井下闭环可变径稳定器的工作原理及应用研究

井眼轨迹井下闭环控制技术是当前国内外石油钻井的前沿技术,将该技术与随钻测井技术结合,能实现地质导向技术.钻成大位移井必须依靠井眼轨迹控制技术,研制的井下闭环可变径稳定器是实现该项技术的关键.本文着重论述了井下闭环可变径稳定器的结构、工作原理及其控制井眼轨迹的方法.井下闭环可变径稳定器的研制及现场的初步试验成功,为解决我国大位移井问题,特别是为滩海油气勘探、提高钻井机械钻速、降低钻井成本提供了一条有效的途径.     

井下闭环可变径稳定器的设计计算

阐述了井下闭环可变径稳定器的结构和工作原理 ,分析了影响可变径稳定器性能的钻井液驱动力、活塞密封阻力、复位弹簧弹力等因素 ;并对可变径稳定器中关键部件可调稳定块进行了静力学分析 ,推导出可调稳定块保持稳定平衡所需钻井液驱动力计算公式 ,为类似井下工具设计提供了理论依据。现场试验结果表明 ,新设计的井下闭环可变径稳定器结构比较合理 ,功能比较完善 ,可自动无级变径 ,达到了安全、平稳、高效、智能的目标 ,是钻大位移井的有力工具     

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井眼轨迹井下闭环控制技术是当前国内外钻井界乃至石油界的前沿技术，它的成功是钻井技术的一次革命。90年代以来，基于经济方面的原因，大位移钻井成为人们优先考虑开采滩海和海洋油气田的方式，井下闭环可变径稳定器是解决目前大位移井存在的如怎样有效地给钻头施加钻压、克服摩阻、提高钻速等问题的关键。文章介绍了可变径稳定器的结构、工作原理及控制井眼轨迹的方法，这为解决我国大位移井，特别是滩海油气勘探、提高钻机械钻速、降低钻井成本提供了一条有效的途径。     

井眼轨道控制系统中可变径稳定器的发展概况

对可变径稳定器作了初步分析。指出井眼轨道控制系统执行机构设计的理论基础是井下控制机构设计学。针对可变径稳定器类执行机构 ,按照控制形式、控制信号和结构形式作了分类阐述 ,从控制论的观点给出两种控制形式的定义 ,总结出目前用于变径稳定器中的几种控制信号。对所介绍的 3种典型的变径稳定器的控制原理、结构特征作了分析比较。还对可变径稳定器的设计及今后的发展方向提出几点建议 ,认为应研制开发适合我国油田现场需求的机液型开环遥控和闭环自控变径稳定器 ,同时要加强对井下各种控制信号的理论研究     

KWQ-216型地面可控井下变径稳定器

地面可控井下变径稳定器可以对井眼轨迹进行有效的控制与调整,以其成本低、控制效果好等特点在国外已规模应用,国内已有成功应用案例,但远未普及。介绍了地面可控井下变径稳定器工具的结构组成和工作原理,利用CAE技术对KWQ-216变径稳定器的壳体和弹簧座销等易失效部件进行了安全性分析,工具的工作安全性较高。介绍了与该工具配套使用的钻具组合。该工具通过地面开停泵液压式控制和井下机械式机构锁紧,变径准确可靠,操作简单方便,科学使用可变径稳定器可以经济、精确地控制井斜角和方位角,提高井身质量,缩短钻井周期。     

大位移井钻井技术研究及在渤海 应用

针对渤海油田钻4000m水平位移井遇到的技术难题，进行了摩阻－扭矩预测及评价、井眼净化计算、井壁稳定计算，设计了软件集成平台，研制了可变径稳定器吸井下闭环可变径同心稳定器，开发了用于大位移井的水基泥浆。这些技术及设备在潜海秦皇岛32－6等油田6口大位移井中应用，均取得了良好的效果。     

定向井钻井技术及可变径稳定器应用研究

常规稳定器与钻铤构成的底部钻具组合（BHA）力学性能不能改变,若与实际要求不相符合时,必须起下钻更换。利用可变径稳定器替代常规稳定器可减少起下钻次数,降低油田建设开发成本。介绍了可变径稳定器在定向井的应用,并对100多口定向井进行试验分析,总结了可变径稳定器的优点。合理使用可变径稳定器不仅可以减少起下钻次数,还能显著提高井眼轨迹质量,降低狗腿度及减小扭矩和摩阻等。     

大位移井钻井技术研究与应用

20世纪90年代以来,国外大位移井钻井技术飞速发展。为了发展我国自己的核心钻井技术,在国家“863”项目的支助下,研究了一套以扭矩、摩阻为核心的集成钻井设计和施工监测软件,及一套正排量井下可变径稳定器和一套井下闭环可变径稳定器;在钻成6口水平位移近4000 m的大位移井的基础上,集成了一套实用的钻井技术。     

大位移井钻井技术研究与应用

20世纪90年代以来,国外大位移井钻井技术飞速发展.为了发展我国自己的核心钻井技术,在国家"863"项目的支助下,研究了一套以扭矩、摩阻为核心的集成钻井设计和施工监测软件,及一套正排量井下可变径稳定器和一套井下闭环可变径稳定器;在钻成6口水平位移近4000 m的大位移井的基础上,集成了一套实用的钻井技术.     

