自激振荡旋转冲击钻进工艺应用研究

自激振荡旋转冲击钻进工艺可提高碎岩效率,提升机械钻速。在冀中地区北部试验井中进行了应用试验。试验井段钻孔直径215.9 mm,钻具组合为PDC钻头+ZJXC-178型自激振荡冲击工具,分试钻井段和后续井段两个井段进行了现场应用试验。通过对同井、邻井的扭矩、钻头使用情况、机械钻速及岩屑等分析对比,自激振荡旋转冲击钻进工艺显著提升了钻井速度,实现了高达73.4%的提速效果,并且单只钻头的进尺量也得到了48.2%的提升。验证了该工艺在提升钻井效率方面的有效性,在保证钻头破岩切削力的同时,有效减小了扭矩的突变,显著抑制了钻头粘滑振动现象,从而实现提速的同时保护钻头。

大位移井振荡射流压力脉冲减阻工具结构设计与性能分析

大位移井钻进技术为大幅提高页岩气等非常规能源的开采效率提供了可能。然而,大位移井钻进过程中钻杆与井壁间的摩阻高,降低了钻进效率。解决当前大位移井或水平井钻井施工过程中摩阻大、托压严重技术难题的有效办法之一是在井下钻具组合中增加可产生振荡功能的减阻工具。但目前此类工具种类少,且普遍存在工作机理复杂、结构设计困难、工具压力过高的问题。因此,本文提出了一种压力低、无运动零部件的逆反馈式振荡射流压力脉冲减阻工具。对该工具开展了可视化实验与数值模拟研究,通过监测工具内部流场的演化阐明了射流振荡器的工作机理,结果显示压力脉冲的产生是由射流的附壁切换、工具内部涡流的生长与消散等共同组成;开展了工具脉冲性能研究,揭示了本工具在不同流量、钻井液密度、粘度等条件下的工作性能。并针对小钻进流量的工况进行了结构优化,拓展了该工具的工作范围。本文可对大位移井钻进工具的设计提供新的参考。

投球式水力振荡器在渤海定向井的应用

主要介绍了该工具在渤海某井的应用情况。水力振荡器已作为大位移井、水平井减摩降阻、提速提效的重要手段被广泛应用。目前,各大油田仍以常规水力振荡器为主。但是常规水力振荡器开泵即工作产生振动,在浅层作业时,水力振荡器的无效振动会对钻井设备如顶驱等产生不同程度的影响。投球式水力振荡器实现浅层不工作,到达指定位置振动的作用。

振荡螺杆钻具的关键结构优化与试验研究

针对水平井钻井托压导致的机械钻速低与钻头磨损的问题,研制了振荡螺杆钻具以应对该技术难题。通过数值仿真方法,研究了动阀片位于0°~360°不同旋转位置时,振荡螺杆内部流体的速度和压力分布规律以及旋转角度与阀孔半径对静阀片进出口压降和阀片之间有效过流面积的影响规律,对阀孔内径尺寸进行优化设计;利用振荡螺杆整机试验系统对其压降和过流面积等关键性能参数进行测试,在焦页81-9HF井对样机的使用效果进行了现场测试。结果表明:压降和过流面积曲线以45°为一个周期循环,在0°~360°范围内的总体形态为“波浪形”;阀孔半径为18.5 mm时静阀片进出口压降最大且阀孔通道的过流面积大小适中,产生的振荡力最大且流速不会太低而影响振荡力的传递效果;室内测试的压降、频率与振荡力结果论证了优化结构的可靠性;现场测试表明振荡螺杆可以减小钻头和提速工具的磨损,同时还可以提升钻进效率。该研究可以为振荡螺杆的结构优化设计提供一定的理论和技术参考。

钻井减摩振荡器工作特性研究与试验分析

针对水平井、定向井钻井过程中摩阻大、拖压等问题,提出一种新型振荡器以减小钻柱与井壁之间的摩擦(钻井减摩振荡器)。首先分析减摩振荡器的工作原理,建立其运动学和力学模型,在此基础上,建立试验条件下的振动分析模型。通过算例分析得到过流面积变化频率与流量之间的关系,计算结果表明过流面积随静阀孔直径增大而增大,总轴向力随静阀孔直径增大而减小,与过流面积成反比。对静阀孔直径为27.94 mm的减摩振荡器进行试验测试,通过分析试验测试与理论计算结果的关系,验证了研究方法的正确性。研究成果可为新条件下的钻井减摩降阻、提高机械钻速的相关技术与工具研究提供参考。

