静态推靠式旋转导向控制模型与造斜率预测方法

推靠式旋转导向工具的防斜、稳斜能力强,能基本满足复杂地层安全高效钻进的需要,但目前的造斜率预测方法没有考虑推靠块控制方式及钻进过程的影响,存在造斜率预测精度低的问题。为此,考虑导向工具的结构特性,建立了静态推靠式旋转导向控制模型,给出了可靠的导向力控制方案,利用下部钻具组合力学模型及钻头–地层相互作用模型,得到了基于零侧向钻速条件下的造斜率预测模型,并引入折算系数对造斜率预测结果进行了修正。实例计算及敏感性分析结果表明,该方法预测精度高,能够满足井眼轨迹精确控制的需要;导向合力、钻压、钻头与稳定器的距离对推靠式旋转导向工具的造斜能力影响显著,现场施工时为了充分发挥导向合力的作用,要适当减小钻头与稳定器的距离、降低钻压,以提高旋转导向工具的造斜能力。研究结果为旋转导向钻具组合优选、钻井参数优化等提供了理论依据。     

柔性短节对静态推靠式旋导工具造斜力的影响

针对目前柔性短节对静态推靠式旋转导向(SRS)工具造斜力影响的研究结论不统一问题,基于AutoTrak Curve结构特点,考虑心轴-外筒-井壁的运动约束形式,组合铁木辛柯梁单元与接触单元,建立了静态推靠式旋转导向底部钻具组合(SRSBHA)有限元模型,选取New-mark-HHT法进行数值求解,并采用纵横弯曲梁法的算...     

推靠式旋转导向工具造斜能力影响因素

旋转导向工具相比于滑动导向工具具有机械钻速快、摩阻扭矩小、水平位移延伸能力强、井眼轨迹易调控等优点。推靠式旋转导向工具引入国内市场后,总体应用情况较好,但在部分地区也出现了工具造斜能力不足的问题。根据底部钻具组合纵横弯曲梁方法,建立了推靠式旋转导向工具变截面BHA力学模型以及井斜趋势角分析模型,并在此基础上分析了BHA结构参数、钻压、钻头各向异性和岩石可钻性对工具造斜能力的影响规律。分析结果表明,偏置力、第1跨钻柱长度及外径、第2跨钻柱外径、钻头侧向切削能力对工具造斜能力的影响较大。根据分析结果对推靠式旋转导向工具的底部钻具结构进行了优化,在塔中地区取得了较好的应用效果。     

指向式旋转导向工具造斜能力影响因素研究

国内对于指向式旋转导向工具造斜能力的研究较少,如果不了解指向式旋转导向工具造斜性能的影响因素,施工中就不能充分发挥其轨迹控制能力。根据底部钻具组合纵横弯曲法,分别建立了工具外筒及心轴纵横弯曲连续梁模型,并根据导向原理,建立了井斜趋势角分析模型,在此基础上分析了BHA结构参数、钻压、钻头 各向异性和岩石可钻性对工具造斜能力的影响规律。分析结果表明,心轴第一跨和第二跨长度、偏置机构位置及偏置力大小对指向式旋转导向工具的造斜能力影响较大：指向式旋转导向工具的造斜能力不易受地层环境的影响,相对于推靠式工具更加稳定,适用范围更广。     

柔性短节对RSBHA导向力特征的影响分析

旋转导向系统是实现井眼轨迹精确控制的核心工具,代表了当前井眼轨迹控制技术的最高水平.在带旋转导向工具的底部钻具组合(RSBHA)中,都带有柔性短节,但至今未发现有关柔性短节对旋转导向工具控制效果影响的文献.文章在建立了带位移工作方式旋转导向工具的底部钻具组合(RSBHA)的三维小挠度力学分析模型的基础上,加入柔性短节的连续条件,采用加权余量法对模型进行了求解.分析了柔性短节位置及长度对RSBHA侧向力的影响规律,并对RSBHA进行了实例计算分析.静力学结果表明,在不同的RSBHA工作模式下,柔性短节长度和位置对钻头侧向力的影响规律不同,柔性短节材料对钻头侧向力的影响较小,而稳定器间距具有较大影响,国外公司的RSBHA结构已经过优化.     

