基于球面波传播理论的钻头趋近邻井防碰预测模型

为实现丛式井地面防碰监测预警系统有效预测正钻井与邻井间距离的功能,建立了钻头趋近邻井防碰预测模型。该模型依据弹性波的球面扩散和衰减吸收理论,通过分析实测数据的幅值衰减规律而建立。利用该模型,通过地面实时监测、分析、计算风险邻井套管的振动信号特征,可求取钻头与邻井套管的距离,识别钻头碰撞邻井井筒的可能性并及时预警。根据渤海某油田的防碰监测数据,用所建模型计算出了监测井段钻头与邻井套管的距离;对比测井数据计算的井眼扫描距离和模型计算结果发现,利用该预测模型求解的钻头与邻井间的距离与测井数据得到的井间距离有明确的对应关系,表明所建模型可以作为丛式井地面防碰监测预警系统预测井间距离的一种计算方式。      

定向井防碰地面监测系统设计及现场试验

随着陆地和海上油气勘探开发程度的不断提高,丛式井和加密井正变得越来越普遍,而受老井网加密调整使井间距离更密、老井测斜数据不完整或不准确、井眼轨迹控制产生误差等因素的影响,钻井过程中易发生井眼碰撞,对钻井和油田的正常生产构成了潜在威胁。根据振动波的传播机理,提出了一种定向井防碰地面监测方法,设计了一套定向井防碰地面监测系统。该系统在渤海某海上油田区块钻井现场进行了试验:借助定向井设计、随钻测量资料,利用Compass软件分析了在钻井与邻井的中心距,并对危险井段进行了监测;根据采集到的钻头振动信号特征,分析了钻头对危险井筒的趋近。现场应用结果表明:钻头钻水泥塞过程中,在钻井套管头处振动信号强度很大,该系统可通过识别钻头振动信号判断钻头靠近或钻遇了邻井水泥环和套管;在邻井套管头采集到的钻头振动信号的振幅,随在钻井和邻井的中心距的增加呈一定的衰减关系,可根据该关系和分离系数判断井眼碰撞的风险。      

浅层多井防碰相对井间距预测模型的建立与现场验证

随着加密调整增产技术在海上油田的广泛应用,防碰问题已经成为严重影响钻井施工安全的主要问题之一。根据钻头破岩激发的振动波在地层及套管中的传播规律,建立了浅层多井防碰相对井间距预测模型,并利用所建模型对涠洲11-1N油田在钻井A16井的3口风险邻井套管头振动信号进行了分析处理,得出了监测井段钻头与各风险邻井套管的相对距离,其结果与COMPASS扫描分析结果较为一致。所建立的预测模型具有实时、快速特点,可以作为预测浅层多井防碰相对井间距的一种识别方式,为现场防碰作业提供参考。     

井眼防碰监测中的风险信号特征识别

随着海上加密钻井技术的广泛应用,井眼碰撞风险也急剧增加。为保证海洋石油资源的安全、环保开发,确保钻井施工的顺利进行,提出一种基于检测钻头运动诱发的振动信号识别井眼趋近生产井套管的方法,并在多口防碰风险很高的钻井施工中应用,取得满意的效果。以南海油田某区块W6H井实施的钻井防碰监测为例,对现场监测过程中不同工况下的信号特征进行识别,对风险信号特点进行了归纳,为防碰监测系统的改进和防碰工艺技术的不断完善提供实践与技术支撑。     

振动波在套管中衰减室内模拟试验研究

在采用钻头振动波信号进行丛式井井眼防碰监测时,通过采集经由风险邻井套管传输到地面的井底钻头振动波信号,使用相关软件分析和处理,进而预测出在钻井钻头是否趋近于风险邻井套管.为了进一步确定振动波在套管中的衰减规律,在室内试验条件下,分析了不同管径和不同接头数目对振动波在模拟井筒中衰减的影响.通过试验发现：井筒的接头数目越多,振动波的衰减越大;管径对振动波衰减的影响与力锤激发的信号的特征、井筒本身的结构尺寸以及固有频率有关.     

基于振动波原理的钻井防碰监测及预警技术

为了防止丛式钻井碰撞事故的发生,设计了丛式钻井防碰监测及预警系统。系统利用振动波在地层中的传播规律和特点,研发出根据振动信号的变化来预测钻头是否趋近或碰撞风险邻井的办法,并开发出相应的软、硬件设备。在渤海油田的现场应用证明,浅层钻井防碰监测及预警效果良好,可有效提高丛式井钻井效率。     

基于钻头振动信号的丛式井井间距离计算模型

为了能够精确计算在钻井与风险井之间的距离,基于钻头振动波在地层和套管中的衰减规律,建立了丛式井井间距离计算模型,并利用西江某平台的监测数据对钻头振动信号进行了EMD分解,确定了钻头振动信号的特征频率为200~400 Hz,利用滤波后的振动信号对模型进行了试验验证。验证结果表明,井间距离计算模型具有良好的拟合效果,B25井计算的井间距误差率在7%以内,B23井620 m以内计算的井间距误差率在20%左右,满足现场防碰预警要求。     

