随钻扩眼钻压分配规律的试验研究

随钻扩眼钻井技术可在全面钻进的同时实现裸眼井段的扩径,能有效减少起下钻次数、提高钻井效率。随钻扩眼过程中领眼钻头和扩眼器上钻压、扭矩的分配与地层岩石性质、钻井参数、钻具结构等多种因素有关,因此提出能反映实际随钻扩眼过程的理论或试验方案是钻压分配规律研究的关键。为了在室内试验环境下模拟实际随钻扩眼过程,设计并进行了全尺寸随钻扩眼破岩试验。设计加工了ø215.9 mm PDC领眼钻头和扩眼直径可调(242、260 mm)的试验用扩眼器,在钻头试验台架上进行了全尺寸破岩试验,研究了随钻扩眼过程中的钻压分配规律及其受岩石类型、钻压、转速及扩眼直径的影响。试验结果表明:钻压比和扭矩比随总钻压的增大而增大,随岩石强度的减小而增大,但基本不受钻速的影响;扩眼器刀翼切削区域攻击性越强,相应的钻压比越大。所得结论可为随钻扩眼作业的钻井参数和钻具组合优化提供依据。

随钻选择性扩眼器锥直型水眼液力特性研究

在随钻扩眼技术中,扩眼器的射流效率决定了整个扩眼技术的效率,对整个扩眼技术应用极为重要。针对扩眼器和扩眼器刀翼水眼的液力特性,建立了其物理有限元模型。通过分析可知,射流可以起到清洗岩石切割和冷却刀翼的作用,扩眼器刀翼水眼的几何结构对射流性能有重要影响。为了优化扩眼器刀翼水眼射流性能,提出了将锥直型喷嘴应用于扩眼器刀翼水眼,对其进行了优化。该研究可为扩眼器刀翼水眼结构参数的优化设计提供理论指导,对提高侧钻完井质量、推广侧钻改造技术具有重要意义。

液控随钻扩眼器球座冲蚀规律及结构优化

在随钻扩眼的过程中,扩眼器球座的冲蚀较为严重,尤其是球座旁通孔附近。基于冲蚀理论与固液两相流理论,结合DPM离散相模型对扩眼器球座进行冲蚀模拟分析,研究不同因素对扩眼器球座冲蚀的影响规律。此外,利用正交试验方法,研究各参数对冲蚀磨损的影响程度,并优化扩眼器球座结构。通过极差和方差分析可知:影响球座冲蚀磨损的因素依次为流量>含砂比>颗粒直径,最优工艺参数组合为:流量35 L/s、含砂比3%、黏度0.028 Pa·s、颗粒直径0.25 mm、颗粒密度1 500 kg/m~3,此时球座的冲蚀率最小,为4.52×10^(-6) kg/(m~2·s)。为了减少扩眼器球座的冲蚀,对球座进行结构优化,优化后球座旁通孔角度为顺时针倾斜45°、圆角半径为7 mm、个数为6,相比优化前的球座冲蚀率降低了24%。

全尺寸随钻扩眼钻具系统振动特性仿真研究

随钻扩眼技术可在全面钻进的同时扩大裸眼段尺寸,在深井、超深井、小间隙井、侧钻井和复杂井况中得到了广泛应用。但对随钻扩眼过程中的振动特性和减振机理不明,扩眼作业中仍存在钻柱动力学稳定性差、扩眼质量不理想和机械钻速低等问题。为研究随钻扩眼过程中钻柱的动力学特性,建立了呼101井钻具组合长5539 m的全尺寸钻柱系统仿真模型,对随钻扩眼过程中钻具瞬态振动进行仿真分析。基于仿真结果,研究了随钻扩眼过程中钻具振动特性受钻井参数和钻具组合的影响规律。研究成果可为随钻扩眼钻井参数和钻具组合的优化提供理论依据。

