钻井提速工具在南海东部深部地层应用分析

南海东部地区近几年一直延续使用的提速方法是马达+聚晶金刚石复片钻头(PDC)复合钻井技术和旋转导向配合PDC钻头,提速效果较为明显,但随着降本增效的压力越来越大,需要进一步提高机械钻速,提高作业时效,降低作业费用。基于此,分析了在南海东部某井试用的两种提速工具,分别是液力锤和扭冲工具,对这两种提速工具的工作原理及提速效果进行了深入的分析;认为提速工具的提速效果主要取决于工具与地层及钻头的配伍性;建议后续应用提速工具时需首先分析工具与地层和钻头的配伍性。

PDC钻头复合冲击钻进动力学研究

深部地层的环境温度高,岩石硬度大、研磨性强。采用PDC钻头常规钻井方式,钻头的破岩效率低、机械钻速慢。介绍了1种轴扭复合冲击破岩工具的结构和工作原理。建立PDC钻头破岩理论模型和数值分析模型,并进行对比分析,得出了常规钻进和轴扭复合冲击钻进过程中PDC钻头的运动轨迹和岩石破碎过程应力变化规律。分析发现,复合冲击作用下岩石裂纹发生快,更容易产生体积破碎,岩石表面能够形成连续均匀的破碎坑,相比常规钻进能够提速30%左右。该研究为轴扭复合冲击破岩提供了理论依据,对深井油气田开发具有重要意义。

高研磨性硬地层钻井提速技术

川东北陆相自流井组和须家河组地层岩性致密、研磨性强,机械钻速低、钻头消耗量大,是制约该区域钻井提速的关键层段。为实现提速,各种新型井下工具得到了试验应用,但效果参差不齐。通过计算分层段岩石可钻性,推荐自流井组至须家河组采用孕镶金刚石钻头提高破岩效率;为降低硬地层和软硬交互层段钻头失效导致的钻速低问题,开展了三开井段典型钻具组合扭转和纵向振动理论分析,提出东岳庙段以浅地层采用扭力冲击器配合PDC钻头降低黏滑,珍珠冲段含砾岩层段需使用减震工具或改变钻具组合降低纵振,砂泥岩互层段需推广使用双向减震器或水力加压器降低纵振;采用高速螺杆+孕镶金刚石钻头的复合钻进,提高自流井组至须家河组大井眼定向速度。5口井现场实施后,机械钻速成倍增加、钻头新度提高30%,须家河组?311.2 mm井眼定向速度提高1.32倍。

复合冲击钻具的研制及现场试验

为了进一步提高硬地层的机械钻速,同时控制PDC钻头的黏滑振动,将扭力冲击器和旋冲钻具的特点相结合,研制了同时给PDC钻头提供高频单向轴向冲击和往复扭转冲击的复合冲击钻具。通过地面试验验证了复合冲击钻具的可行性并测试了其性能,结果表明,复合冲击钻具能实现轴向冲击和扭转冲击功能,冲击频率、冲击功和压降随排量增大而增大,随喷嘴直径增大而减小。在葡4-32井的现场试验结果表明:使用复合冲击钻具后,与邻井"螺杆+PDC钻头"复合钻井相比,机械钻速提高了60.2%;试验过程中,PDC钻头未出现黏滑振动和崩齿现象。研究结果表明,复合冲击钻具能提高硬地层机械钻速,并能控制PDC钻头的黏滑振动,起到保护PDC钻头的作用。

SLTIT型扭转冲击钻井提速工具

在我国钻井大提速的背景下,提出了一种集机械剪切、水力和扭转冲击3种破岩方式共同作用的复合钻井工艺新技术及装备。旋转钻井过程中,在不影响钻进的情况下,扭冲工具利用钻井液驱动内部冲击锤做反复的扭转冲击,将部分流体能量转换成一定频率、周向扭转、冲击型的井底机械破岩能量,并直接传递给钻头。5口井的现场试验结果表明,扭转冲击复合钻井技术与装备适合我国的钻井技术环境,能够有效消除PDC钻头的卡滑现象,减轻钻柱扭转振荡,能够有效保护钻头和钻具等配套部件,有效降低钻井成本。