静态推靠式旋转导向工具造斜率预测分析

旋转导向钻井技术是目前钻井工程技术领域研究的热点之一。为准确认识静态推靠式旋转导向工具在给定导向力等钻进参数作用下的造斜能力,根据工具导向特点,对翼肋推靠井壁进行受力分析,考虑翼肋随非旋转套转动时所受的切向阻力作用,修正了翼肋导向合力计算模型;在钻进趋势预测模型的基础上,进一步建立了推靠式旋转导向工具造斜率预测方法。通过采用纵横弯曲梁法求解静态推靠式旋转导向底部钻具组合钻头力学特性,并考虑钻头切削各向异性指数,编程实现了静态推靠式旋转导向工具造斜率的定量预测计算。与现场试验数据对比发现:建立的造斜率预测误差在±0.5°以内,方位变化率预测值较不考虑翼肋与井壁间摩擦时更加符合实际方位变化率,预测结果与实钻井眼轨迹数据的对比验证了造斜率预测方法的合理可行性,为下一步进行井眼轨迹调控指令的准确制定提供了依据。     

推靠式旋转导向工具造斜率预测方法

推靠式旋转导向系统可显著地提高钻速、改善井眼条件并大幅度提高井眼延伸长度,代表着现代导向钻井技术的发展方向。为了准确预测和评估推靠式旋转导向工具的造斜率,在常规导向钻具组合力学模型的基础上,考虑推靠块与井壁的相互作用、钻头与地层的相互作用、导向钻具结构等因素影响,建立了推靠式旋转导向工具钻进轨迹预测模型以及"极限造斜率"和"折算造斜率"的计算方法,从"杠杆效应""钟摆效应""推靠效应"的角度揭示了造斜率的影响机理,分析了推靠力、钻压、井斜角、钻头与地层各向异性等参数对造斜率的影响规律。研究结果表明:(1)导向钻具的造斜率是各种效应的综合结果,其中"推靠效应"起主导作用,杠杆效应和钟摆效应起到次要作用;(2)对于推靠式旋转导向钻具,随着钻压增大,杠杆效应所占比例增大,推靠效应所占比例减小,造斜率减小;(3)造斜率与钻具结构参数、推靠力、钻头性能、钻进参数等因素密切相关。结论认为,该研究成果可以为推靠式旋转导向工具造斜率预测以及钻具结构优化设计提供重要的理论基础。     

近钻头变径稳定器导向钻具造斜特性研究

为提高现有导向钻具组合井眼轨迹控制能力,针对近钻头变径稳定器导向钻具造斜特性开展了研究。根据纵横弯曲梁法和三弯矩方程,考虑钻具结构弯角和变刚度管柱的影响,建立了带近钻头可变径稳定器的导向钻具组合力学特性分析模型,采用单因素法,对各种条件下近钻头可变径稳定器外径对钻具造斜能力的影响进行分析。分析结果表明,近钻头可变径稳定器外径对钻具造斜能力影响显著,在所研究的参数范围内,钻具长度和井径扩大率对复合钻进造斜率的影响较为明显,上稳定器和钻压的影响次之,螺杆钻具结构弯角对复合钻进造斜率的影响最小。最后根据研究结果并结合现场实际工况,设计并研制出了井下遥控式近钻头可变径稳定器导向钻具。     

捷联式自动垂直钻井系统

针对高陡构造及大倾角地层的防斜打快难题,成功研制了具有自主知识产权的捷联式自动垂直钻井系统。该系统采用动态推靠方式实现钻进中的主动防斜和纠斜,主要由捷联式稳定平台和防斜纠斜执行机构组成,其中由基于旋转基座的测控短节、电源短节、伺服短节组成的捷联式稳定平台是捷联式自动垂直钻井系统的核心。在稳定平台的控制下,伺服短节驱动防斜纠斜执行机构中的盘阀对过流的钻井液进行控制,利用活塞驱动翼肋推靠井壁,产生具有纠斜作用的侧向推靠力,以实现有效的防斜、纠斜功能。通过捷联式稳定平台地面联调试验和现场试验,初步验证了系统工具的可行性、稳定性和可靠性,为工具进一步改进和现场试验提供了技术支撑。     

