地层自然造斜规律在P103-2井中的应用

普光气田是中国石油化工集团公司重要的油气勘探战略接替区。该地区由于地质构造复杂，地层倾角大，地层自然造斜能力强，严重制约了该地区勘探目的的顺利实现。为了在普光气田P103-2井施工中充分利用地层自然造斜规律，在普光气田地层自然造斜规律研究的基础上，对P103-2井的钻井施工方案（如造斜点、井身剖面、钻井参数等）进行了精心优化设计。现场实钻结果表明：P103 2井根据实钻的井身轨迹合理调整造斜点、井身剖面和钻井参数，充分利用地层的自然造斜特性，尽量减少定向或扭方位等工作，从而达到了提高钻井速度的目的。     

地层自然造斜参数计算模型及其应用

为了解决吐哈盆地台北凹陷温吉桑构造带和丘陵构造止直井容易打斜和定向井的井眼轨迹不易控制的问题，建立了地层自然造斜参数计算模型，包括井眼轨迹预测模型，结合该地区测井和地质资料，应用模型计算了有关地层造斜参数，提出了合理的钻具组合，并对下部井眼轨迹做出了合理的预测。     

气体钻井地层剪切应力井斜规律研究

气体钻井时因没有围压,地层的各向异性指数变化较大,使得地层造斜率与钻井液钻井时的地层造斜率有所不同.为了更好地理解气体钻井井斜规律,利用有限元理论,建立了不同钻井方式下的岩石力学模型,在考虑不同地层倾角和不同循环介质影响的基础上进行井底岩石剪切应力计算,分析出气体钻井井斜规律.计算结果表明:在相同的工程和地质条件下,气体钻井时地层造斜力远大于钻井液钻井的几率约为35%,气体钻井更易发生井斜,而小于或等于30.地层倾角钻井时井眼轨迹偏向垂直于地层倾斜面的方向;45.地层倾角钻井时井斜趋势不明显;大于或等于60.地层倾角钻井时井眼轨迹偏向平行于地层倾斜面的方向.     

冀东油田深层大斜度井井眼轨迹控制技术研究与应用

冀东油田深井井身结构复杂、钻穿多套层系、设计靶点多等因素,给钻井井眼轨迹控制带来巨大挑战。通过分析导向钻具组合与单扶钻具组合定向造斜特性及总结轨迹控制过程中遇到的难点和不同区块的自然造斜和方位漂移规律,研究出一套适合深层大斜度井的井眼轨迹控制技术,解决了钻井过程中存在的诸多轨迹控制难点,为深层油藏勘探开发奠定了基础。     

气体钻井井斜的原因及防斜技术

在归纳气体钻井井斜规律的基础上,对比分析了气体钻井与钻井液钻井两种情况下,地层各向异性、地层倾角、井眼几何参数及钻井参数等因素对井斜的影响。结果表明：气体钻井与钻井液钻井相比,地层各向异性显著增加是气体钻井容易井斜,且井斜后较难控制的根本原因;在中、大钻压下,井径扩大是气体钻井容易井斜的重要原因;而地层倾角、钻压、钻头切削各向异性和钻具组合对气体钻井井斜的影响与钻井液钻井相似。建议在现场推广应用空气锤、钟摆钻具组合和空气螺杆钻具组合三项气体钻井防斜技术来防止气体钻井井斜。     

川东北地区陆相地层防斜打快技术

川东北地区气藏受多期地质构造运动和沉积条件的影响,其大部分地层为复杂小褶皱高陡构造,特别是陆相地层普遍为大倾角地层,其岩性变化大且自然造斜能力较强,因此在该地层钻井时的井斜问题十分突出,给钻头选型以及防斜钻具组合的应用增加了难度。基于此,分析了川东北地区影响防斜打快的地质和工程因素,推荐了大尺寸钻铤钻具组合、垂直钻井系统技术以及空气锤钻井等技术方案,并通过各方案应用效果的分析和评价,综合利用以上钻井技术在防斜打快中的优势,有效地解决了在该地区施工中陆相地层井斜控制和提速之间的矛盾。加快了川东北地区的勘探步伐。     

川东北地区井斜因素与防斜打快技术方案

直井钻探井眼易斜是制约我国川东北地区钻井速度的主要技术难题之一。分析认为地层倾角大、岩性变化大、岩石可钻性级值高以及钻井方式单一、技术措施不合理是易发生井斜的主要因素。推荐利用φ279．4大尺寸钻铤塔式钻具组合、“PDC＋单弯马达＋MWD”复合钻进、利用地层自然造斜规律以及采用自动垂直钻井技术等技术方案进行现场应用,试验效果较好。建议充分利用地层自然造斜规律,通过改变井口位置,将直井改变为定向井钻探,有效减小施工中井斜问题的困扰,提高钻探效率。     