扭转冲击提速工具在文安区块的现场应用

钻具黏滑振动现象造成PDC钻头过早失效是限制PDC钻头在深井、超深井硬地层应用的一个重要因素。针对该问题,研制了扭转提速冲击工具。该工具通过给钻头提供一定频率的扭转冲击力,从而抑制钻具黏滑振动,提高钻速。通过室内实验验证了周期性扭转冲击外载能够有效地抑制PDC钻头的黏滑效应。现场试验结果表明,使用扭转冲击提速工具后的机械钻速提高了102%。该研究为扭转冲击提速工具在钻井过程中的合理应用提供了理论依据。

脉动式扭转冲击钻井工具工作特性分析与测试

为抑制PDC钻头钻进硬地层时的粘滑振动,设计了一种可以为PDC钻头提供周向冲击载荷的脉动式扭转冲击钻井工具,并在介绍其结构设计和分析其工作原理的基础上,建立了计算其周向扭矩、直井工况下冲击功的数学模型,通过算例分析了其工作特性。分析结果表明:脉动式扭转冲击钻井工具的周向扭矩随排量增大而增大,随节流喷嘴直径增大而减小;在直井中的冲击功随钻柱扭矩和扭转角度增加而增大,随钻压增大而减小。脉动式扭转冲击钻井工具样机性能室内测试结果表明,该钻井工具能实现高频扭转冲击,且其工作频率、周向腔体压差和周向扭矩均随排量增大而增大。研究和测试结果表明,脉动式扭转冲击钻井工具的结构设计合理,能够为PDC钻头提供周期性扭转冲击载荷,抑制PDC钻头的粘滑振动。

复合式扭力冲击器在坚硬地层中的应用

近年来我国油田开发以深井、超深井为主,存在钻井成本高、机械钻速慢等问题,PDC钻头的黏滑效应是导致这些问题的主要原因,为此,研制出一种新型钻井提速工具——复合式扭力冲击器。工具内部独特的流道结构可以将钻井液的流体能量转换成高频的、周期性的扭转和轴向冲击力,抑制PDC钻头的黏滑效应,使钻头由单一持续的扭转冲击破岩转变为扭转和轴向冲击相结合破岩。复合式扭力冲击器在吉林油田J1井(营城组营四段)和J2井(营城组营一段)进行了现场试验。现场试验结果表明,复合式扭力冲击器能有效保护钻头,在较硬地层中提速效果更明显。

塔里木泛哈拉哈塘地区扭力冲击钻井技术

针对塔里木泛哈拉哈塘地区油气藏埋藏深,二开裸眼段长,深部地层研磨性强,软硬交错,钻头吃入地层效果差,PDC钻头失效快,钻井机械钻速以及中标费用低等特点和难点,引进扭力冲击钻井技术,力求通过高效破岩技术提高机械钻速、降低成本。2012—2015年进行了36口井试验与应用,结果表明,试验与应用井段平均机械钻速达到5.74 m/h,是转盘钻井技术的2倍以上,是复合钻井技术的1倍以上,平均单井缩短钻井周期25.87 d,提速效果和经济效益显著,为塔里木台盆区深井、超深井钻井提速降本提供技术支持。

哈山3井火成岩地层快速钻井技术

为解决准噶尔盆地火成岩地层岩石坚硬、可钻性差、井斜问题突出等技术难点,进行了火成岩地层"PDC钻头+扭转冲击工具"复合钻井技术研究。针对火成岩地层岩性特点和钻井技术难点,通过研制具有较强耐磨性的311.1mm PK6245MJD型PDC钻头,与适合PDC钻头机械剪切破岩机理的SLTIT型扭转冲击工具配合形成了"高效PDC钻头+SLTIT型扭转冲击工具"复合钻井技术,并在哈山3井火成岩地层取得了较好的应用效果。现场应用发现,"311.1mm PK6245MJD型PDC钻头+SLTIT型扭转冲击工具"一次入井连续工作649h,单趟钻进尺457.50m,平均机械钻速1.0m/h,行程钻速0.7m/h,与相邻上部火成岩井段相比,至少节约了11趟起下钻的时间与钻头费用;同时井斜角由入井前的4.2°(井深2 882.00m)降至1.2°(井深3 310.00m),纠斜效果明显。现场应用表明,"311.1mm PK6245MJD型PDC钻头+SLTIT型扭转冲击工具"复合钻井技术是实现准噶尔盆地火成岩地层优快钻井的一种有效技术手段。

