JK215—237型随钻扩眼工具的研制

在考察国外随钻扩眼工具技术的基础上 ,研制成功JK2 15— 2 37型随钻扩眼工具。利用此工具可实现小间隙套管程序设计 ,成本低 ,安全性好 ,增大生产套管尺寸 ,有利于完井及修井作业。介绍了新型随钻扩眼工具的结构、设计要点和主要技术参数。首次采用该扩眼工具在 2 15 9mm井眼内下 177 8mm套管 ,以提高固井质量而进行扩眼作业试验。试验结果表明 ,该随钻扩眼工具结构合理 ,使用可靠 ,能满足随钻扩眼的需要 ;随钻扩眼的机械钻速与相同领眼钻头的机械钻速相当。     

双动力随钻扩眼工艺提速特性分析

常规随钻扩眼工艺只能进行井眼简单扩大作业,功能单一,效率较低。因此,提出了一种双动力随钻扩眼方法,即扩眼钻头与领眼钻头分别由2个动力源驱动破岩,且缩小2个钻头间距。该方法既能用于扩眼作业,又能提高设计井眼钻速。根据提速机理,采用数值模拟方法分析钻压、转速和工具结构尺寸等钻井参数对机械钻速的影响规律。研究结果表明:双动力随钻扩眼工艺卸载岩石内应力效果明显,能在更短时间内使岩石达到损伤破坏;扩眼钻速随钻压增加逐渐减小,随领眼钻头转速的增加而增大,随钻头高度差的增加先增大后减小,随钻头直径比的增大而增大。研究结果可为双动力随钻扩眼装置的优化设计及参数优选提供重要依据。     

多级变径随钻扩眼器研制及刀翼受力与钻压分配分析

深层小井眼采用随钻扩眼器进行扩眼作业时存在井眼缩径、固井质量差和卡钻频繁等问题。为解决该问题,基于随钻扩眼器基本结构和工作原理,采用新型变径结构,研制了一种多级变径随钻扩眼器;建立了随钻扩眼尺寸与主动活塞轴向位移之间的函数关系,并分析了扩眼器刀翼的受力情况;采用双因素计算方法分析了该扩眼器的钻压分配情况,得到了随钻扩眼器钻压分配比对扩眼尺寸、钻具锐度及地层抗压强度的影响规律。分析得知,随钻扩眼器的钻压分配比与钻遇地层抗压强度、扩眼尺寸呈正比,与扩眼器锐度呈反比,该扩眼器的理论井径扩大率为7%～20%。研究认为:对随钻扩眼器进行钻压分配分析,可以指导扩眼器的设计及领眼钻头的选型;研制的多级变径随钻扩眼器为提高扩眼效率提供了技术支撑。      

扩眼器在定向造斜段的应用可行性研究

随钻扩眼器可有效扩大下部井眼直径,对于优化井身结构、提高完井质量、提高钻进效率、降低后续作业风险具有重要意义。随钻扩眼时该工具相当于一个满眼扶正器,在直井段工作时扩眼器具有防斜作用,但在定向段随钻扩眼时该工具将改变常规造斜钻具的造斜特性,因此该工具在定向造斜段应用的可行性需要研究。以一套常用造斜钻具为例,计算了其初始造斜率以及直接扩眼工况和随钻扩眼工况的造斜率,发现使用扩眼器后对原有钻具组合的造斜特性影响很大。为达到原有造斜要求,通过单独和组合调整BHA参数(主要有螺杆钻具弯角、上稳定器外径、上稳定器距离钻头距离等)获得与原有BHA造斜特性基本相当的多种方案,这说明扩眼器可在既定的造斜要求下完成定向随钻扩眼钻进施工。     

应用新型钻扩眼系统显著降低复杂井的钻井成本

在过去近２０年里，随钻扩眼工具的发展主要经历了“管下扩眼器＋钻头”－双心ＰＤＣ钻头－新型随钻扩眼系统的历程。９０年代中期所开发的新型随钻扩眼系统采用了两件式设计，没有活动部件，不存在金属部件掉落井下的风险，克服了常规管下扩眼器的缺陷；同时，又最大限度地减少了双心ＰＤＣ钻头作业过程中易出现的问题（扩眼段井径不一致、易出现振动损坏、定向控制不可预测，等）。这种新型随钻扩眼系统已多次在一些复杂井的钻井获     

随钻扩眼技术成功地用于钻澳大利亚海上井

西方矿业公司在钻澳大利亚一口海上探井的过程中，用最新开发的随钻扩眼技术取代常规管下扩眼技术获得了成功。用随钻扩眼系统钻了一段９１２ｍ长的２０ｉｎ井眼，机械钻速与１７１／２ｉｎＰＤＣ钻头相当，而且９８％的井眼直径符合要求。与常规管下扩眼技术相比，节省时间４ｄ，节省费用４６．５万美元。     

