南川地区复杂储层水平井大弯角螺杆提速技术

南川地区页岩气长水平段钻进时轨迹需要频繁调整,1.25°螺杆钻具造斜率不满足地质快速追层的要求,钻进时摩阻扭矩大,导致机械钻速低.利用管柱力学理论对底部钻具组合造斜特性和摩阻进行计算分析,螺杆弯角角度、近钻头稳定器尺寸以及钻井参数等为高造斜率和高机械钻速关键因素.优化选用无近钻头稳定器的1.50°大弯角螺杆钻具组合和1...     

遥控变径稳定器安放位置的优化与应用

史南油田长稳斜井段采用常规“单弯双稳”螺杆钻具组合控制方式，普遍存在滑动进尺比例高、钻进效率低、起下钻趟数多等问题。为此，通过分析长稳斜段轨迹控制效率偏低的原因，以及KB型遥控变径稳定器的工作原理和技术特点，基于“平衡趋势法”造斜率预测理论和纵横弯曲连续梁理论，建立“单弯双稳”螺杆钻具造斜率预测方法，分析活塞伸出和收回时复合钻进的造斜规律。研究结果表明：史南油田长稳斜段钻进期间变径稳定器宜安放在距螺杆本体扶正块小于8.20 m的位置。通过在史3-斜A井开展现场应用，一趟钻完成了二开长稳斜段的施工，平均机械钻速13.44 m/h,进尺1 153.00 m,复合钻进尺比例高达98.05%,井斜变化幅度仅为2.80°,大幅提高了长稳斜段的轨迹控制效率和井眼质量。研究结果可为史南油田长稳斜井段的钻井提速提效提供有益指导。     

高效螺杆钻具在大牛地气田的应用

为了减少水平井造斜段滑动钻进比率,提高施工效率,实现降本增效,公司研发人员积极探索,与螺杆厂家合作开展7LZ165mm×7.0MPa\DW1.5°高增斜率单弯螺杆钻具试验和改进工作。经过科研理论分析及室内实验提出了7LZ165mm×7.0MPa\DW1.5°单弯螺杆钻具的可行性,为了确保螺杆的实用性,在鄂北工区进行了现场跟踪和数据收集,优化后的螺杆钻具与没有改良的螺杆相比平均滑动比例减少了27.65%。     

长庆油田“四合一”钻具组合轨迹控制能力力学分析

"四合一钻具"是把PDC钻头、单弯螺杆、短钻铤和稳定器四种工具合并运用的一种钻具结构。该钻具结构既利用了单弯螺杆的滑动可调能力,又实现了双稳定器刚性钻具结构的稳方位效果,还充分发挥了PDC钻头的快速钻进优势,能够满足直井段防斜、定向造斜、复合调整和稳斜稳方位的轨迹控制要求。它的应用打破了以往定向后强增斜的轨迹控制思路,达到了减少起下钻和滑动调整、提高机械钻速、降低井下风险的效果。     

滑动钻进造斜率预测与分析

滑动钻进工况下造斜率的准确预测是钻井工程面临的难点问题。首先利用加权余量法,建立了导向钻具组合的三维力学模型,得到了滑动钻进过程下钻头机械载荷及导向钻具组合的摩阻分布;其次考虑滑动钻进过程中工具的造斜特性,建立了零侧向钻速准则下的滑动钻进造斜率预测模型及折算系数反演方法;最后利用一口页岩气水平井钻井数据,反演计算了该井造斜率折算系数,验证了滑动钻进造斜率预测模型的精度,并分析了钻井参数、轨迹参数、钻头切削特性、工具结构等对工具造斜率和摩阻的影响规律。研究结果表明:滑动导向模式下,通过适当增加工具结构弯角、降低钻压、提高钻头侧向切削能力等,有利于发挥工具的造斜性能,提高滑动钻进效率,为导向钻井参数优化、工具结构优化设计及井眼轨迹控制等提供重要依据。     

滑动钻进机械钻速影响因素分析及对策

单弯螺杆配合PDC钻头的使用,极大地提高了机械钻速,但使用中发现滑动钻进机械钻速较低,仅为双驱钻进的30%～50%,严重制约了钻井速度,因此有必要对滑动钻进时下部钻具受力情况进行研究.文章以φ215.9 mm井眼典型钻具组合进行受力分析和摩阻分析,并提出了影响机械钻速的主要因素和对策.     

