PDC钻头各向异性及对钻具组合造斜特性的影响研究

钻头各向异性会影响钻具组合的造斜特性。为确保钻具组合能发挥最好的井斜控制能力,达到最优的井斜控制效果,本文研究了钻头各向异性指数对钻具组合力学特性的影响规律,提出了临界钻头各向异性指数的概念,并对常规钻头各向异性指数计算新方法进行了改进。研究结果表明:钻头各向异性随着切削齿后倾角、摩擦角、钻头尺寸的增大而增大,随着外锥高度、内锥深度、保径部分摩擦面积的增大而减小,可通过改变钻头的结构参数达到增大(减小)钻头各向异性的目的,为PDC钻头的设计提供了理论基础。为了使增斜、降斜钻具组合获得较大的造斜(增斜、降斜)能力,应尽量选择钻头各向异性指数大的PDC钻头;在使用钟摆钻具纠斜时除了要合理确定稳定器的安放位置和钻井参数外,还应该选择钻头各向异性指数较大的钻头。

地层自然造斜特性的测井评价方法研究

地层可钻性各向异性及造斜特性评价对定向钻井和直井防斜均具有重要意义。用数理统计的方法分析了垂直于层面和平行于层面岩石可钻性的相关关系,用垂直于层面岩石可钻性的评价方法评价了平行于层面岩石可钻性,由此导出根据垂直于层面岩石的可钻性评价地层可钻性各向异性的模型。根据声波在横观各向同性介质中的传播规律,建立了利用测井资料反演岩石的各向异性参数进而求取垂直于层面声波波速的方法。由垂直于层面方向的声波速度计算出垂直于岩石层面方向的岩石可钻性,从而可以对地层可钻性各向异性及造斜特性进行评价。对塔里木油田克拉苏地区的造斜特性的评价结果表明:用该方法评价出的地层可钻性各向异性及造斜特性能正确反映被评价地层的特性。

欠平衡钻井条件下地层造斜特性研究

钻井实践中发现,由于对欠平衡钻井条件下的地层造斜特性不够了解,不能有的放矢地采取措施有效控制井斜。因此,欠平衡钻井条件下地层造斜特性的研究,是一项迫切需要开展的工作,对于欠平衡钻井技术的发展具有重要意义。应用有限元方法分析了不同井底压差下倾斜地层近井底岩石应力的分布状态,得出了井底压差和地层倾角对井底应力分布的影响规律;同时分析并确定了井斜趋势的判定依据,进而研究了欠平衡钻井条件对地层造斜作用的影响。结果表明,欠平衡钻井中井底保持负压差,放大了井底上倾和下倾两侧岩石应力的不对称性,增强了地层的造斜作用;地层倾角越大,这种增强作用越显著。

钻头各向异性对钻具组合造斜特性的影响研究

为确保钻具组合能发挥最好井斜控制能力,达到最优井斜控制效果,研究了钻头各向异性指数对钻具组合力学特性及有效钻力的影响规律。结果表明,钻头各向异性随着切削齿后倾角、摩擦角、钻头尺寸的增大而增大;随着外锥高度、内锥深度、保径部分摩擦面积的增大而减小。为使增斜、降斜钻具组合获得较大的造斜(增斜、降斜)能力,应尽量选择钻头各向异性指数大的PDC钻头。

煤矿井下复合定向钻井技术井斜控制特性分析

由于滑动定向钻井技术在煤炭定向钻井时存在钻进效率低、安全性差等问题,介绍了复合定向钻进技术,该技术采用定向钻机与螺杆钻具同时驱动钻头旋转,以实现高效钻进。由于钻机与螺杆同时转动,前人研究的螺杆控制井斜的力学特性结论不再完全符合现场施工结果。考虑了钻机转动时底部钻具组合受力特征,分析钻机转速、螺杆弯角、螺杆稳定器的安放位置以及上稳定器的安放位置对钻头侧向力的影响规律,从而指导复合定向钻井时现场施工作业,优化钻井参数,提高井眼轨迹控制的精度。

气体钻井井斜机理研究

气体钻井存在井斜不易控制的难题,其机理尚不明确。应用纵横弯曲BHA(底部钻具组合)分析方法和钻头与地层相互作用模型,根据实钻资料对比分析了气体钻井和钻井液钻井的地层造斜特性,进而探讨了气体钻井的井斜机理。结果表明,与钻井液钻井相比,气体钻井条件下地层造斜力和钻具降斜力都有增加,但地层造斜力增加的幅度更大,这正是气体钻井更容易发生井斜的原因。因此,建议在用气体钻井技术打直井段时,通过调整钻具组合和钻进参数适当增加钻具的降斜力,以提高井身质量。