随钻扩眼工具的研制与应用

随钻扩眼技术是近年来兴起的一项钻井新技术,其原理是采用随钻扩眼工具在套管下边钻边扩,最终实现井眼尺寸比领眼钻头尺寸大,以达到提高完井质量及解决复杂事故的目的。胜利油田钻井院研制开发了随钻扩眼工具JK215-237,介绍了随钻扩眼工具的结构及特点,详细叙述了该工具在垦628井现场试验情况,试验结果表明,JK215-237随钻扩眼工具结构合理,能够实现套管下边钻边扩,扩眼的结果能够提高完井质量,该工具的研制与应用对随钻扩眼技术的应用以及随钻扩眼工具的研制具有重要的指导意义。     

扩张式随钻扩眼工具技术现状与发展建议

在指出扩张式随钻扩眼工具与其他扩眼工具比较具有的技术优势之后,介绍了国外几种典型的扩张式随钻扩眼工具的结构原理、性能特点和应用情况,包括Smith公司的Rhino一体化扩眼器、Halliburton公司的XR型扩眼器、NOV公司的Anderreamer扩眼器以及Tesco公司的Un-derreamer扩眼器等,随后简要分析了国内随钻扩眼工具的技术现状,最后对国内开展扩张式随钻扩眼工具研制提出了建议。     

液压扩眼器设计及井下试验验证

为了降低小井眼钻井作业风险,提高固井质量,对152.4 mm井眼液压扩眼器结构原理和力学性能进行了研究,并制作了样机。152.4 mm井眼液压扩眼器主要由上接头、螺旋扶正套、环形剃刀组件、固定套、摩擦环及下接头等组成。对样机的压耗、刀翼张开、刀翼自动收回及强制收回等功能进行了验证,同时对扩眼效果进行了预评估。验证结果表明,该液压扩眼器的压耗约为1.38 MPa,小于计算的最大压耗1.96 MPa,满足现场作业需求;液压扩眼器能够实现正扩眼、倒扩眼和随钻扩眼作业,正扩眼和倒扩眼井径均达到190.5 mm以上,井径较规则,扩眼效果较好;在随钻扩眼中,刀翼张开最大扭矩达到14 kN·m。     

液压扩眼器喷嘴及扩眼方式优选方法

随钻扩眼中扩眼器喷嘴尺寸、钻头喷嘴尺寸及扩眼方式的选择对扩眼作业的成败有非常重要的影响,不合适的喷嘴尺寸会导致水马力不足、扩眼器刀翼不能有效张开、返屑不好等种种问题,不合理的扩眼方式会导致作业难度增加,甚至失败。本文探讨了不同扩眼方式的优缺点并对扩眼器喷嘴尺寸、钻头喷嘴尺寸的选择依据及计算方法做了介绍。     

随钻扩眼系统

继随钻测量和随钻测井之后，美国休斯-Christensen公司开发出一种随钻扩眼（RWD）系统，直接装在三牙轮或PDC领眼钻头顶部，有三种型号：RWD用于旋转扩眼作业，SRWD型用于可转向扩眼作业，STRWD型尽三小井眼扩眼作业。两年来已有120台用于墨西哥湾，一位经营商在这段时期使用60台，比常规扩眼及套管下扩眼作业节省500万美元。     

随钻扩眼器扩眼机构流场分析与优化设计

扩眼机构是射频识别控制随钻扩眼器的关键部件之一,其结构与性能关系着随钻扩眼器的成败。为此,优化设计了扩眼器短节,研制出具有自锁功能、可回收双台阶刀翼的扩眼器。该扩眼器的止推台阶可保证刀翼完全张开,后自锁台阶使刀翼自锁;采用三刀翼布局,合适的刀翼布齿方式、布齿密度及保径齿数量可保持扩眼井段井眼扩大率。现场应用结果表明:RFID随钻扩眼器扩眼井径达到设计要求,射频识别标签读取正常;既具备常规随钻扩眼作业连续性、快速性的特点,又可根据需要控制扩眼器多次开闭;可以在管柱中集成多个扩眼器,并按照设计程序控制各扩眼器刀翼的收放,实现复合扩眼作业。该扩眼器操作简单可靠,具有广阔的推广应用前景。     

新型随钻液压扩眼器的研制

鉴于目前国内外随钻扩眼器存在的问题,以及不能满足海洋钻井技术要求的状况,研制了一种安全性和可靠性较高的新型随钻液压扩眼器。该液压扩眼器通过投球、憋压实现刀翼的收放。扩眼器直径为215.9mm,扩眼后井眼直径为254mm,误差小于5%,刀翼伸出力为15.533kN,刀翼的缩回力为55.477kN。现场应用表明,使用Φ215.9mm扩眼器扩眼后,井眼扩大率为20%～25%,能满足海洋石油钻探的要求。新型随钻液压扩眼器采用投球、憋压推动活塞高效运行的方法,使扩眼器刀翼伸出和收回的动作准确无误。     