气体钻井井斜有限元岩石应力分析

气体钻井易井斜,钻井施工主要通过调整钻具组合和钻井参数进行轨迹控制,然而在高陡构造地区,气体钻井井斜变化严重超出井身质量控制要求,为后期作业带来了严重影响。因此,气体钻井井斜变化必须考虑井筒中不同循环介质的影响和井壁稳定程度的影响,而现有的数学模型复杂,计算量大,不能真实地模拟井下钻井的力学变化。为此,利用有限元理论,建立了实体三维力学模型,可以充分考虑井筒中不同循环介质的影响和井壁稳定性的影响进行Von Mises应力计算,根据地层应力值的变化,可以直观地分析出气体钻井井斜规律。通过对该模型力学计算结果的分析表明：在相同地层倾角和岩石强度下,气体钻井井斜幅度大于钻井液钻井的井斜幅度,井壁更不稳定,钻井时更易出现井眼扩大现象;当地层倾角小于45°时,井斜具有上倾趋势;地层倾角等于45°时,井斜趋势不明显;地层倾角大于45°时,井斜具有下倾趋势。     

侧钻水平井井眼轨迹控制技术

井眼轨迹控制是侧盐水平井钻井施工的关键技术，是决定侧盐水平井钻井成败、钻井费用及生产能力的重要因素。与常规水平井相比，侧盐水平井由于井眼曲率大、钻具刚度低、中靶要求高，因此要求井眼轨迹控制不仅要有较高的控制精度和预测准确度，还应对油层垂深误差、工具造斜率误差、井底参数预测误差具有较强的适应能力。本文介绍了φ139．7mm套管开窗侧钻水平井井眼轨迹设计、钻具组合设计与井眼轨迹控制施工工艺，包括初始造斜侧钻、井眼轨迹测量、井眼轨迹控制软件及造斜段、水平段轨迹控制方案。     

密集丛式井上部井段防碰设计关键参数临界值计算分析

井眼轨道整体防碰设计是保障密集丛式井钻井施工安全的关键因素之一,而上部井段井眼轨道设计参数的优选与优化则是降低井眼轨迹碰撞风险的基础。对比分析了国内现行标准对密集丛式井整体井眼轨道防碰设计的指导作用及适用性。针对密集丛式井整体井眼轨道防碰设计问题,应用实钻井眼轨迹碰撞风险分析的分离系数概念,计算分析了分离系数为1时,密集丛式井上部井段造斜点深度、邻井造斜点深度差、造斜率、造斜方位等4个关键参数的临界值。研究结果表明:井口间距是影响密集丛式井上部井段井眼轨道防碰设计参数取值的关键,井口间距越小,临界造斜点深度、造斜深度差及造斜方位差越小,临界造斜率越大;现行标准所规定的邻井造斜点深度差预留了足够的安全余量,加密调整井防碰设计时可适当减小。     

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针对川渝地区因地质复杂而造成机械钻速慢、周期长、成本高的难点。川渝石油工作者一直致力于提高机械钻速的研究、实践，取得了显著成效，机械钻速大幅提高。但是，随着川气出川的需要，要求加快勘探开发的进度，现有的机械钻速仍不能满足当前形势发展的需要。对此，文章结合川渝地区复杂地质特点和近年来发展完善的钻井新技术，提出了在搞好现有成功技术推广应用的基础上进一步提高川渝地区钻井速度的新思路。     

空气钻井井斜问题与地层倾角的规律探讨

由于可以有效的保护储层、防止井漏和大幅度提高钻井速度等优点使得空气钻井得到迅速发展,然而在一些地层的钻进过程中,使用空气钻井时出现了在钻井液钻井时不会出现的井斜问题。针对这一问题,采用弹塑性有限元法建立了空气钻井和钻井液钻井中井筒在不同地层倾角情况下的高度非线性力学分析模型,重点从岩石力学的角度分析和探讨了空气钻井中井筒岩石的应力分布、破岩趋势以及井斜与地层倾角的变化关系,得到了空气钻井的井斜规律;同时与钻井液钻井进行了比较,证明了空气钻井比钻井液钻井更易发生井斜的观点。     

旋转导向系统在彭页HF-1井的应用

由于彭页HF-1井在钻进过程中钻速仅在2.62 m/h左右,同时井眼轨迹难以控制,最大井斜角达到16°,采用螺杆钻具纠斜效果仍不明显,这些都给该井的施工带来困难,所以决定采用哈里伯顿旋转导向技术。为此介绍了EZ-Pilot旋转导向系统的结构、性能及其优点,基于其在彭页HF-1井的应用情况,分析了其应用效果。现场应用情况表明,采用EZ-Pilot旋转导向系统解决了传统导向造斜工具施工长水平段水平井时存在的摩阻大、井眼清洁度低的问题,满足该井钻完井施工作业要求。在机械钻速、井眼质量等方面,旋转导向系统都表现出良好的性能,其机械钻速要明显高于螺杆钻具,特别是在水平井段这种优势更明显,同时井眼的狗腿度每30 m仅在6°以内,保证了井眼的光滑。     