推力可控的投球式液压随钻扩眼器

随着我国油气勘探开发向地球深部进军,由深井超深井环空间隙小及大段盐膏层的存在带来的塑性地层卡钻、钻井液安全密度窗口窄等钻井工程难题对井身结构设计、钻井施工和固井质量提升带来了严峻挑战。为此,在分析国产扩眼器结构和功能局限性的基础上,通过结构设计、安全性模拟、流场分析及室内实验,研发了一种投球激活液压式可控随钻扩眼器并开展了现场试验。研究结果表明:①工具在极限钻压、极限扭矩、极限提拉工况下的安全系数分别为2.42、1.70、1.23,安全性能满足现场需求;②工具通过调节钻井液排量来控制刀翼推力,可以满足不同地层的扩眼需求;③工具在小排量时压耗变化更为明显,可通过投球后小排量憋压以判断工具在井下的工作状态;④室内及现场试验表明,工具投球后能够稳定执行刀翼展开和收回动作,试验井段目标扩眼井径241.30 mm,实际平均扩眼井径241.49 mm,相比扩眼前井径平均扩大14.53 mm,扩大率6.4%,与预定目标吻合。结论认为,可控随钻扩眼器有效缓解了地层缩颈导致的电测遇阻、挂卡等问题,为解决盐膏层缩颈、非常规套管作业提供了重要技术手段。

多级变径随钻扩眼器研制及刀翼受力与钻压分配分析

深层小井眼采用随钻扩眼器进行扩眼作业时存在井眼缩径、固井质量差和卡钻频繁等问题。为解决该问题,基于随钻扩眼器基本结构和工作原理,采用新型变径结构,研制了一种多级变径随钻扩眼器;建立了随钻扩眼尺寸与主动活塞轴向位移之间的函数关系,并分析了扩眼器刀翼的受力情况;采用双因素计算方法分析了该扩眼器的钻压分配情况,得到了随钻扩眼器钻压分配比对扩眼尺寸、钻具锐度及地层抗压强度的影响规律。分析得知,随钻扩眼器的钻压分配比与钻遇地层抗压强度、扩眼尺寸呈正比,与扩眼器锐度呈反比,该扩眼器的理论井径扩大率为7%~20%。研究认为:对随钻扩眼器进行钻压分配分析,可以指导扩眼器的设计及领眼钻头的选型;研制的多级变径随钻扩眼器为提高扩眼效率提供了技术支撑。

库车山前超深井盐膏层扩眼技术应用评价

库车山前区块地跨克拉苏构造带,属于塔里木油田重点区块。在该区块钻井作业中,四开古近系库姆格列木群发育盐膏层,需要通过扩眼作业来解决井眼缩径问题。针对博孜某井盐膏层岩性组成复杂、风险系数高等问题,选取特定结构液压扩眼器进行不同方式的扩眼作业和评估。通过优化和改进后结果表明,针对盐膏层井况扩眼作业有良好的应用性,保障了后期固井作业质量,是该区块盐膏层的扩眼应用的成功案例。

库车山前盐层随钻扩眼尺寸优化研究

塔里木盆地库车山前构造盐层广泛发育,盐层井段Φ241.3 mm井眼钻井过程中阻卡井漏问题频发,采用扩眼技术增大环空间隙可有效解决阻卡和井漏复杂,但实际扩眼尺寸范围较大,不利于盐层扩眼技术的推广应用。文章以盐岩力学参数和蠕变规律为基础,利用有限元仿真模拟得到考虑盐岩蠕变、固井顶替效率和机械钻速综合影响下的扩眼尺寸优化推荐结果,并进行现场应用。结果表明:综合考虑盐岩蠕变、固井顶替效率和机械钻速等因素影响下的推荐扩眼尺寸为254~270 mm;应用井盐层段Φ241.3 mm井眼随钻扩眼至Φ266.7 mm,绝大部分井段井眼尺寸大于266.7 mm,工程参数与未扩眼邻井同层段相比差异小;扩眼后同返速下固井ECD最高下降0.052 g/cm^(3)、固井质量合格率及优质率较同区块邻井分别提高49%和39%,表明库车山前盐层段将井眼扩眼至Φ266.7 mm是科学合理的。研究成果对山前盐层段高效科学推广扩眼技术提供了理论和技术支撑。

液压扩眼器设计及井下试验验证

为了降低小井眼钻井作业风险,提高固井质量,对152.4 mm井眼液压扩眼器结构原理和力学性能进行了研究,并制作了样机。152.4 mm井眼液压扩眼器主要由上接头、螺旋扶正套、环形剃刀组件、固定套、摩擦环及下接头等组成。对样机的压耗、刀翼张开、刀翼自动收回及强制收回等功能进行了验证,同时对扩眼效果进行了预评估。验证结果表明,该液压扩眼器的压耗约为1.38 MPa,小于计算的最大压耗1.96 MPa,满足现场作业需求;液压扩眼器能够实现正扩眼、倒扩眼和随钻扩眼作业,正扩眼和倒扩眼井径均达到190.5 mm以上,井径较规则,扩眼效果较好;在随钻扩眼中,刀翼张开最大扭矩达到14 kN·m。

