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小眼井钻井、大斜度井和水平井钻井数量越来越多。在这类井中如何有效地向钻头施加钻压就成为人们普遍关注的问题。在转盘钻井和井下动力钻具钻井中一般都是靠钻柱重量向钻头施加钻压的。然而，在大斜度井和水平井钻井中，这种传统的加压方法存在一些缺陷：①由于钻柱重力在井眼方向的分量小或近似为零，很难满足预先设计的钻压；②由于钻柱自重对井壁的正压力大，因此增大管柱摩阻和转盘功率损失。摩阻问题又是制约大斜度井和水平井发展的重要因素之一。为此，研制了一种新型的利用钻井液压力为动力的加压装置———水力加压器。它可以平稳地对钻头施加钻压，可以减少钻头的振动传向水力加压器以上钻柱，减少钻铤和钻杆的疲劳破坏，可提高钻柱和钻头的使用寿命，降低钻井成本。现场试验表明其可靠性、安全性高，不仅能有效地解决大斜度井、水平井中钻压不易施加的问题，而且能较好地改变钻具受力。     

水力加压器研制及应用

在大位移井、小井眼井和水平井中靠钻铤重量向钻头施加钻压非常困难,为解决这一难题,研制出一种利用钻井液来提供钻压的水力加压器,该水力加压器有2种类型,一种是单行程水力加压器,这种加压器只能依靠改变钻井液排量来改变钻压;另一种是双行程水力加压器,这种加压器入井后可通过控制活塞行程来控制钻压。介绍了水力加压器的原理、结构及在硬地层、夹层、深井小井眼和开窗侧钻井中的应用效果。结果表明,使用水力加压器可提供平稳的钻压,减轻钻具的轴向振动,减少钻具的疲劳失效,延长钻头的使用寿命,提高机械钻速。     

SL-160型液力加压器的研制及应用

在水平井钻井中，随着钻井深度增加，井斜角增大和水平段延长，钻柱与井壁摩擦阻力不断增加，依靠钻柱重力难以给钻头施加足够的钻压。SL－160型液力加压器利用钻柱中循环钻井液的压力，实现对钻头的轴向水力加压，钻压值的大小不受钻柱与井壁摩阻的影响，钻压稳定。较好地解决了水平井、大位移延伸井的钻压施加问题。     

五级双行程水力加压器设计与力学分析

水力加压器通过节流作用将泥浆动力转化为轴向推力,可以减少因钻柱耦合振动及钻头与岩石互作用引起的钻压波动,从而给钻头施加较为恒定的钻压,延长钻头寿命,减少钻具疲劳失效,提高钻井效率。为了给中深井提供足够大的钻压及提高入井后的钻压调节能力,设计了适用于φ215.9 mm井眼的φ172 mm规格的五级双行程水力加压器。水力加压器工作时,通过主活塞杆和主缸体的花键副传递钻压和扭矩。花键副的载荷环境较为恶劣,应用有限元软件完成了压扭载荷作用下主活塞杆和主缸体的接触应力分析,得出主活塞杆和主缸体的静安全系数4,其结构安全性可以满足使用要求。     

水力加压器和井下马达组合时的钻压计算

水力加压器由于能吸收钻头冲击振动,能提供一恒定的易于控制的钻压而在油田得到广泛应用。文中分析了水力加压器串联在井下马达上面和下面时两种组合钻具的钻压计算、针对水力加压器串联在井下马达上面的组合钻具,将马达压降和马达转子输出扭矩的关系简化为一直线,建立了相应的钻压计算数学模型。该模型考虑水力加压器活塞及其缸体内壁间的摩擦力、水力加压器以下钻柱重量、水力加压器以下钻柱与井壁的摩擦力和活塞下推力等参数,用迭代法计算出马达压降和钻头钻压。同时也用压力平衡法计算出钻压,现场试验表明,两模型可靠、计算结果正确。     

微小井眼水力加压器结构设计及钻压计算

微小井眼钻进过程中,连续管的直径小、刚度低,采用传统的钻铤施加钻压不能满足钻井需要,为此设计了一种用于88.9mm井眼的微小井眼水力加压器。综合考虑井下马达、水力加压器以下钻柱与井壁的摩擦力、水力加压器运动部件与缸体内壁的摩擦力等因素对井底钻压的影响,建立了水力加压器串联在井下马达上方时井底钻压计算模型,通过对模型的求解可以得到钻井液流量、喷嘴直径与钻压关系曲线,为水力加压器在微小井眼钻进中的应用提供了理论依据。     

