带空气锤的空气钻井破岩机理

国内外对空气钻井的井壁稳定性、最小体积流量、地层出水和井斜的控制、提高钻速的机理等方面作了深入的研究,但对破岩机理的研究却较少。为了弄清楚空气钻井尤其是带空气锤的空气钻井破岩机理,依据空气钻井中的专用钻具空气锤的工作特性及其破岩特点,从井底破碎坑的分布、岩石的破碎形态两个方面对岩石破碎、空气钻井破岩机理进行了定性与定量分析,分析了空气钻井的工艺参数与空气锤的工作参数对破岩的影响,进而建议开展空气钻井破岩机理仿真、实验台架研制及专用空气钻井设备选型的研究工作。

山前空气钻井实践与认识

塔里木油田的塔北山前构造已经探明蕴含丰富的天然气资源,但山前构造的钻井有极大的难度,上部砂砾岩研磨性极强、地层倾角大、可钻性差。塔里木油田在大北、柯东地区实践了空气钻井,文章以两口井的实际工况为例;结合现场出现的井壁稳定、地层出水、防斜纠斜、设备配套等问题,总结经验并提出了改进建议,为今后提高该地区砾石层钻井速度,推广空气钻井在该地区的运用具有实质性的指导意义。

川东北地区空气钻井燃爆分析与预防

空气钻井在钻遇油气层时,易发生井下燃爆,造成钻具被埋、井眼报废等复杂情况。为此,分析了井下燃爆发生的条件、方式、原因和燃爆机理,提出针对现场实际情况预防燃爆的措施,即加强对地层的认识,避免在油气层采用空气钻井或转换成雾化泡沫钻井,防止井下燃爆和卡钻的发生,保持井眼畅通防止滤饼圈的形成,利用UBD气体监测系统加强井下烃类气体的随钻监测以及采用防燃爆短节来及时发现和预防井下燃爆的发生,以保障空气钻井的顺利实施。

煤层气空气钻井简易旋转控制头的研制与应用

针对煤层气空气钻井旋转控制头胶芯易损坏且需配置六方钻杆等缺点,研制了简易旋转控制头。现场应用表明,该装置可以使用原钻具和四方钻杆,密封件寿命较长,操作方便,可以提高效率,节约成本。

空气钻后钻井液替入技术在普光105-2井的应用

本文通过对空气钻后钻井液替入技术的难点分析及室内实验研究,介绍了普光105-2井选择使用前置液作为铺垫,再注入桥浆暂堵,最后替换渗透成膜钻井液体系的工艺转换施工过程。该技术措施在普光105-2井的顺利施工,为普光油田空气钻后钻井液替入技术提供了经验。

空气钻井条件下的录井新技术

针对空气钻对常规录井的严重冲击,录井采集、解释、识别技术都急待改进与更新。本文通过岩屑图像、自然伽玛分析技术及气体综合评价技术的开发和应用,基本达到了对空气钻地层、流体的实时、有效监测,实现了精确评价的技术需求,形成了空气钻独特的录井技术系列方法。

空气钻井技术在伊朗项目TBK油田的应用

科学技术是第一生产力 ,钻井技术发展的兴衰 ,直接关系到企业的生存、发展质量。如何使我们在激烈的竞争中立于不败之地 ,在甲方树立良好的形象 ,更多的占领钻井市场份额 ,获得更好的效益。只有依靠科技优势 ,依靠技术进步来提高钻井速度 ,创造最大化利润 ,这是企业生存、发展的必然选择。伊朗项目在TBK油田 ,引进的世界领先的空气钻井技术的应用 ,取得了可喜的成绩 ,这充分说明了钻井速度的提高。

空气钻条件下录井气样采集方法的探讨

简要论述了空气钻条件下录井气样采集方法。

元坝地区空气钻井钻头选型探索

元坝地区空气钻井技术日趋成熟，但在个别区块存在提速效果不理想的情况，制约提速的主要因素是空气钻在控制井身轨迹方面比较被动．由于受介质的影响钻具结构、特殊的控制井斜的工艺不能在空气钻中应用，空气钻期间如何能够既提高机械转速又能控制井身轨迹显得尤为重要．本文主要在钻头选型上下功夫，通过牙轮钻头与空气锤的分析对比，提出空气钻钻头选型的思路。