塔河油田同心随钻扩眼钻柱动力学研究

老井侧钻是解决塔河油田含水率增加的主要技术,但井眼直径变小会对后续作业产生很大的影响,应用随钻扩眼技术可以解决此问题。但也存在钻柱动力学稳定性差、扩眼效果不理想和钻速低等问题。基于弹性力学理论及有限元分析方法,考虑弯曲井眼中钻柱受力、钻柱结构和领眼钻头与扩眼工具处钻压扭矩分配等因素的影响,由该区一口实例井扩眼参数建立了侧钻井同心随钻扩眼钻柱瞬态动力学模型。并研究BHA在小井眼中的运动状态,全钻柱关键位置动应力变化、井口轴向力、井口扭矩、钻柱轴向加速度和钻柱等效应力随加载时间的变化,模拟结果可为研究同心随钻扩眼钻柱的动力学性能和优化随钻扩眼施工参数提供了理论支持。

随钻扩眼技术研究进展

随钻扩眼工具作为扩眼工具的一种,具有常规固定翼式扩眼工具无法比拟的优势。在介绍随钻扩眼技术在深井、超深井、小间隙井、盐膏层钻井和侧钻井中的应用情况后,就国外随钻扩眼工具的研究进展和应用进行了分析,包括斯伦贝谢公司的Rhino系列扩眼工具、哈里伯顿公司的XR^(TM)和UR^(TM)扩眼工具、贝克休斯公司的GaugePro扩眼工具、威德福公司的RipTide扩眼工具及国民油井公司的Anderreamer扩眼工具。指出了国内外随钻扩眼工具的研究重点和今后的发展趋势。最后建议我国应加强随钻扩眼技术和工具的研究力度,完善随钻扩眼技术和工具,这对提高我国的钻井技术有着重要的现实意义。

超深井顺6井的扩眼实践与认识

顺6井是部署在塔里木盆地的一口超深井,因施工需要对四开6230～6366m井段进行扩眼作业。介绍了该井使用的液压扩眼器的结构、原理和技术特点,同时对该井高温、高压和地层岩性较硬等施工难点进行了分析,通过采取小钻压、低排量循环和采用抗高温的密封元件等相关措施降低了施工风险。试验表明,该井扩眼施工顺利,效果良好,扩眼后井径平均扩大25mm,为保障该井固井质量创造了有利条件,为液压扩眼器在其他区块超深井的应用提供了一定的借鉴。

扩眼尺寸在不同工况下的影响分析——以准噶尔盆地南缘H101井为例

扩眼尺寸参数的确定是国内外扩眼研究的难点。为了保障在扩眼段顺利钻井和固井,以准噶尔盆地南缘H101井为例,深入研究扩眼尺寸在钻进、起下钻以及固井工况下的影响规律。从钻具弯曲变形、排量优化、底部钻具组合振动、起下钻抽吸激动压力与密度窗口、下尾管激动压力、注水泥当量循环密度(ECD)、以及考虑井眼曲率的井筒完整性角度分析其对扩眼尺寸的要求,并讨论下入套管尺寸变更对扩眼段固井的影响,最后结合数理统计分析综合考虑确定扩眼尺寸参数值。准噶尔盆地南缘H101井及同类井应用扩眼尺寸参数进行扩眼均顺利完钻,并且H101井扩眼段实现单日进尺101 m。提出的优选扩眼尺寸的方法和思路考虑因素更全面、更有说服力,对扩眼井确定扩眼尺寸具有重要借鉴意义。

塔里木深井长裸眼扩眼技术

塔里木油田地质情况复杂 ,为了安全钻达目的层 ,对于一些复杂井要进行非常规套管程序设计 ,必须要有相应的配套钻井工艺技术。在 2 15 .9mm井眼采用扩眼技术就是为了使 193.7mm无接箍套管能够顺利下入设计井深 ,塔参 - 1井使用水力扩眼器在 2 15 .9mm井眼扩眼后 ,成功将 193.7mm无接箍套管下至 6 96 3.2 4m ,段长16 5 1.2 4m ;在秋参 - 1井使用偏心钻头扩眼 ,成功将 193.7mm无接箍套管下至 6 2 71m ,段长 2 80 0m ,2种扩眼方式均取得了较好的扩眼效果 ,着重介绍了这 2种扩眼方式的施工特点和技术要点。

