静态推靠式导向翼肋陷入井壁风险分析

静态推靠式旋转导向钻井系统依靠导向翼肋支撑井壁提供导向力,井壁在翼肋推靠力作用下可能发生屈服和塑性变形,会降低钻压传递效率和造斜率,不利于定向钻井施工。采用有限元软件对旋转导向钻井过程中导向翼肋陷入井壁的过程进行了模拟,并对影响井壁变形的因素及规律进行了分析,给出了可降低导向翼肋陷入软地层的若干技术措施。结果表明,现有的单柱塞铰接式导向翼肋与井壁为角接触,接触面积小,导致接触应力分布不均匀,最大应力位于导向翼肋上端;井壁岩石的弹性模量以及塑性参数(内聚力和内摩擦角)对井壁变形影响较大;在钻进软地层时导向翼肋会陷入井壁,陷入深度随运动时间的延长近似呈线性增加。改进导向翼肋结构、适当减小导向翼肋的推靠力、做好地层适应性评价等均有助于降低导向翼肋陷入井壁风险。

推靠式导向翼肋与井壁接触作用分析

基于Hertz接触理论,建立了静态推靠式旋转导向(SRS)钻井工具的导向翼肋与井壁接触的理论分析模型,初步分析了接触应力的分布规律及其与各影响因素的关系;结合正交试验法分析了理论模型中各因素对最大接触应力的影响程度。结果显示,推靠力对最大接触应力影响最大,随推靠力的增大而近似呈线性增加;井壁弹性模量和翼肋曲率半径对其影响次之,随井壁弹性模量的增大而增大,随翼肋工作面曲率半径的增大而减小;井壁泊松比和翼肋厚度对其影响几乎可以忽略不计。现场使用SRS钻井工具时,可以适当减小推靠力或者增大导向翼肋的曲率半径来降低导向翼肋陷入井壁的风险。

Prudhoe Bay油田老井连续管侧钻翼肋导向马达钻井实例分析

老井侧钻是实现老油田稳产的一种有效方式,传统钻机侧钻需要移除现有油管、封隔器和井口装置等,而采用连续管钻井可以避免以上施工流程,并能实现欠平衡钻井,具有降低作业成本,提高油气产量的优点。为了推动国内连续管侧钻翼肋导向马达钻井技术应用,通过阐述贝克休斯连续管翼肋导向马达钻井技术的工作原理及翼肋导向马达结构,分析阿拉斯加北坡Prudhoe Bay油田老井应用实例,认为该技术能够有效延伸水平段位移,缩短建井时间,能为国内老油田有效提高油气采收率、降低作业成本,供同行借鉴。

旋转导向井下工具控制系统设计及室内试验

旋转导向钻井系统在长水平段水平井、大位移井、分支井等复杂结构井的钻井过程中,可以消除粘滑卡钻,携岩效果好,具有显著提高机械钻速、减少井下故障、降低钻井成本的优势。中国石化胜利油田钻井工艺研究院与美国AGP公司合作开发了旋转导向井下工具系统,该系统由井下专用螺杆和地面转盘双动力驱动,通过控制导向翼肋的定向支出来控制井眼轨迹。其导向和非导向状态及每个导向翼肋的支出均采用独立电磁阀控制,既保证了系统的可靠性,又保证了控制精度,并且简化了控制方法。井下专用螺杆驱动内部心轴不仅给钻头提供动力,还给液压系统提供动力。室内测试证明,该系统控制方法简单可靠,可实现性强,为以后的实际应用推广提供了依据。介绍了旋转导向井下工具系统的整体设计方案,对其控制系统及各部分的结构、工作原理进行了详细研究。

静态推靠式旋转导向钻井系统的钻压传递效率

国内研制的静态推靠式旋转导向钻井系统正全面开展现场试验及初步应用,该系统正常钻进时导向翼肋施加到井壁上的静态推靠力会产生较大的摩擦力,有可能影响钻压传递效率和钻井速度。为此,基于该系统的结构及工作原理,考虑井壁无台阶和有台阶两种情况,分别建立了钻压传递效率分析模型,模拟分析了钻压传递效率随名义钻压、井壁摩擦系数,以及导向翼肋推靠力和前倒角的变化规律。研究结果表明:(1)该旋转导向系统对名义钻压有最小值要求,适当提高名义钻压有助于提高钻压传递效率;(2)无论井壁是否有台阶,如果导向翼肋推靠力之和越大、井壁摩擦系数越大,那么钻压传递效率就越低,当井壁有台阶时钻压传递效率明显低于井壁无台阶时的对应值;(3)井壁有台阶时导向翼肋前倒角对钻压传递效率影响明显,前倒角越大则钻压传递效率越低(甚至自锁)。结论认为,该研究成果有助于指导钻井现场合理选择和调控钻压。

静态推靠式旋转导向工具造斜率预测分析

旋转导向钻井技术是目前钻井工程技术领域研究的热点之一。为准确认识静态推靠式旋转导向工具在给定导向力等钻进参数作用下的造斜能力,根据工具导向特点,对翼肋推靠井壁进行受力分析,考虑翼肋随非旋转套转动时所受的切向阻力作用,修正了翼肋导向合力计算模型;在钻进趋势预测模型的基础上,进一步建立了推靠式旋转导向工具造斜率预测方法。通过采用纵横弯曲梁法求解静态推靠式旋转导向底部钻具组合钻头力学特性,并考虑钻头切削各向异性指数,编程实现了静态推靠式旋转导向工具造斜率的定量预测计算。与现场试验数据对比发现:建立的造斜率预测误差在±0.5°以内,方位变化率预测值较不考虑翼肋与井壁间摩擦时更加符合实际方位变化率,预测结果与实钻井眼轨迹数据的对比验证了造斜率预测方法的合理可行性,为下一步进行井眼轨迹调控指令的准确制定提供了依据。