Ⅱ型扭力冲击钻井提速工具的开发应用

青海油田尖顶山具有地质构造复杂、地层可钻性差的特点,其中基岩段的岩石可钻性可以达到9~10级,导致该区块机械钻速低,钻具寿命短,这一情况一直制约着该区块钻井提速。针对上述问题,西部钻探钻井工程技术研究院自主研发了Ⅱ型扭力冲击钻井提速工具(简称Ⅱ型扭冲)以及相配套的PDC钻头。青海油田尖北1~4井基岩段的钻井过程中使用了Ⅱ型扭冲,机械钻速获得了重大突破,机械钻速较钻井设计提高了2.85倍,较使用螺杆+PDC钻头的尖探1井同层段钻速最大提高3.71倍,相比较尖探1井基岩段的钻井过程减少了5次起下钻趟数,显著的解决了尖北区块基岩层钻速低,钻头寿命短的问题。Ⅱ型扭冲+PDC钻头的配套提速技术为青海油田基岩钻井提速提效提供了新的技术途径。

扭力冲击钻井工具模拟分析及现场试验

对于硬度高、研磨性强的地层,PDC钻头在井底存在黏滑振动和寿命短等问题,制约了其进一步的提速提效。鉴于此,根据水力结构周向式振动原理,研制了扭力冲击钻井工具,并开展了现场试验。结合工具内部流体特性数值模拟分析以及室内模拟试验,分析了工具内部流道流体压力和流速的分布特性,以及扭力冲击钻井工具消减PDC钻头黏滑效应的机理。研究结果表明:现场试验中,扭力冲击钻井工具工作稳定,机械钻速平均提高64. 4%以上;高钻压下的钻进效率比低钻压下的钻进效率明显提高;纯钻30. 2 h的钻头起出新度在90%以上。扭力冲击钻井工具具有性能稳定、操作简单、使用方便、寿命长和延缓PDC钻头磨损等特点,是硬质地层钻井提速的有效手段。

钻井提速用振动冲击工具研究进展

振动冲击工具作为钻井提速的有效手段之一,正在得到行业内的广泛认同和重视。本文通过详细列举轴向振动冲击器、扭转冲击器和复合冲击器等工具的最新研究进展,明确了振动冲击工具通过合理利用钻井液水力能量并将其转化为冲击破岩能量,可以有效地提高破岩效率、改善钻头破岩环境、降低破岩阻力。并就现场应用情况来看,能够明显地提高钻井过程中的机械钻速,缩短钻井周期。

煤矿井下近水平定向钻进黏滑振动产生机理及应对措施

黏滑振动普遍存在于钻探施工过程中,煤矿井下近水平定向钻进也不例外,并且随着钻孔深度的延伸,黏滑振动现象加剧。黏滑振动的危害包括加速钻具损耗和降低钻进效率。为了抑制黏滑振动,分析了近水平定向钻孔孔底单弯螺杆马达定向钻进黏滑振动产生的机理,以及与竖直钻孔孔口动力回转钻进工艺产生黏滑振动的异同,研究了抑制黏滑振动的方法和原理,并进行了工程实践。

SL型扭冲工具在哈拉哈塘油田应用研究

扭冲工具作为一种钻井提速新技术,已逐步为钻井工程人员所认可。SL型扭冲工具针对PDC钻头的卡滑问题,通过给钻头施加一个持续的、高频的扭转冲击,提高钻头的破岩能量和钻柱传递扭矩的效率,进而提高机械钻速,保护钻头。SL型扭冲工具在塔里木哈拉哈塘油田两口井的应用中,较邻井机械钻速提高15.2%~61%;在二叠系井段提速33%,周期缩短3天;使用SL型扭冲工具施工,实现了一趟钻钻穿二叠系。与未使用扭冲工具的邻井相比,钻进相同进尺,减少起下钻1~3趟,减少钻头消耗1~3支。钻头起出后与邻井相比,磨损较小、新度较高,起到了保护钻头、延长单趟钻进尺的作用。建议在哈拉哈塘油田继续推广应用SL型扭冲工具。