双扩眼器井底小井眼消除技术

双扩眼器井底小井眼消除技术是一种高效的随钻扩眼技术,钻进过程中不仅可使用MWD/LWD仪器高质量地测量底部井眼的井斜参数以及电阻率、伽马、密度等地质参数,而且钻进结束后可直接下入较大尺寸的尾管,无需额外的扩眼施工,从而缩短施工时间,节约成本。介绍了Rhino RHE井底小井眼消除系统的组成及Ro D工具的工作原理,阐述了双扩眼器井底小井眼消除技术在墨西哥湾深水环境下的应用效果,并指出施工前要进行Ro D工具安放位置对BHA方位趋势变化的影响、Ro D工具的意外开启和关闭以及水力学模拟分析,这样有助于提高作业成功率。最后建议加强与Ro D工具和Rhino RHE系统功能类似的扩眼器及扩眼技术的研发。     

随钻扩眼钻压分配的双因素计算方法

随钻扩眼过程中扩眼器与领眼钻头的钻压分配关系对扩眼钻进工作状态具有重要影响。传统计算方法仅考虑扩眼器与领眼钻头的几何结构因素,精度不高,难以合理指导工具设计。为此,在充分考虑岩石特性、钻具切削结构双参数的基础上,提出一种计算随钻扩眼钻压分配关系的双因素法,以分析各因素对钻压分配的影响规律。理论计算表明,扩眼钻压比与扩眼器钻遇岩层强度成正比,与扩眼刀翼锐度成反比。这一结果与文献的试验结果基本一致,可用于指导随钻扩眼装置的设计和应用。     

随钻扩眼新工具

美国Hughes—Christensen公司研制的井下钻头—扩眼器工具(Ream While Drilling),亦称随钻扩眼装置(RWD)。经Amoco公司在两口井进行了试验并获得成功。 该总成(见图1)是由一个普通钻头和一个扩眼刀具     

随钻扩眼工具的动力学仿真研究

为了解随钻扩眼工具在井眼内的运动状态和受力情况,促进钻井工具的优化设计和更合理的应用,对随钻扩眼工具在井眼内的运动进行了研究,给出了基于拉格朗日方程的动力学分析方法;基于法向接触约束的惩罚准则,计算了扩眼刀翼与岩石之间的接触力,对随钻扩眼工具在井眼内的运动过程和动力响应进行了动力学仿真研究。仿真结果表明,随着随钻扩眼工具轴心偏离井眼轴心距离的增大,或扩眼刀翼数量的减少,所扩井眼的实际可通过半径逐渐减小,扩眼刀翼与井壁的最大接触力则逐渐增大,据仿真结果给出了实际可用的建议。研究结果与相关试验规律吻合较好,说明该分析方法是有效的。研究结果对多翼肋型石油钻井工具的设计和应用具有普遍的指导意义。     

定向随钻扩眼技术在塔河油田侧钻水平井中的应用

针对塔河油田井身结构侧钻开孔尺寸受限、固井环空间隙小、地层压力系统复杂等难点,决定采用斜向器开窗侧钻定向随钻扩眼技术,与膨胀管和小井眼水平井钻井技术相配套结合,同时验证定向随钻扩眼技术在塔河油田深井应用的可行性。定向随钻扩眼技术可在套管尺寸不变的情况下,增加套管环空间隙,扩大井眼尺寸,提高固井质量,给后续的完井和采油作业提供有利条件。     

国内深部地层扩眼技术研究

深部地层扩眼是当前国内发展较快的一项钻井技术。论述了国内深部地层扩眼技术的现状及发展概况，针对深部地层扩眼特点以及存在的主要问题，提出了合理的工程技术措施、扩眼工具的优选方案，按深部地层扩眼发展需要，展望了超常规井眼扩大器和随钻超常规井眼扩大器的应用前景，并结合典型井例说明了该技术方案的可靠性和实效性。     

RWD随钻扩眼钻进的破岩机理研究

RWD随钻扩眼使钻井和扩眼过程一次完成，并满足大部分特定井身轨迹严格控制的要求，具有工具结构简单，无活动部件，扩眼尺寸稳定规则的特点，是解决复杂深井阻卡、非常规井身结构应用和提高固井质量的有效手段。随钻扩眼过程中，扩眼器与所扩地层之间的岩石力学耦合作用对随钻扩眼钻进破岩效果和扩眼器、钻柱的优化设计等至关重要。为此，建立了弹塑性有限元力学分析模型，运用莫尔－库仑强度准则，用数值分析的原理和方法模拟了随钻扩眼时扩眼器破岩的力学机理。并对井眼围岩变形和应力分析及强度进行了研究，为研究随钻扩眼的破岩规律和对扩眼器进行改进提供了一种方法和研究的基础。