塔里木油田空气钻技术亮剑大气田

截至2021年4月22日,中石油塔里木油田在博孜701井开展空气钻平均日进尺达117 m,是空气钻使用前平均日进尺40 m的3倍,钻井提速显著。“博孜701井成‘明星井’了,机械钻速提高2.9倍,成为博孜巨厚砾石层提速、提效的‘领头羊’”。塔里木油田勘探事业部地质工程人员形象地说。让博孜701井成“明星”的是空气钻井技术。空气钻井技术的推广应用,为塔里木博孜—大北区块巨厚砾石层提速工作提供了新途径。空气钻井技术主要利用空气作为钻井液介质实施钻井,具有提高机械钻速、节约钻井成本、保护油气层等诸多特点。

空气钻、泡沫钻在柯坪断垄带上部地层的研究应用

针对塔里木盆地柯坪断垄带地层可钻性差、极易井漏等钻井施工难点,首次提出了在该区块的泥盆系和志留系地层应用空气钻、泡沫钻的欠平衡钻井技术。通过各类分析,探索欠平衡钻井工艺在新区块上部井段的适用性及应用的风险,找到了合理的施工方案。在柯探1井实际的钻井施工过程中,表现出了良好的应用效果,在防漏及提速方面取得了一定的突破。该井上部井段欠平衡施工期间未出现井漏、且机械钻速达到了3.07m/h,全井平均机械钻速2.38m/h。同时,全井平均机械钻速创塔里木盆地柯坪断垄带、巴楚隆起寒武系盐下井的机械钻速新高。

空气锤钻具组合稳定性动力学因素分析及优化

空气锤钻井过程中由于活塞轴向冲击锤头进行破岩工作,钻柱会产生轴向振动,其中下部钻铤振动常发生以钻铤螺纹断裂为主的失效故障。文章以某井空气锤钻井钻具组合及钻井参数为例,通过有限元法,建立了空气锤钻井全井段钻柱动力学模型,从动力学出发研究下部钻具组合动力学特性,优化空气锤气体钻井钻具组合。研究结果表明:空气锤钻井主要影响下部300 m钻柱,在冲击振动弯扭共同作用下,钻铤螺纹容易产生疲劳失效,模拟结果与现场失效情况相符。优化方案为KQC275空气锤钻井过程中上部接φ279.4 mm钻铤,此时钻柱系统轴向振动最小,全井段钻柱动态钻进稳定性好,对现场空气锤钻井钻具组合方案进行了优化,预防了钻柱失效。该研究对空气锤钻井钻柱动力学行为有了明确认知以及提供了钻柱振动失效预防措施。

雾化液在空气-雾化钻井中的作用

在干空气钻井过程中出现地层产出液处理困难和井下不正常等现象时,常需将干空气钻井转交成空气-雾化钻井。雾化液是由表面活性剂、高分子量聚合物、井壁稳定剂等处理剂组成的。雾化液功能包括充分乳化地层产出液,促使并保持环空呈雾化稳态流,分离油永滴和钻屑团,增强空气流携屑、携水能力;抑制页岩水化并在井壁形成液膜,减小空气冲蚀作用,减小井壁摩阻。雾化液中表面活性剂的性能和浓度,及其它处理剂的水化溶解程度都会影响空气-雾化液性能。地层出液量监测对保障空气-雾化钻井顺利进行起着十分重要的指导作用。

考虑岩石疲劳损伤的空气冲旋钻井破岩数值模拟研究

以川东北PGP-X井为研究对象,对2 140～4 914 m地层进行分段采样,运用静态试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置对采样岩石进行动、静态力学性能室内试验。利用LS-DYNA建立空气冲旋钻井活塞–钻头–岩石相互作用系统模型,仿真模型中岩石采用H-J-C动态本构,为考虑冲击载荷往复加载对岩石造成的损伤积累,在每次冲击后,对井底岩石进行强度修正。在此基础上,研究PGP-X井钻井参量及空气锤结构参量与冲击功及破岩比功的关系,探索冲击功、冲击末速度、钻压、冲击频率、转速、井深及岩性对破岩能效的影响。分析发现冲击功–破岩比功曲线具有界限明显的波动区与稳定区,由此得到空气冲旋钻井的临界冲击功及临界钻压;临界冲击功及临界钻压与井深和岩性密切相关,随着井深和岩石硬度增加,临界冲击功和临界钻压都有逐渐减小。通过以上研究,推荐了典型深部地层的临界冲击功、临界钻压、最佳转速与冲击频率组合,这些结果可以作为现场空气冲旋钻井实践的参考。