自激振荡式冲击钻井工具在吉木萨尔地区的应用

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷是新疆油田重要的资源接替区域和"新疆大庆"建设的主战场,但该区域三叠系、二叠系地层胶结致密,研磨性强,可钻性差,机械钻速低,严重影响了勘探进程。为了提高钻探效率,在吉木萨尔地区4口预探井的部分井段应用了自激振荡式冲击钻井工具。文中介绍了自激振荡式冲击钻井工具的工作原理、技术特点和使用要求,以及该工具在吉木萨尔地区的应用情况。现场试验结果表明,自激振荡式冲击钻井工具性能稳定,质量可靠,能量利用率高,可有效提高钻头破岩效率,提速效果明显。该工具的使用为吉木萨尔地区钻井提速提供了一种有效手段。

自激振荡式旋转冲击钻井工具在胜利油田的应用

自激振荡式旋转冲击钻井工具安装于钻头上部,钻井液高速流经自激振荡器,形成水力脉冲作用于冲击传递杆,产生低幅高频机械冲击力传递至钻头,提高钻头破岩效果;所产生的水力脉冲再向下传递,经钻头水眼喷出形成脉冲射流,改善井底流场,提高井底净化和清岩效率,同时井底瞬时负压脉冲产生局部瞬时欠平衡,改变井底岩面破岩应力状态,可明显提高机械钻速。在胜利油田沙三和沙四段地层进行了钻井试验,无论是牙轮钻头还是PDC钻头都有明显的提速效果,试验井段的机械钻速都提高了30%以上,可成为钻井提速的新途径。

自激振荡钻具振荡力计算及影响因素分析

自激振荡钻具是利用自激振荡原理,将连续的高压钻井液转化为间歇周期性的脉冲射流,以增强钻头冲击力和减少岩屑重复破碎,进而提高机械钻速的井下工具。该工具以其结构简单、无密封件和工作可靠等优势得到广泛应用。然而由于自激振荡钻具的振荡力使用解析法难以计算,使得其结构优化和现场应用受到限制。文章基于大涡模型理论,对自激振荡钻具内部流场进行模拟,进而计算出工具振荡力的大小,并计算分析了钻井液密度、钻井液排量和工具最小水眼尺寸变化对振荡力的量化影响,指出钻井液密度和钻井液排量是影响工具振荡力的主要因素,同时现场应根据实际许用节流压降选用合适的最小水眼尺寸。文章的研究工作为工具内部结构的优化提供方法,同时也为现场合理使用该工具提供依据。

自激振荡式旋转冲击钻井工具在大港板深19-64井的应用

自激振荡式旋转冲击钻井工具利用水力振荡元件产生的周期性机械冲击,通过钻头作用于岩石,使岩石的破坏强度相对降低,同时产生的水力脉动作用于井底,改善了井底岩石的受力状况,提高了岩屑的净化效果,从而有效提高了钻头的破岩效率。自激振荡式旋转冲击钻井工具采用优化的水力结构和高耐磨材料,性能可靠,对钻头和钻具结构没有特殊要求。板深19-64井使用JB-ZJXC-178型自激振荡式旋转冲击钻井工具钻进747 m,平均机械钻速9.05 m/h,比本井同地层马达钻具机械钻速提高90.12%,提速效果明显。

钻机与井下工具新进展

文中主要介绍了国内外钻机与井下工具的最新进展,包括可快速拆卸和安装的"火箭"型钻机,轻便、安全、高效的"理想"型钻机,适用于页岩钻井的新型移动式钻机;国内外为提高难钻地层钻井速度研发的防憋钻工具、扭转冲击辅助破岩工具、轴向振荡工具、主动减振器、轻型超高强度钻杆。最后提出了提升我国钻井装备与工具水平的建议。

自激振荡式冲击钻井工具在大港油田的应用

为进一步提高中深井、硬地层钻井速度,大港油田在段六拨、孔南等4个区块8口井的部分井段应用了自激振荡式冲击钻井工具进行钻井试验。现场施工表明,该工具性能稳定,质量可靠,应用井段机械钻速提高了14.2%-132.63%。这表明应用自激振荡式冲击钻井工具基本能够满足提高钻井速度的要求,但为了充分发挥该工具的提速性能,应分析该工具的最佳适用条件。

水力振荡器与井眼清洁工具集成缓解托压技术研究

井斜角大、裸眼段长,容易形成岩屑床,使得钻柱与井壁间的摩阻增加,导致定向时托压现象。因此,为了有效解决定向托压问题,文章提出了水力振荡器与井眼清洁工具集成应用缓解托压的技术,并优化了关键参数。G1603井现场试验结果表明,该集成技术能有效解决大斜度井定向托压问题,大幅提高了定向效率。文章的研究为大斜度井缓解定向托压提供了一种新的方法。

国产旋转式井壁取心仪钻进位移传感器技术改造可行性研究

钻进位移干扰是国产旋转式井壁取心仪应用中的一类典型干扰，直接影响着操作工程师的正常操作和取心结果。钻进位移干扰主要是由钻进位移传感器本身设计不合理造成的，消除钻进位移干扰的根本措施是对钻进位移传感器结构及相关电路进行技术改造。基于国产旋转式井壁取心仪现有硬件结构和平台，提出了用电感式位移传感器取代电阻式位移传感器的方案，并对新方案中钻进位移传感器结构及相关电路的具体改造措施作了探讨。