推靠式和指向式旋转导向工具的造斜性能研究

旋转导向工具是目前最先进的定向工具,对旋转导向工具造斜性能的研究有助于旋转导向的研制和应用。通过分析钻头在侧向力和转角作用下的导向机理,结合钻头的性质和旋转导向的原理,对两种工具的导向性能进行了分析。分析结果表明:推靠式旋转导向系统需要侧向攻击性能强的钻头与之匹配,可以准确快速地调节井眼轨迹,在软地层和小钻压条件下可以达到较高的造斜率;指向式旋转导向系统适合于长保径钻头以引导钻压指向钻头转角方向,其造斜效果受其他因素影响较小,造斜率稳定,井眼轨迹可预测性好。实际旋转导向工具的使用证实了上述分析结果。     

旋转导向偏心稳定器力学特性研究

基于悬臂梁模型,建立了旋转导向偏心稳定器在提离井底条件下的力学模型,分析了偏心稳定器产生的造斜力与钻具横向均布载荷、井斜角、钻具长度、偏心位移以及钻具抗弯刚度等参数的关系,其结果可以为旋转导向钻井工具的设计和钻具组合的选配提供依据.     

推靠式旋转导向钻具力学性能研究

旋转导向钻井系统在大位移井中得到广泛的应用,该项技术国内正处于研究阶段。结合国家863项目"旋转导向钻井系统整体方案设计及关键技术研究",对设计出的偏置式旋转导向钻具组合进行了力学性能的理论研究,介绍了理论模型的建立和力学性能研究的部分结果,给出了推靠式旋转导向钻具的受力状态分析、井眼曲率预测、导向稳定器运行参数、井眼曲率和方向与导向稳定器偏心距和偏心方向的关系。可以为旋转导向稳定器的设计提供理论依据。     

井底可调稳定器

哈里伯顿能源服务公司研制出一种可调整角度的遥控井底可调稳定器系统(ＴＲＡＣＳ)。用它来钻定向井和水平井时无需起下井底总成,可把起下钻时间缩至最短。ＴＲＡＣＳ系统适用于常规转盘钻和可旋转马达钻具总成。当与可旋转马达连用时,能够控制井斜;在与转盘钻井连用时,可使机械钻速提高66%。转盘钻井有助于搅动钻屑,并将其循环出大斜度井眼,能钻出一个平滑的井筒,降低扭矩和阻力。这种工具有下部动力短节和上部控制短节两个功能部件组成。下部动力短节装有可径向膨胀的稳定器叶片,可用内径和环形空间中的压差驱动,叶片的径向膨胀及其直径大…     

旋转导向钻头RS130在水平段中的成功应用

在挪威北海的一口水平井中使用了ＰｏｗｅｒＤｒｉｖｅ旋转导向系统和ＲＳ130旋转钻头 ,该井水平段要钻穿一系列粉砂岩、砂岩和煤层夹层 ,在其中 2 2 5 0ｆｔ井段的钻进过程中 ,ＲＳ130旋转钻头与ＰｏｗｅｒＤｒｉｖｅ旋转导向系统配合创下了 2 4ｈ内进尺最多的记录。ＰｏｗｅｒＤｒｉｖｅ系统配合一个 8 ｉｎ的稳定器 ,在井斜角为 10 1°处下入 8 ｉｎ的旋转导向钻头ＲＳ130。在钻进过程中 ,ＰｏｗｅｒＤｒｉｖｅ工具有目的地从 10 1°以 4 5°/ 10 0ｆｔ降斜直到 86° ,在增斜到 90°之前 ,右调方位并保持井斜不变。在最后的 5 0 0ｆｔ…     

一种静止推靠式旋转导向钻井系统的设计方案

旋转导向钻井系统是在钻柱旋转钻进时,随钻实时完成导向功能的一种先进的钻井系统。介绍了西部钻探工程公司自主设计的静止推靠式旋转导向钻井系统的设计方案,采用模块化的设计理念将整个系统分为地面监控系统、双向通讯和动力模块、MWD模块和导向短节4大模块,各模块采用独立封装结构,用标准化接头连接,方便检测、维修和后续作业。重点介绍了导向短节的结构和旋转导向钻井系统的工作原理。     