双弯螺杆降斜时的钻柱强度分析

在浅层水平井钻进过程中,由于油层浅,造斜段相对较短,如果实钻轨迹偏差较大,就没有了纠正的余地。因此在实际的设计或施工中,若造斜率过大,需短程反向安放双弯螺杆钻具降低造斜率。文中以固体力学有限元理论为基础,建立了弯曲井眼中,反向安装双弯螺杆钻具的有限元力学模型,用此模型分析了下部钻具组合的应力场,并对反向安装的双弯螺杆钻具组合的强度进行了评价。现场应用表明,该分析方法的结论是合理的,能够用来指导现场。     

反扭矩定向系统研制及试验

现有旋转滑动钻井工具无法同时实现隔离上部钻具旋转和钻头破岩产生的反扭矩,且工具面角不可控。基于此,设计了分时动态隔离上部钻具旋转和承载下部钻具扭矩的反扭矩定向钻井系统;研制了反扭矩定向系统样机;利用该样机开展了实钻测试,实钻总进尺57 m,工具面角控制精度小于±5°、造斜率达23.0°/100 m,平均机械钻速约为6.5 m/h(泥岩)。研究表明：研制的反扭矩定向系统可同时隔离上部钻具旋转和下部钻具扭矩;能精确控制工具面角,实现了下部钻具自动精确导向钻井的功能,验证了反扭矩定向系统结构设计理论的正确性。相关成果有望解决滑动钻进钻柱“托压”和井眼轨迹控制难题,提高弯螺杆滑动导向钻井时效。     

扎哈泉致密油水平井钻井技术对策

为提高致密油总体开发效益,青海油田部署了第1口致密油水平井,但钻井周期较长,影响水平井规模开发进程。分析认为该水平井周期长的关键问题是造斜段水平段滑动比例高,机械钻速低,表现在地层较硬、设计造斜率偏高、轨迹不光滑以及定向托压方面。通过技术优化,提出了相关技术对策:每30 m设计造斜率降低至5°以下,保证造斜段滑动比例在70%以下;优化水平段复合钻井稳斜钻具为单弯螺杆双稳定器钻具组合;优选造斜段水平段钻头为5~6刀翼13~16 mm、双排切削齿、平缓曲线冠部形状、小外锥高度、小保径长度以及大后倾角(20°~30°)高效PDC钻头;强化钻井液润滑性,控制直井段每30 m狗腿度在0.5°、水平段每30 m狗腿度在2°以内摩阻扭矩控制措施;提升排量至30 L/s、转速维持在30~40 r/min、提高钻井液动切力和塑性黏度比值至0.5以上等井眼清洁措施。技术对策经现场应用后,造斜段机械钻速提高2.6倍,水平井段机械钻速提高1.0倍,收到了预期效果。     

可旋转钻柱定向钻进工具设计及测试

针对滑动定向钻进时摩阻高、机械钻速低的技术难题,设计了一种滑动定向钻进时可旋转钻柱的降阻工具RSD,建立了底部钻具组合扭转动力学模型,分析了RSD扭矩及RSD安放位置对于螺杆钻具工具面角的影响规律。利用可模拟螺杆反扭矩振动的试验装置,进行了RSD原理样机室内测试,并利用测试井进行了RSD原理样机现场测试。理论分析及测试结果表明,RSD工作原理可行、结构设计合理,在钻柱旋转时可以稳定和调节螺杆钻具的工具面角。研究认为,利用RSD既可以实现螺杆钻具滑动定向钻进,又可以旋转RSD以上的钻柱,降低摩阻。      

预测弯外壳导向钻具钻井造斜技术

预测弯外壳导向钻具钻井造斜率，合理控制井身轨迹，在定向钻井施工中非常重要，掌握导向钻具的结构参数和造斜能力，是定向钻井成败的重要因素。文中分析了单弯单稳定器导向钻具和同向双弯单稳定器导向钻具的钻井施工设计原理，指出为提高弯外壳导向钻具钻进时的“自由状态”造斜率，应增大弯角与缩短拐点至钻头底面距离，设计中应考虑钻头长度，增大拐点上部稳定器位置和建议把弯外壳单稳定器导向钻具设计成对称状态等。     