水力振荡器的研制与应用

随着大斜度井、水平井钻井工艺技术的日趋成熟和小井眼技术的应用和发展,受井斜度增加、井壁摩阻大等因素影响,常规钻井中传统的依靠钻柱重力施加钻压的方法已经不能很好地满足施工需要。研制了一种利用高压液流提供轴向振动的井下工具——水力振荡器。对水力振荡器的结构、原理、技术特点、技术参数、性能试验等方面进行了详细阐述,并进行了台架性能试验,表明该产品性能和可靠性达到了设计要求。经现场井段应用验证,该水力振荡器使用效果良好。     

水力加压器介绍

水力加压器是一种将压差转换成钻压的液压工具，对由于井下震动和冲击引起的钻柱扭断、钻压不稳等问题，使用水力加压器可起到液压吸震的作用，它可阻尼掉轴向震动，在较长的水平井和斜井补偿失控的滑动钻井，保持恒定钻压。介绍了水力加压器的工作原理，级数、使用前需进行的类型造反安装阻流尖嘴及地面测试等，概述了水力加压器的使用方法。通过观察立管压力的变化可清楚地了解加压器井下工作情况。     

水力加压器在准噶尔盆地西北缘地区探井中的应用

新疆油田近两年在盆地西北缘地区十几口探井50多次的应用钻井水力加压器表明,这项技术不仅可以提供恒定、可控的钻压,还可以提高机械钻速和行程钻速,有较好的防斜作用,能改善钻头和井下工具的工作情况,延长其寿命,减少井下事故。统计使用该技术的井段机械钻速提高11.60%～261.14%,平均提高67.8% 三叠系以下地层平均每500m可节省钻头1～2个 西北缘所有使用水力加压器的井段,没有一口井出现过钻具事故,其井斜角均控制在允许范围内,从未因井斜接近规定值而吊打。水力加压器在有振动和冲击问题,易井斜、钻速慢的井段使用效果更好。这是一项经济有效的实用技术,值得推广。文章阐述了水力加压器的原理和特点,提供了4个地质区块6口应用井和7口对比井的现场应用数据。     

新型钟摆钻具组合防斜打快技术及在风城011井的应用

新疆油田准噶尔盆地西北缘地区二叠系的下乌尔禾组和夏子街组地层倾角大,最高可达60°,易井斜,地层可钻性较差。在该地区风城011井的上述2组地层,应用了带水力加压器、直螺杆和PDC钻头的新型钟摆钻具组合防斜快钻技术,该技术具有适应地层倾角范围大、防斜效果好、机械钻速和行程钻速高、钻井周期短、井下钻柱事故风险低、钻井成本低等优点。应用结果表明,与邻井乌351的同层段采用常规钟摆钻具技术相比,机械钻速提高1．90倍,行程钻速提高2．05倍,进尺工作时间减少628．85h,缩短钻井周期26．2d,节约直接成本近百万元,井身质量也得到提高,取得了显著的技术经济效益。     

定向井滑动钻进送钻原理与技术

定向井和水平井钻进经常采用滑动钻进方式。地面间歇向井内送入钻杆是如何转化成井下钻柱对钻头的推进的？如何减小钻柱与井壁的滑动摩擦力给钻压带来的误差？现有的滑动钻进送钻技术各有什么优缺点？这些都是业界关心的问题。为此,把钻具送到井底并加上钻压,暂停地面送钻操作的工况作为研究区间,分析了井底的钻柱弹性、水力振荡器和液力推进器3种送钻原理。阐述了带井下动力的钻具组合、带水力振荡器的钻具组合和带液力推进器的钻具组合的滑动送钻技术,给出了地面钻进参数与井底钻进参数的关系。进而比较了3种送钻技术的特点：带井下动力的钻具组合在井底是依靠钻柱的弹性推动钻头前进;带水力振荡器的钻具组合依靠其产生的水力振动来降低钻柱与井壁间的滑动摩擦力,改善钻压传递效率;带液力推进器的钻具组合在其工作钻压区间,依靠活塞推动钻头前进。结论认为,带液力推进器的钻具组合滑动送钻技术最优,钻压可调、平稳,液力推进器可串联使用,钻进时可以活动上部钻柱。     

大位移井减阻工具性能试验与数值模拟

为解决大位移井、长水平井等在钻进过程中摩阻大、托压等问题,设计了新型大位移井减阻工具。该工具利用水力脉冲压力波动,使钻柱产生轴向振动,有效减小钻柱与井壁间的摩阻,改善钻压传递,延伸定向井、大位移井、水平井等井眼长度。通过工具性能试验和数值模拟相结合的方法,验证了减阻工具设计的可行性和振动的稳定性。分析了叶轮的叶片数、承压板的通孔面积、钻井液排量等参数对减阻工具脉动压力频率和幅值、压降、轴向振动位移等的影响规律。研究结果可为大位移井降摩减阻技术研究、减阻工具参数优选等提供参考。     