下部钻具组合造斜能力的影响因素分析

利用平衡侧向力法对现场常用的井底钻具组合的造斜能力进行了预测,探讨了井眼轨迹参数、施工参数对ＨＢＡ造斜能力的影响,并给出了影响规律的具体表达式,这对了地控制井眼轨迹具有一定的参考价值,利用长度油田某区块的资料,给出了计算实例。     

双水平井随钻磁导向系统井下磁源设计

井下磁源作为双水平井随钻磁导向系统的信号源,是该系统的核心部件之一。基于RMRS磁短节的原理,通过增加单位长度上安装的永磁圆柱体个数,设计了长度更短的井下磁源。利用有限差分法,计算分析了井下磁源和RMRS磁短节对底部钻具组合造斜能力的影响,同时通过试验,对比了井下磁源和RMRS磁短节的磁场强度,并且利用有限元软件,计算分析了井下磁源和RMRS磁短节的机械强度。计算和试验结果表明,与RMRS磁短节相比,在保持磁场强度基本相同的情况下,设计的井下磁源减小了对底部钻具组合造斜能力的影响,更有利于对井眼轨迹的控制。该产品的设计对于双水平井钻井技术的现场应用有重要意义。     

捷联式自动垂直钻井系统的研制及现场试验

为了有效解决钻井工程中高陡构造及大倾角地层防斜打快的技术难题,自主研发了捷联式自动垂直钻井系统。该系统采用动态推靠方式实现钻进过程中的主动防斜、纠斜,其中捷联式稳定平台是该系统的核心。该系统主要由基于旋转基座的测量短节、井下发电机、无刷力矩电机、旋转变压器和防斜纠斜执行机构等组成。在稳定平台的控制下,力矩电机驱动执行机构中的盘阀对过流的钻井液进行控制,利用活塞驱动翼肋推靠井壁,产生具有纠斜作用的侧向推靠力,以实现防斜、纠斜功能。宁深1井的现场试验证明,捷联式自动垂直钻井系统工作原理正确,结构可靠,能够在主动、适时防斜的同时,有效释放钻压,提高钻速。该系统的研制成功为直井的防斜打快提供了一种新的技术手段,具有广阔的应用前景。      

美国新型油田设备摘录

大排量套管泵　美国ＫＳＢＡｒｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈ公司制造了一种ＲＤＬＯ系列双入口、轴向可拆卸螺壳型套管泵 ,其排量高达 2 .8Ｌ/ｓ ,扬程为 2 4 0ｍ ,在高效率的运转条件下有较长的使用寿命。 用可调稳定器改进钻井操作　美国Ａｎｄｅｒｇａｕｇｅ钻井公司制造的可调式稳定器 ,可用于定向、扩大井径或旋转 -可控钻井系统。使用这种稳定器可在地面调节底部钻具组合 (包括钻铤、稳定器和减振器等 )的稳定性 ,无须进行起下作业 ,就可全面控制井斜和转速 ,进一步净化井眼 ,降低扭矩和阻力 ,提高机械钻速。 扩大井径钻头　美国国际金…     

闭环导向新系统

直井是指设计井斜为 0°,无人为造斜的井。但是 ,这些直井通常井斜并不为 0°,一方面是由于地层倾向的影响 ,一方面是旋转钻具钻进盐层时产生的一些不可预测的影响。在盐层、断层或倾斜地层钻直井 ,一般采用钟摆钻具组合、满眼钻具组合和ＭＷＤ/可转向马达 ,但这些方法都存在延长钻井时间的不足。ＢａｋｅｒＨｕｇｈｅｓＩＮＴＥＱ的新型ＶｅｒｔｉＴｒａｋ直井钻井装置 ,采用井下井斜传感器及用以抵消地层自然造斜力的膨胀式稳定器极板 ,实行闭环导向。该系统包含一套导向装置、一台高性能马达和一个能测量0 .1°井斜的近钻头ＭＷＤ井斜传…