双弯螺杆钻具几何造斜率计算式的修正

准确地设计螺杆钻具的造斜率是实现滑动导向钻井的关键技术。鉴于此,考虑下稳定器与井壁的间隙对双弯壳体钻具几何造斜率的影响,定义了间隙影响产生的附加造斜率,改进了几何造斜率的计算公式,并用改进公式分析了影响造斜率的几个因素,同时结合现场实例对改进公式的精度进行了验证。分析结果表明:对于同向和反向双弯螺杆造斜工具,当下稳定器与井壁的间隙增加时,造斜率都呈线性减小;下弯角对造斜率的影响是上弯角的4.6倍,下弯角对造斜率的影响非常显著;无论是同向双弯还是反向双弯,都有最优的造斜率,钻井现场下稳定器至钻头的距离一般选择1.0~1.5 m为宜。所得结论可为螺杆钻具的现场应用提供指导。     

涪陵页岩气田三维水平井大井眼导向钻井技术

涪陵页岩气田三维水平井二开斜井段井眼尺寸大,稳斜段长,砂泥岩地层交互频繁,存在井眼轨迹方位调整幅度大、钻具组合造斜率低且不稳定、机械钻速低等问题,为此,进行了三维水平井大井眼导向钻井技术研究。利用地层的自然造斜能力,对井眼轨道进行优化设计,降低造斜率,缩短稳斜段长度,减少井眼轨迹调整量,降低井眼轨迹控制难度;将“单弯双稳”钻具组合优化为“单弯单稳”钻具组合,并对钻压进行优化,以提高稳斜段复合钻进进尺,降低摩阻扭矩;应用水力振荡器降低扭方位井段的摩阻扭矩,以实现提高机械钻速的目的。该导向钻井技术在涪陵页岩气田焦石坝区块34口水平井进行了应用,二开斜井段平均定向钻进时间15.30 d,较同区块已完钻井缩短37.63%,平均钻井周期58.45 d,较同区块已完钻井缩短21.01%,井身质量合格率100%。应用效果表明,三维水平井大井眼导向钻井技术可以有效提高涪陵页岩气田大尺寸斜井段的机械钻速,缩短钻井周期。      

水力振荡器最优安放位置研究与应用

复杂结构井滑动钻进过程中,托压现象严重,钻头无法获得有效的钻压,导致滑动钻进机械钻速低。水力振荡器通过轴向振动带动钻具产生轴向蠕动,从而使滑动钻进的静摩擦转变为动摩擦,可以大幅降低摩阻,从根本上解决托压问题。对井眼轨迹进行了力学简化,通过钻柱瞬态动力学分析,建立了工具有效传播距离的数学模型和计算方法。针对张海31-26井的现场试验提出了相对于钻头的最佳安放距离,并对试验中机械钻速、百米定向次数和滑动钻进进尺比例等参数进行了统计分析,验证了模型的有效性。研究内容为该工具的有效应用提供了理论指导。     

大牛地气田长水平段井眼轨迹控制方法

准确掌握钻具组合与地层相互作用表现出来的造斜率是控制水平井井眼轨迹的关键。为了实现对鄂尔多斯盆地大牛地气田长水平段水平井井眼轨迹的高效控制,利用大牛地气田长水平段实钻资料进行了统计分析,获得了使用特定钻具组合在复合钻进条件下地层可钻性级值与井眼全角变化率的对应关系。以此为基础,结合螺杆钻具的实际造斜能力,提出了以地层可钻性级值作为设计依据,构建适应地层可钻性的底部钻具组合设计指导原则,并结合现场应用情况形成了考虑岩石性能变化的井眼轨迹控制方法。该方法提高了底部钻具组合及钻进参数优选的针对性和可操作性,进而可达到提高复合钻进进尺比例和长水平段井眼轨迹控制效率的目的。还从井眼轨迹控制技术的角度出发,提出了一种用于钻具组合及钻进参数优选的地层分级方法,并在实际钻井过程中得到了应用和验证。     