扩张式随钻扩眼工具技术现状与发展建议

在指出扩张式随钻扩眼工具与其他扩眼工具比较具有的技术优势之后,介绍了国外几种典型的扩张式随钻扩眼工具的结构原理、性能特点和应用情况,包括Smith公司的Rhino一体化扩眼器、Halliburton公司的XR型扩眼器、NOV公司的Anderreamer扩眼器以及Tesco公司的Un-derreamer扩眼器等,随后简要分析了国内随钻扩眼工具的技术现状,最后对国内开展扩张式随钻扩眼工具研制提出了建议。

液压式扩眼器在柴参1侧1井扩眼施工的实践与认识

介绍了KKQ - 15 0型液压式扩眼器的结构、性能、工作原理及其在直井中的应用情况 ,并且结合该种工具首次在定向井—柴参 1侧 1井扩眼施工的现场应用 ,给出了该工具在定向井中实施扩眼作业的难点和特殊性 ,分析总结出作业失败的原因 ,提出了相应的对策与解决办法 ,为今后在定向井中成功应用该类工具提供一定的借鉴。

塔参一井管下扩眼技术

管下扩眼是一项不常用的技术 ,但随着石油工业的发展 ,钻井难度越来越大 ,特别在深井和超深井中 ,常会遇到狗腿、键槽和缩径等复杂情况 ,而且在深井钻井中要求下多层管柱 ,这就增加了对更耐用更可靠的管下扩眼器的需求 ,而以往常用的可胀开牙轮扩眼器存在着某些内在问题 ,如牙轮寿命短、水力参数有限及部件薄弱 ,导致使用效果不理想。文中通过介绍塔参一井的扩眼施工 ,将一种新型的扩眼器与常规扩眼器作比较 ,介绍其工作原理和使用方法 ,对新型扩眼器存在的问题作分析 。

随钻扩眼工具的动力学仿真研究

为了解随钻扩眼工具在井眼内的运动状态和受力情况,促进钻井工具的优化设计和更合理的应用,对随钻扩眼工具在井眼内的运动进行了研究,给出了基于拉格朗日方程的动力学分析方法;基于法向接触约束的惩罚准则,计算了扩眼刀翼与岩石之间的接触力,对随钻扩眼工具在井眼内的运动过程和动力响应进行了动力学仿真研究。仿真结果表明,随着随钻扩眼工具轴心偏离井眼轴心距离的增大,或扩眼刀翼数量的减少,所扩井眼的实际可通过半径逐渐减小,扩眼刀翼与井壁的最大接触力则逐渐增大,据仿真结果给出了实际可用的建议。研究结果与相关试验规律吻合较好,说明该分析方法是有效的。研究结果对多翼肋型石油钻井工具的设计和应用具有普遍的指导意义。

国外扩张式随钻扩眼工具应用现状及发展趋势

随钻扩眼技术在处理复杂地层、提高钻井速度、提高套管环空间隙等方面具有应用价值。分析了国外几大油田服务公司的扩张式随钻扩眼工具的结构,介绍了其在现场的应用情况,总结了国外扩张式随钻扩眼工具的技术特点,并初步探讨了随钻扩眼工具的发展趋势。

随钻扩眼器扩眼机构流场分析与优化设计

扩眼机构是射频识别控制随钻扩眼器的关键部件之一,其结构与性能关系着随钻扩眼器的成败。为此,优化设计了扩眼器短节,研制出具有自锁功能、可回收双台阶刀翼的扩眼器。该扩眼器的止推台阶可保证刀翼完全张开,后自锁台阶使刀翼自锁;采用三刀翼布局,合适的刀翼布齿方式、布齿密度及保径齿数量可保持扩眼井段井眼扩大率。现场应用结果表明:RFID随钻扩眼器扩眼井径达到设计要求,射频识别标签读取正常;既具备常规随钻扩眼作业连续性、快速性的特点,又可根据需要控制扩眼器多次开闭;可以在管柱中集成多个扩眼器,并按照设计程序控制各扩眼器刀翼的收放,实现复合扩眼作业。该扩眼器操作简单可靠,具有广阔的推广应用前景。