水力脉冲轴向振荡减摩钻井技术分析

水力脉冲轴向振荡减阻钻井技术可降低滑动钻进摩阻,改善钻压传递和工具面的控制,提高机械钻速。介绍了水力脉冲轴向振荡减阻钻井技术的减阻原理、水力脉冲轴向振荡减阻工具的结构原理。对轴向振荡减阻钻井工具进行了量化分析。现场实际应用及量化分析表明,在钻柱中加入轴向振荡减阻工具,减少了托压现象及摆工具面的时间,工具面更稳定,对常规PDC钻头具有良好的适应性,可改善钻压传递效果。该工具对MWD、LWD信号传输不会产生干扰。

浅谈水力振荡器在水平分支井中的应用

河北邢台XD1井是一口水平分支井,该井设计有20个水平分支孔,每个分支孔有3～5个控制点,水平施工时,水平井段长,方位变化很大,要摆动接进70～80度左右的方位变化,这样井眼轨迹就比较弯曲,使的摩阻增大。在施工N1,N2,水平分支孔时,就出现了严重的托压现象及粘卡现象,特别是在滑动钻进时,不能有效的把钻压传递到钻头上,工具面控制很困难,把水力振荡器使用在水平分支井上后,加上合理的钻井技术参数,有效的克服了在滑动钻进过程中遇到的问题。结果表明,把水力振荡器技术应用到水平分支井中,能够有效的改善井下钻压的传递,明显降低摩阻,防止钻具粘卡事故的发生,提高钻进速度,缩短施工周期。

新型减摩阻工具的射流振荡动力学机理

在水平井段钻进时,钻柱与井壁之间的摩阻将抵消一部分钻压,使钻压很难传递到钻头,降低了钻压传递效率。为了降低钻井摩阻、提高钻进效率,研制出了一种新型射流振荡减摩阻工具(以下简称新工具),开展了新工具的动力学和振动减摩阻特性研究,进行了新工具算例分析与室内实验测试,并对其结果进行了对比分析。研究结果表明:①新工具能够产生射流振荡效果,形成脉冲压力波动,使钻柱产生轴向振动,减小钻柱与井壁之间的摩擦阻力;②结合实际工况条件,随着钻压和转盘转速增大,钻头转速波动范围增大,产生钻柱黏滑现象的可能性降低;③算例分析与实验测试结果得到的振动速度均呈现明显的非线性规律,能够反映钻柱的真实振动特性。结论认为,算例计算与实验测试结果一致,验证了新工具结构设计的合理性和计算结果的准确性;新工具有效降低了水平井的钻井摩阻,不仅为实现油气井高效钻井提供了技术支持,也为新条件下的油气井钻井工具开发提供了参考。

Ф120型射流式水力振荡器结构设计

针对定向钻井中的减摩降扭问题,结合振动减摩技术和射流式冲击回转技术,研制了一种专用的减摩降扭工具-射流式水力振荡器,其结构由上部的轴向振动短节和下部的射流式压力脉冲短节组成,利用脉冲压力产生轴向振动力的基本原理,加入井底钻具组合,改善井内钻柱与井壁或套筒之间的摩擦条件,起到减摩降扭的作用,可提高钻进效率,增强钻压传递能力,促进井眼轨迹的延伸,加大井眼的资源开发能力.

吉木萨尔页岩油J10026_H水平井优快钻井技术

吉木萨尔页岩油水平井施工中面临PDC钻头破岩效率低、井壁失稳、螺杆钻进托压严重、扭矩与摩阻大等技术难题,严重影响施工进度。为此,进行了异形齿PDC钻头研制、高性能无土相水基钻井液技术、高效大功率螺杆优选、水力参数设计等技术研究,形成适合该井的水平井优快钻井技术。现场应用提速效果显著,J10026_H井水平段螺杆钻具单趟进尺1 756 m,平均机速11.3 m/h,三开钻井工期35.02天,连创区块多项技术指标,J10026_H水平井优快钻井技术为吉木萨尔页岩油高效开发提供了技术支撑。

极地深冰钻用减速传动装置设计

在前期研发的极地深冰钻用减速传动装置中,行星齿轮减速传动装置易发生疲劳破坏,因此减速传动装置寿命相对较低。针对上述问题,对铠装电缆电动机械钻具的减速传动装置进行改进设计,确定装置的结构和尺寸、分析该装置的啮合受力情况并进行强度估算。利用Inventor软件建立该减速传动装置三维实体模型。结合ANSYS Workbench软件对装置的结构进行静力学分析。研究结果表明,该活齿传动减速传动装置满足设计要求,为优化极地深冰钻用减速传动装置提供了依据。