空气冲旋钻井机械钻速仿真算法

钻井机械钻速预测是难题。以前,研究者们常根据现场数据或试验数据,用统计拟合分析方法得出机械钻速的经验或半经验关系式。这些经验或半经验公式包括一些很难确定的系数准确性和可靠性差。为此,作者结合三牙轮钻头有关的理论,建立了空气冲旋钻井钻头的真实数学模型、真实井底模型和钻头牙齿与井底岩石互作用模型,用计算机仿真方法预测出了空气冲旋钻井机械钻速。使用表明,该模型可靠,计算结果与实际机械钻速基本一致,研究成果可用于冲旋钻头改进、优化设计和钻井参数优选。

空气锤钻井机械比能计算方法

空气锤钻井是目前硬质岩层钻井提速提效的重要工艺,为了实时评价空气锤钻头的工作效率,提高钻井施工可控性,对空气锤钻井机械比能计算方法进行了研究。基于前人提出的机械比能相关理论,分析了空气锤钻头机械结构和钻进机理,引入冲击效率和冲击速度等参数修正完善机械比能计算模型,并提出能量传递效率ηtr,辅助分析空气锤钻井效率。根据以上理论模型,研制了空气锤钻井机械比能计算软件,可综合利用钻井参数、岩石力学参数、机械比能、能量传递效率等多种连续曲线剖面科学评估空气锤钻头的钻井效率,并采用元坝区域的钻井数据进行验证。结果表明,该计算方法得到的空气锤机械比能和能量传递效率对钻井效率的评价基本与现场实际情况相符,本文所研究的方法对评价空气锤钻井效率、优化钻井参数和钻后分析具有重要意义。

空气雾化钻井试验架研制剖析

解决空气雾化钻井井眼净化问题 ,试验架是关键装置、基础设备和必要手段。对空气雾化钻井试验架的研制过程进行了深入剖析 ,介绍了在试验架研制中应遵循的一些基本原则 ,试验架基本结构 ,试验架主要参数 ,试验结果可靠性分析 ,试验研究进行情况 ,以及研制过程中的经验教训等内容 ,体现了空气雾化钻井试验架研制工作的特点与特色。

计算空气-氮气钻井最小气体体积流量的新方法

目前对空气-氮气钻井最小气体体积流量的计算方法仅适用于岩屑不受碰撞作用力的理想情况下的携岩要求,而实际所需的体积流量往往高于该方法的计算结果,主要原因可能是未考虑岩屑多次碰撞、重复破碎造成的能量损耗。引入了岩屑重复破碎概念,根据井底和井口岩屑粒径的变化,确定了岩屑重复破碎能耗。并据此对Angel模型进行了修正,得到一种更加准确地确定气体钻井最小气体体积流量的新方法。利用该方法可以更加清晰、准确地描述气体钻井过程中气-固流动状态及沿程压力损失,从而更好地选择设备及节约钻井成本。

空气泡沫钻井流体的室内研究

通过对空气泡沫钻井流体用处理剂的优选,室内确定了阴离子型空气泡沫钻井流体的基础配方,对该泡沫流体性能进行了评价。结果表明,所研制的空气钻井泡沫流体具有良好的耐温性,耐温达90℃;良好的抗污染能力,耐NaCl量为6%,耐Ca^(2+)浓度为500 mg/L;较强的抑制性,能使泡沫在井壁形成保护膜,阻止水进入地层,有效防止井壁坍塌。并且,通过合理使用化学消泡剂,可达到泡沫基液循环利用的目的。

一种室内评价空气雾化钻井用井壁稳定剂的方法

在原针入度法的基础上研制了评价雾化钻井用井壁稳定剂的改进型针入度法测试装置（ ＭＤ 评价装置），提出用受试岩心的针入度测定值表达的岩心水化膨胀抑制率Ｉｐ 作为指标，来评价雾化钻井用井壁稳定剂。本文报道的研究结果表明，此评价方法消除了液体雾化量对针入度测定结果的影响。