气体钻井连续循环短节的设计与本体的力学分析

气体钻井是欠平衡钻井技术的重要组成部分,可以提高钻井速度,但接单根工况需要中断循环,容易造成岩屑沉降、井壁垮塌、卡钻等安全隐患。为此,设计了一种在气体钻进中接、卸钻具可保持气体连续循环且便于安装和拆卸的短节,其主要结构包括短节本体、主通阀、旁通阀和旁通接头,重点解决了其核心部件主通阀、旁通阀的结构设计;在对其本体进行静力学分析的基础上,运用ANSYS有限元分析软件,模拟了短节本体在受拉伸、扭转、内压工况下的受力状况。分析结果表明,其应力分布趋势与弹塑性力学分析结果相符,在短节本体两处圆孔附近产生应力集中现象,最大变形量仍然处于材料弹性变形阶段。有限元分析结果与弹塑性力学分析结果相符,能满足本体强度的要求。该成果为解决大位移井、欠平衡井、窄密度窗口井等安全钻井提供了新的方案。

气体钻井连续循环短节旁通阀的设计与分析

气体钻井连续循环短节能有效解决井底压力不易控制、地层孔隙压力与破裂压力之间的操作压力窗口窄小、井眼鼓胀效应严重以及油气意外入侵等难题。设计了一种气体钻井连续循环短节,对其核心组件旁通阀在两种工况下受力状态进行了分析:关闭和打开两种工况下循环介质均会对阀体局部产生冲击力,易造成阀体局部强度破坏,且旁通阀关闭时,容易出现循环介质泄漏的情况。利用ANSYS有限元分析软件模拟了旁通阀处于关闭和打开两种工况下阀体的力学行为,对阀体危险截面进行分析。结果表明,该阀体结构满足各种工况下的强度条件,且旁通阀处于关闭状态时对密封性能有严格要求。研究同时完成了旁通阀密封副的密封设计分析。

气体钻井连续循环短节主通阀的设计与分析

气体钻井连续循环短节主通阀可能会遇到阀本体强度失效、阀球转动失效和密封失效等问题。对气体连续循环短节主通阀阀球进行了力学分析,计算出靠人工转动阀球打开主通阀时阀体上、下所需的压力差。对主通阀阀体进行了局部三维分析,分析结果表明,最大应力出现在4个上开口挡圈与阀体的作用面上靠近凹槽根部,最大应力达192.8 MPa,满足强度条件。对主通阀密封进行了设计和计算,主通阀在内、外压差从5 MPa到35 MPa的变化过程中,主通阀的密封副所受作用力都大于密封面必须作用力,保证了所设计的主通阀满足密封性能要求。

钻井液连续循环短节结构优化设计与分析

阀式连续循环短节可实现钻井液连续循环,有效解决因常规钻井接单根过程中频繁开泵、停泵带来的各种问题。在钻井液含砂量较大时,短节侧阀阀板处容易出现冲蚀失效,不仅造成时间和经济损失,而且严重影响作业安全。根据侧阀结构特性,利用Fluent流体分析软件进行了侧循环时短节内部流场及冲蚀效果分析。根据侧循环不同流量、流体密度及含砂量条件下冲蚀模拟,完成了阀板结构优化设计。针对优化设计结果进行安全性研究。采用Ansys有限元软件模拟了侧阀关闭时的阀体力学行为,并通过理论计算进行了侧阀密封性分析与工作阈值流量分析。分析表明,装置优化设计结果安全可靠,可进行实际生产应用。

关于气体钻井连续循环短节旁通阀的设计与探析

本文设计一种气体钻井连续循环短节旁通阀,分别通过对该阀体在打开与关闭两种不同工况下的力学性能进行分析,实践表明,尽管在打开与关闭两种情况下,阀体会受循环介质强烈冲击,且在关闭阀体情况下,易泄漏循环介质,但经过对旁通阀进行密封设计、优化,最终经过力学性能测试,该阀体能够满足不同运行工况下的强度与密封性要求。

阀式连续循环钻井装置的工业化应用探讨

连续循环钻井是对常规钻井钻井液循环方式的一次重大变革。介绍了阀式连续循环钻井原理和优缺点,在严格依据质量保证体系的基础上,紧密结合钻井作业实际,对连续循环短节、控制系统、接入立管管汇的过渡系统等阀式连续循环钻井装置进行了研制,并进行了7口井的现场试验,不同循环介质和不同钻井方式的连续循环钻井都获得成功,证明该装置能够适应钻井工艺各项技术要求。该装置实现不停泵保持井下连续循环进行井口钻具接卸扣作业,避免因开泵停泵造成井下压力激动,可以有效控制ECD值,保持井内压力稳定,避免和减少井下复杂情况乃至事故的发生,对提高钻井效率,降低钻井成本,提高钻井安全性,实现安全、高效、经济钻成各种复杂井起到重要作用。

连续循环钻井技术在渤海油田中的应用

连续循环阀钻井工艺可以解决易发生沉砂卡钻事故及窄密度窗口的特殊井,该工艺设备由循环短节、循环管汇和控制系统组成。介绍连续循环钻井工艺的基本原理和施工步骤,以及使用过程中遇到的问题和后续改进方向,并在渤海油田锦州区块成功应用。

可多次开关随钻堵漏阀的研制及应用

在钻遇漏层时,为防止堵漏钻井液造成憋堵,需要起钻甩掉定向仪器,再重新下钻堵漏,不仅耗时,还增加成本。鉴于此,研制了可多次开关随钻堵漏阀。该随钻堵漏阀通过地面投球的方式控制其开关,具有安全可靠、操作简单和性能稳定等特点。堵漏阀可随钻具一起入井,不影响正常钻进作业,单井次最多可进行6次堵漏施工作业。现场应用结果表明:可多次开关随钻堵漏阀的开关性能稳定,在耐高温方面具有较高的可靠性,应用中井底温度高达158.0℃,钻井液密度1.3 g/cm^3,累计入井时间300 h,工作时间200 h,钻进井段3 823~4 238 m,进尺415 m,工具一切正常。与国外同类工具相比,研制的可多次开关随钻堵漏阀成本低,能有效缩短钻井周期,降低钻井成本,具有较好的经济效益。

国外钻井工具与仪器新进展及国内发展建议

页岩气、致密油气、深井超深井油气和深水油气的勘探开发对钻井工具与仪器提出了更高要求。本文介绍了国外钻井工具与仪器的新进展,钻井工具包括高效破岩钻头(Aegis铠装合金钻头、Crush&Shear™混合式钻头、智能自适应钻头、StrataBlade*凹面金刚石元件钻头和HyperBlade*双曲面金刚石元件钻头)、辅助破岩工具(Navi-Drill DuraMax井下马达、NitroForce™高性能螺杆和耐温300℃螺杆钻具)和循环短节(iCWD智能循环短节、iDisc智能循环和丢手工具、MOCS G2循环短节和JetStream®RFID循环短节),而钻井仪器包括旋转导向工具(Lucida高端旋转导向系统、RST旋转导向系统、VectorEDGE旋转导向系统、HALO高性能旋转导向系统和NeoSteer@bit导向系统)和随钻测量仪器(TruLink*高分辨率动态MWD、IriSphere*随钻前视LWD、HEX200℃高温LWD和QuestTM随钻陀螺测斜仪)。在此基础上,对国内钻井工具与仪器的未来发展提出了建议。最后指出我国应尽快完成核心钻井工具与仪器的国产化,继续加大低成本替代技术的研究力度,以实现经济有效开发。