弯螺杆钻具水平段导向钻进稳斜能力分析

理论研究和现场实践表明,提高弯螺杆钻具组合在水平段旋转钻进时的稳斜能力有助于增加旋转钻进井段的比例、提高水平段钻井速度并降低施工风险。考虑弯螺杆钻具公转产生的离心力影响,应用纵横弯曲连续梁方法和达朗伯原理,建立了单弯双稳导向钻具组合旋转钻进条件下的力学特性分析模型。以吉林油田长深气田水平井钻井实践为例,选择典型的单弯双稳钻具组合及钻进参数配合,模拟分析了钻具结构(包括螺杆钻具的弯角度数、稳定器直径、上稳定器的直径和位置)和钻进参数(包括钻压和转盘转速)对水平段旋转钻进稳斜能力的影响规律,并以提高水平井眼旋转钻进稳斜效果为目标,推荐了单弯双稳钻具组合优化和钻进参数优选方案。     

带扶正器弯螺杆钻具的造斜率计算及应用

介绍了单扶正器钻具组合力学模型和弯壳体螺杆钻具的理论造斜率计算方法.综合分析了带扶正器弯螺杆钻具组合的造斜率影响因素及控制井眼轨迹的方法.该方法成功应用于2根试验螺杆的设计,对现场技术服务也有指导意义.     

扭力冲击器与螺杆钻具集成BHA应用研究

为了解决定向井钻进过程中钻头的黏滑效应问题,提高钻井机械效率,提出了扭力冲击器与螺杆钻具集成BHA应用的方法,并从理论上进行了可行性论证与分析。首先结合扭力冲击器和螺杆钻具各自的特点,剖析了集成BHA组合工具的提速机理;然后针对两者的匹配性进行分析研究,形成了集成配套优化计算方法;最后开展了扭力冲击器+螺杆钻具BHA提速组合工具的现场试验。在宁76井中经过148 h的钻进试验,机械钻速提高27%,滑动钻进段整体稳定,定向能力略微降低,机械钻速有所提高,MWD信号稳定,可实时测量井斜。应用结果表明:集成BHA组合工具发挥了扭力冲击器和螺杆钻具各自的优势,验证了两者集成应用的可行性。该集成BHA组合工具的成功应用,可为钻井提速工具的发展提供一定的指导。     

导眼与扩眼组合钻进模式在定向井轨迹控制中的应用

定向井由于受诸多因素影响,其实钻轨迹有时并不沿着设计轨道钻进,给钻井施工带来很大挑战。不考虑地层特性、钻井参数、井眼轨迹等影响因素,采用简单实用且可满足工程要求的公式,计算和分析了单弯单稳螺杆钻具组合的理论几何造斜率。研究了井眼及钻具尺寸对造斜率的影响,发现相同条件下小井眼比大井眼更易获得高造斜率。由此提出在造斜率要求较高的井段,可先钻一个小尺寸导眼,再扩眼到设计尺寸的组合钻进模式。以X井为例,证实了在轨迹控制困难的定向井中,采用该组合模式后,满足工程要求且降低作业成本,缩短钻井周期。研究结果为井身结构设计和定向井轨迹控制提供了理论指导和借鉴。     

顺北油气田超深高温水平井井眼轨迹控制技术

顺北油气田储层埋藏深、井底温度和压力高,导致MWD仪器故障率高,超深高温水平井下部高温井段有时无MWD仪器可用,井眼轨迹控制难度较大。为了降低该油气田超深高温水平井轨迹控制难度并提高钻井效率,对水平井井眼轨道设计与井眼轨迹控制进行一体化规划,将顺北油气田超深高温水平井井眼轨道设计成造斜率“前高后低”的多圆弧轨道,优化钻具组合和钻进参数;对于下部无MWD仪器可用的高温井段,采用单弯单稳定器螺杆钻具组合进行复合钻进,以控制井眼轨迹。研究和应用结果表明,采用单弯单稳定器螺杆钻具组合进行复合钻进,根据复合钻进井斜角变化率预测结果优化钻具组合和钻进参数,可以解决顺北油气田超深高温水平井下部高温井段无法应用MWD控制井眼轨迹的问题,降低井眼轨迹控制难度,提高钻井效率。