钻头振动波井眼防碰监测系统及其现场试验

现有的井眼防碰检测技术均建立在井眼测量轨迹数据和钻进中对异常现象判断的基础上,由于各项数据误差及井下情况的不确定性,致使防碰作业存在极高的危险性。为此,根据现场实际防碰钻进时人工监听方法得到的启发,研发了钻头振动波井眼防碰监测系统：通过安装在套管顶端的加速度传感器采集井下沿套管传播的钻头破岩时产生的振动信号,并对信号进行特征提取以判断钻头趋近邻井套管的程度,利用计算分析软件实现信号特征显示,当信号特征值超过门限值时实现报警,由定向井工程师及时进行井眼防碰扫描,决定是否改变井眼轨迹。通过对比分析不同工况下监测系统采集振动信号的时域特点,认识到钻头钻速、钻压对钻头振动信号的影响,经过频域分析得到钻头振动信号的频域范围在200～400 Hz。该监测系统操作简单、不影响正常的油气井生产及钻井施工,目前已经在中国渤海、南海等区块进行了先导性试验,为井眼防碰技术发展提供了一条新的技术思路。     

小波包变换在井眼防碰振动信号处理中的应用

随着海上油气田加密井调整开发技术应用越来越普遍,钻井过程中井眼碰撞的风险也成了一个不容忽视的问题。在采用钻头振动波方法进行丛式井防碰监测时,将小波分析应用于复杂环境下钻头振动信号的特征提取。采用小波包对信号的各频带进行分解,将信号分解成不同尺度域,得到信号在不同频带内的能量分布特性,通过能量大小对比分析,得出了振动特征显著的4个尺度。对特征尺度进行功率谱分析发现,其信号幅值和能量集中在200～300 Hz范围内;当钻头趋近邻井套管时,信号特征分量发生显著变化,为防碰信号处理提供了新的思路。     

海上多平台井眼防碰监测系统设计

为了弥补常规的井眼防碰技术存在的实时性不强等不足,同时确保多平台加密调整井的安全,研制了基于无线数据传输的海上多平台井眼防碰监测系统。该系统通过传感器检测钻头破岩振动波传至邻井套管头的信号,无线数据传输装置发射和接收多平台套管头振动信号,由计算机软件处理获取防碰预警信息。有线传输与无线传输试验结果对比表明,2种方式下信号的特征基本一致,证明无线数据传输具有高保真性,不影响监测的实时性。模拟试验结果表明,系统在海湾地区相距2.4 km处仍能传递高质量的振动信号,满足多平台井眼防碰监测要求。     

基于经验模态分解的井眼防碰特征信号识别

在采用钻头振动波方法进行丛式井防碰监测时,为了准确识别井下钻头振动信号,将Hil-bert-Huang变换中的经验模态分解(EMD)应用于钻头信号的特征提取。采用EMD方法可将复杂环境下的钻头振动加速度信号分解成固有模态分量,通过分析各分量的归一化峭度及能量分布,得到包含钻头冲击振动特征的4个IMF分量;对相应的特征IMF分量进行功率谱分析,得到钻头钻进时特征信号的频域范围。当钻头趋近邻井套管时,信号特征分量将发生显著变化,通过海上丛式井防碰的现场试验数据分析验证了该方法的有效性。     

井眼测量误差椭球最小间距计算方法

随着丛式井和加密井在油田的广泛应用,对井眼防碰分析提出了更高的要求。井眼分离系数是防碰分析的一个常用指标,然而不同误差椭球分离距计算方法导致结果差异较大,为此提出测量误差椭球最小间距计算新方法,以更好地满足应用需要。在坐标变换及误差椭球计算基础上,推导了中心向量法误差椭球分离距计算公式,进而应用最优化理论求解了两误差椭球最小间距,并研究了快速求解策略,可精确、快速地计算井眼分离系数。算例分析表明,与其他计算方法相比,新方法能更好地指导井眼防碰风险评价工作,在丛式井设计和定向钻井中具有应用价值。     

剪切帽技术对PDC切削齿的保护原理及应用

套管开窗侧钻施工或套管钻井结束后,需要使用专门的钻头或磨铣工具磨铣套管或钻穿浮鞋、套管钻头等套管组件,然后才能进行后续地层的钻进。传统工艺是采用两趟钻或一趟钻完成,两趟钻浪费时间和成本,一趟钻对PDC切削齿的伤害较大。Varel钻头公司研发的剪切帽技术,其原理是在套管开窗或钻穿浮鞋、套管钻头等套管组件时可提供剪切作用,同时保护主PDC切削齿面。进入地层后,剪切帽快速磨损脱落,使切削齿高效钻进地层。现场测试结果表明,剪切帽可有效保护PDC切削齿不受损坏,提高机械钻速。介绍了剪切帽技术原理及其现场测试情况,以期推动我国用于套管开窗和套管钻井施工的一趟钻系统的发展。     

加拿大Daylight油田致密砂岩油藏优快钻井技术

为经济高效地开发致密砂岩油藏,并为国内同类型油气田开发提供借鉴,进行了Daylight油田优快钻井技术研究。对Daylight油田地层岩性进行了研究,根据地层压力优化了井身结构;通过分析测井资料并结合统计数据,研制了个性化的钻头;在分析钻井技术难点、地层压力的基础上,研制了油基钻井液体系,并采取严格措施确保其性能稳定;采取防碰技术控制井眼轨迹,满足了井工厂钻井的要求;优选先进的井下工具进行配套应用。该油田油气井井身结构按地区简化为二开和三开2种;研制了适应该地区软硬交错地层的复合钻头;油基钻井液体系为井壁稳定提供了保障;提前防碰技术缩短了滑动钻进时间;振荡钻井技术和AGITATOR井下工具可以解决水平井钻井中的托压问题,黑匣子为分析钻柱涡动提供了数据支持。应用结果表明,同地区平均井深为3 000 m的井,平均钻井周期由原来的18 d缩短为8 d。Daylight油田优快钻井技术研究为快速钻井提供了保证,为国内致密油藏开发提供了技术参考。