井下振动减摩技术研究进展

在大位移井、水平井中,无论是常规管柱还是连续管作业时,由于管柱与井壁接触面大、管柱不旋转等因素,管柱与井壁之间摩阻都很大。井下振动减摩技术利用流体能量通过一定方式使管柱产生振动,从而减小管柱与井壁之间的摩擦力,增加钻头的有效钻压,提高机械钻速,延伸管柱入井位移,可有效降低油田开发成本。介绍了连续管减摩器、声波流动脉冲方法和装置、轴向振荡发生器、降摩阻短节、井下振动减摩器以及水力振动减摩加压器等国内外各种井下振动减摩技术和装置,包括原理、结构设计、特性研究以及现场应用等方面。随着我国复杂结构井的钻井和后续作业陆续出现管柱与井壁摩阻大的问题,对减摩技术的需求也越来越多,井下振动减摩技术发展前景广阔。     

元坝气田超深水平井随钻测量与控制技术

元坝地区海相气藏埋藏较深,主力储层垂深超过6 500 m。该地区超深水平井钻井过程中存在着高温高压、地层岩性复杂、测量仪器稳定性差以及井眼轨迹控制难度大等难题,对水平井钻井技术提出了更高要求。首先分析了元坝气田的钻井施工技术难点,通过开展直井段防斜打快技术、超深硬地层侧钻施工技术、增斜段和水平段井眼轨迹高效控制技术研究,以及耐高温高压SLBF HT175型随钻测量MWD仪器的研制,形成了元坝气田超深水平井随钻测量与控制技术,大幅提高了元坝气田超深水平井施工能力。SLBF HT175型随钻MWD仪器经在元坝4口超深水平井中应用,MWD耐温性能、抗压性能、测量精度和整体可靠性等经过现场验证,能够满足国内油气田超深水平井的随钻测量需要。     

长庆致密气田超长水平段钻井降摩减阻技术

为了保护生态环境,提高单井产量,长庆气田部署了多口水平段超过3 000 m的井。针对超长水平段井裸眼段长,存在井下摩阻大、扭矩大的问题,选取了S135钢级钻柱和清砂钻杆减阻工具,采用旋转导向井眼轨迹控制技术,优化了钻进参数:最佳钻井液环空返速为1.20~1.30 m/s、最低钻柱转速为60 r/min,选用氯化钾、石灰石和高性能润滑剂提高钻井液及其所形成滤饼的润滑性,控制钻井液有害固相含量,其动塑比提高至0.5 Pa/(mPa · s),最终形成了一套长庆致密气田超长水平段降摩减阻技术。将该技术应用于水平段长度为5 256 m的靖51-X井,其水平段平均全角变化率为0.74 (°)/30 m,钻井液固相含量最高为16%,完钻后最大起钻摩阻为380 kN,下钻最大摩阻为280 kN。实践表明在超长水平段应用该技术具有良好的降摩减阻效果。     

防托压冲击器在盘40斜501井的应用

为了解决临盘油田40块区域内定向井长稳斜段的托压问题,提高机械钻速,缩短建井周期,试验应用了防托压冲击器。通过防托压冲击器水平井模拟试验,验证了其在水平井、定向井应用的可行性,并进行了性能参数测试及寿命评价试验。测试结果表明,防托压冲击器的冲击力为20~160 kN,冲击频率为8~20 Hz,工作寿命达120 h以上。依据施工井钻井设计,模拟计算了应用井段的钻柱摩阻,在此基础上优化了钻具组合及钻井参数。3套防托压冲击器在盘40-斜501井进行了3井次现场试验,总进尺1 080 m,降摩减阻提速效果明显,防托压冲击器的井下有效工作寿命均达到了100 h以上。应用结果表明,防托压冲击器是解决水平井、定向井长井段托压问题的有效工具。      

POWER-V和PD-XCEED垂直导向钻井技术在渤海油田的应用

渤海油田探井深部井段地层倾角大,而且岩性多变,砂泥岩互层频繁,钻井过程中井斜问题非常严重,且地层容易垮塌。简述了渤海2井、3井的地层特征,评价了以往高陡构造防斜打快技术,介绍了POWER-V及PD-XCEED垂直导向钻井工具的防斜打直机理及其各自的应用方法。通过在渤海油田钻井过程中的应用,对两种垂直导向钻井工具进行了对比,并在技术和效益方面对两者的应用情况做了详细的评价。实践表明,两种垂直导向钻井工具都能有效地解决防斜和加大钻压之间的矛盾,变被动防斜为主动防斜,对高陡构造防斜打快、降低钻井成本等方面具有一定的指导意义。