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考虑侧钻水平井率径大、环空间隙小等特征,建立下部钻具力学分析和钻具造斜率计算方法,通过垫块厚度、安放位置以及井眼曲率对螺杆钻具造斜率的影响规律分析,设计了侧钻水平井造斜钻具组合。经大庆油田２口侧钻水平井应用表明,设计的螺杆钻具造斜率与实钻造斜率十分吻合,不仅满足了井眼轨道控制需要,还应用垫块取代了稳定器,为侧钻水平井设计造斜率高、井眼环空间隙大的动力钻具提供了一种新途径。     

分支井连接井段井眼力学特性的有限元分析

针对分支井分支处连接段井壁力学特性，首次研究了分支连接处的应力分布规律，应用有限元法模拟了造斜半径和造斜方位对连接段井壁应力分布分支处的造斜半径、分支井开窗方向和地层最大(小)水平主应力方向之间的夹角对分支连接处应力和岩石破坏的影响，建立了分支井连接井段的几何模型和有限元分析模型。重点研究了两个井眼之间的破坏深度和宽度与方位夹角和造斜半径之间的规律，得出在只考虑钻分支连接段-稳定段时分支最优钻进的方位是沿着最大水平主应力方向。这些研究结果已在钻井设计中得到应用。     

大位移井钻井技术在渤海QK17-2油田开发中的应用

总结了国家863-820-09-01课题,海底大位移先导实验井渤海QK17-2地区4口大位移井钻井作业的经验,该项目在西区平台往东区钻4口大位移井,平均井深4551m,平均垂深2008m,平均水平位移3668m,平均井斜86°,平均水垂比1.83(最大为1.94)。该项目在渤海首次采用大位移井开发周边油田、大位移水平井技术批量钻开发井、水平井裸眼砾石充填完井、大斜度井水平井注水泥固井、松软地层大井斜及大井眼造斜及井眼轨迹控制、水基钻井液井壁稳定及井眼净化套管漂浮下入、水平井及大斜度套管磨损保护、MWD/LWD测量、扭矩摩阻计算及预测等10大技术,在此基础上,指出存在的问题及今后努力的方向,这对于渤海今后应用大位移钻井技术开发油田具有更加广泛的指导和借鉴意义。     

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目前的钻井基本上处于地面开环控制状态，它的频繁起下钻使钻井效率降低、成本提高，甚至难以实现设计的井眼轨迹。随着钻井的位移和井深不断增加，能够解决上述问题的井眼轨迹闭环控制已成为钻井行业的前沿课题。可控偏心器是结合了微电子、信息、液压、控制等技术开发的一种智能导向工具。通过它构成的井眼轨迹闭环控制系统能够实现井眼轨迹的自动控制，从而提高井眼轨迹控制精度，降低钻井成本。为此，文章根据可控偏心器的导向机理，提出了带可控偏心器的井眼轨迹闭环控制系统及控制策略；探讨了可控偏心器冀片缸压合矢量的闭环控制方法，通过仿其实验验证了其可行性，对可控偏心器的现场应用具有重要的指导意义。     

自动垂直钻井工具的设计及自动控制方法

设计了一种井下闭环自动垂直钻井工具。该自动垂直钻井工具包含井下微处理器、井斜角测量传感器及井下可控稳定器等。可控稳定器周围均布有四个可独立伸缩的导向块,它们受到内部液压系统的驱动,当井斜角偏离垂直方向时,井下微处理器会自动调整可控稳定器的工作状态,使可控稳定器上位于井眼高边的导向块伸出,顶向井眼高边,使钻头上产生一个降斜力,最后使井眼回到垂直轨道。本文详细介绍了这种自动垂直钻井工具的工作原理及结构组成;对工具内部的液压控制原理及控制回路进行了研究和设计;讨论并设计了对工具进行井下闭环自动控制的原理及具体方法;最后利用纵横弯曲法对包含有该工具的井下钻具组合的降斜能力进行了数值模拟分析,说明该自动垂直钻井工具将能够在地层造斜力很大的高陡构造中高效快速地完成垂直钻井的工作。     

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新疆油田霍10井区大倾角构造由于地层倾角大、地层各向异性强、地层自然造斜性强、井身质量差和机械钻速低是该地区钻井工程突出的问题。文章从理论上探讨了地层自然造斜力、钻具组合对井身质量的影响，针对霍10井区高陡大倾角构造的地质特征，分析研究了可用于该研究区域的防斜打快的方法和技术，对霍10井区防斜打快具有一定的指导作用。     

旋转导向技术在元坝超深水平井的应用

文章分析了元坝超深水平井的技术难点及旋转导向技术钻超深水平井的优势,结合元坝X井的施工情况,对AutoTrack旋转导向系统钻超深水平井的应用效果做了分析评价,现场施工情况表明:AutoTrack旋转导向钻井系统钻成的井眼光滑,摩阻在150kN以下,扭矩在14kN·m以下;机械钻速较高,配用模块马达,进一步提高了机械钻速,达到2.90m/h。在155℃高温下,AutoTrack旋转导向系统故障率较高。总体来讲AutoTrack旋转导向系统可以满足元坝超深水平井施工要求。