级间结构对双级PDC钻头井底流场的影响规律。仿真结果表明:级间喷嘴倾角为75°时钻井液清洗效果相对较好;领眼钻头与扩眼钻头的刀翼位置应尽量重叠,这样形成了自下而上的流动通道,利于岩屑的快速上返;领眼钻头与扩眼钻头级间段长增大到40 mm时,级间喷嘴的抽吸作用最显著而后逐渐减弱;领眼钻头与扩眼钻头喷嘴流量比值的增大,提高了领眼钻头井底流场清洗效率,降低了扩眼钻头井底流场清洗效率,领眼与扩眼体喷嘴间最佳流量分配比例为5∶5。研究结果可为双级PDC钻头的水力结构设计及井底流场特征研究提供理论依据。

松南气田腰英台地区钻井提速技术探索与实践

松南气田长岭断陷的腰英台地区是中石化东北油气分公司重点开发的区块之一。腰英台地区深井钻遇地层具有井壁不稳定、下部岩石可钻性差、井底温度高等特点,导致钻井速度慢、周期长,因此,开展深井钻井提速技术研究是很有必要的。在分析钻井施工面临难题的基础上,通过井身结构优化、钻头优选、不同动力钻具的使用等实践,探索适合该地区的深井钻井提速技术,并取得一定成效,为本区块以后的深层勘探开发提供借鉴参考和技术支持。

腰英台地区深井钻井提速技术探索与应用

位于松南气田长岭断陷的腰英台地区是中石化东北油气分公司重点开发的区块之一。腰英台地区深井钻遇地层具有井壁不稳定、下部岩石可钻性差、井底温度高等特点,导致钻井速度慢、周期长,因此,开展深井钻井提速技术研究是很有必要的。在分析钻井施工面临难题的基础上,通过井身结构优化、钻头优选、不同动力钻具的使用等实践,探索适合该地区的深井钻井提速技术,为本区块以后的深层勘探开发提供借鉴参考和技术支持。

盐池区块深层页岩气水平井钻井关键技术研究

为进一步提高鄂尔多斯盆地盐池区块非常规油气资源的勘探开发效果,在分析深层页岩气水平井钻井技术难点的基础上,采用了“双级PDC钻头+单弯螺杆”侧钻工艺,以提高大井眼侧钻效率;优化了“多粒径桥塞+纤维水泥”堵漏工艺,以提高堵漏效果、降低堵漏成本;研发了高性能纳米封堵水基钻井液体系,以实现页岩气水平段安全钻进;设计了个性化PDC钻头,并配合PowerDrive Orbit在水平段应用,最终形成了深层页岩气钻井关键技术。该技术在盐池区块忠平1井的现场试验结果表明,侧钻效率明显提高,井下故障显著减少,取得了很好的现场效果。研究结果表明,深层页岩气钻井关键技术可以解决盐池区块深层页岩气水平井钻井技术难点,对提高该区块非常规油气资源的勘探开发效果具有重要作用。