?214mm液控可变径稳定器结构原理及应用

液控可变径稳定器能实现钻具在井下不起出的情况下,只通过地面开停泵控制,使活塞伸出或缩回,改变钻具组合的力学性质,达到控制井身轨迹的目的。通过对液控可变径稳定器结构原理的阐述,同时结合应用中出现的问题,对液控可变径稳定器的换位机构、节流参数和节流锥材料等进行了优化改进,进一步提高了可靠性和稳定性。通过L46-3、S79-2等井的应用表明,实现了单弯单稳和单弯双稳钻具组合的转换,井斜变化符合预定要求,每口井节约时间20h以上。应用及推广液控可变径稳定器,对提高单趟钻进尺、促进钻井提速提效有重要意义。     

旋转导向钻井技术及钻井工具应用研究

旋转导向钻井系统是由井下闭环变径稳定器与测量传输仪器(MWD/LWD)联合组成的工具系统,它完全抛开了滑动导向方式,以旋转导向钻进方式自动、灵活地调整井斜和方位,大幅提高了钻井速度、钻井安全性和轨迹控制精度。分析了旋转导向钻井系统的技术特点,介绍了典型旋转导向钻井系统的结构组成、工作原理及发展、应用情况。为超深井、高难度定向井、大位移井、水平分支井等特殊工艺井的导向钻井提供技术支持。     

钻柱近钻头力学特性测量系统功能研究

根据井下钻柱力学测量特点，研究了模拟钻柱近钻头力学特性测量系统，其基本功能包括：采用传感器精确得到对应于模拟钻柱在转动过程中包括钻头处的扭矩、径向力的大小和方向以及轴向力大小的电信号；经过调制电路和单片机采集及软件处理后，通过无线发射电路把四路信号以无线传输的方式发出；在控制室接收到信息经进一步处理后传给工控机；在工控机内用软件得到测量信号随时间变化的模拟和数字图并存储下来。在实验室内对该系统性能初步进行了测试。     

井下电动钻具的现状及发展

井下电动钻具不靠钻井液驱动,因此具有比井下涡轮钻具和井下螺杆钻具广的使用范围;井下电缆的使用,为井下信息的传递提供了平台;比采用涡轮钻具和螺杆钻具更低的钻井成本使其具有良好的应用前景;日趋完善的井下电动钻具技术为其发展奠定了基础。驱动井下动力钻具的能量通过钻井液、空气或电缆传递。目前国内使用最多的井下动力钻具是由钻井液驱动的,气动井下动力钻具近年来才在国内开始应用。尽管电动井下动力钻具的发明已有100多年历史,但由于受到技术水平的限制,井下动力钻具直到最近几年才引起国际钻井界的关注。文章介绍的是俄罗斯(前苏联)及美国在井下电动钻具方面的研究和使用资料。     

深井钻柱疲劳强度计算与分析

钻柱疲劳失效的机理分析表明,钻柱在振动和进动工况下,受到拉、压、弯、扭等组合交变应力作用,发生疲劳破坏是其失效的主要形式。通过钻柱受力分析,给出钻柱轴向应力、弯曲应力、扭转应力、径向和周向应力,以及附加剪应力的计算公式。根据疲劳强度理论,建立了钻柱在不对称循环应力状态下的疲劳强度条件。结合实际算例分析,找出钻柱危险点处疲劳安全系数随井深、转盘转速和钻压的变化规律,有助于钻井参数的调整。     

用井下闭环可变径稳定器控制大位移井的井眼轨迹方法研究

简要地介绍了可变径稳定器的结构及工作原理,在对带有可变经稳定器的钻具组合进行力学分析的基础上,着重论述了控制井眼轨迹的方法,该工具的解决我国大位移井,特别是滩海油气勘探,提高钻井机械钻速,降低钻井成本提供了一条有效的途径。     

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。     

用不稳定流动的压力和流量解释致密低渗气藏的地层参数

针对致密低渗气藏关井压力恢复很难达到径向流的特点,利用致密低渗气藏开井过程中气体的不稳定流动方程,推导出不稳定流动系数at与时间t的线性函数关系,结合修正等时测试不稳定流动段的井底流压数据,用最小二乘法分别计算出at和b,再利用直线段的斜率计算地层系数Kh和惯性系数D,利用同一直线段的截距计算气井开井的表皮系数S。通过大牛地气田几口井的实际测试数据进行解释表明,该方法可以用于现场解释。     

井下冲击钻井工具模拟试验装置研制

为了研究井下冲击钻井工具的工作参数对钻头破岩效率的影响规律,研制了井下冲击钻井工具模拟试验系统。该系统主要由钻采工具多功能试验机、动力水龙头、冲击钻井工具模拟装置、钻具、模拟井筒、试验介质循环系统、测控系统等组成。通过钻进岩样试验,分析钻压、冲击频率、冲击幅值、冲击力等参数对钻头破岩效率的影响。为优化冲击钻井工具提供试验数据。     

复杂地质条件下复杂结构井的钻井优化方案研究

在复杂地质条件下钻复杂结构井及特殊工艺井时,在地质和工程方面存在许多不确定性因素和复杂性问题.随钻导向、实时优化、井下动态诊断及其集成技术是解决这些难题的有效途径,基于智能钻柱,提出了把上述三项技术集成为一个整体的集成化的SOD系统;应用智能钻柱及其相关配套技术能提高双向闭环信息传输速率达10⁴～10⁶bps,同时能从地面向井下输送10～25kW的电力.给出了智能化钻井“导向—优化—诊断”集成系统总体结构设计方案.该系统能使地质条件透明化,使钻井过程简化并能提高钻井效率,有利于精确控制井身轨迹,可随钻分析钻柱(尤其是底部钻具组合、钻井工具)的力学行为,能优化钻井过程,实时识别和处理井下异常工况,能降低钻井成本约20%.