新型动力钻杆大钳

新型动力钻杆大钳@江先雄     

新型全自动钻杆大钳定位器

据《钻井承包商》2005年第9／10期报道，美国Rogers Oil Tools Services公司开发出一种新型全自动钻杆大钳定位器。这种大钳定位器采用“赛伯眼”（Cyber-Eye）技术进行对扣和上卸扣作业，使得大钳毋须手工操作，从而提高了作业效率和安全性。     

起下钻测井

对于大斜度和水平井，电缆测井非常困难且和耗时的作业。在一口4000m深的水平井中完成电缆测井需要18个小时，耗资可能达10万美元。随钻测井的费用更高，主要在海上使用。     

起下钻钻柱纵振理论分析

钻柱振动分析是一个非常复杂的动力学问题,钻柱纵向振动严重时造成钻头损坏、钻杆磨损加剧和疲劳破坏。考虑起下钻时引起的压力波动及钻柱和钻井液的耦合作用,在对模型进行假设的基础上,对起下钻时钻柱纵向振动方程和频率方程进行了分析推导,对井下多体系统动力学的研究进行了有益探索。     

套管钻井工艺取消起下钻杆柱

美国Ｔｅｓｃｏ公司公布了一种享有专利权的钻井工艺,即在钻井过程中以套管作载体,直接与钻井马达总成和钻头连接,井下工具用钢丝绳下入井内,并与套管最后一个接头锁扣住。这种新的套管钻井工艺省去了起下钻、移送或再连接钻杆花费的时间。套管下井后永远保留在井内,因此?..     

起下钻动态波动压力应用软件开发

介绍了动态波动压力计算模型及应用软件的开发，计算模型将起下钻过程中井眼内钻井液流动作为不稳定流动处理，采用特征式差分及方格网加线性插值的方法求解基本方程组。应用软件考虑了不同井身结构、不同钻具组合、钻头水眼、钻头及泥包钻头、钻井液密度、钻井液流变性及流变参数随升温的变化、不同起下速度和加速度、不同下钻井深、钻杆接头及扶正器的影响。另外采用空间单元划分取合补偿的方法，以提高计算速度和计算精度。     

防喷器承压起下钻模拟试验装置研制

为了研究防喷器在井筒带压起下钻作业工况下的密封性能,研制了防喷器承压起下钻模拟试验装置。包括能够模拟35 MPa带压环境的井口系统和起下钻速度达到600 mm/s的起升装置。此试验装置可用于防喷器的性能试验和密封胶芯的可靠性研究。介绍了该试验装置的井口系统、液控系统、电控系统的设计原理。试验结果表明:该装置能够满足防喷器的承压起下钻试验要求。     

使用非标钻杆提高钻速效果显著

由塔里木油田、西南石油大学以及渤海能克钻杆公司、宝钢钻杆公司联合研发的Φ127mm非标钻杆，在油田两口井使用，取得了明显的效果。     

控压钻井起下钻钻井液帽优化设计

合理的钻井液帽高度和密度对于维持起下钻过程中井底压力恒定至关重要。鉴于此,根据控压钻井钻井液帽工艺流程及钻井液帽设计原则,结合起下钻井筒瞬态波动压力计算模型,建立了控压钻井起下钻钻井液帽优化设计模型。以塔中某口水平井为例进行数值模拟计算,计算结果表明:随钻井液帽高度的增加,井底波动压力最大值呈线性增加;结合约束条件给出钻井液帽高度和密度的优化区间分别为1 265~1 930 m、1.34~1.48 g/cm~3,推荐采用钻井液帽优化区间的中间值(高度1 598 m,密度1.39 g/cm~3,波动压力极大值为0.84 MPa)作为现场作业参数。研究结果可为控压钻井钻井液帽作业参数的选取提供理论指导。     

控压钻井技术起下钻方式研究

对控压钻井技术定义和控压钻井国内外发展现状作以简单介绍,重点分析控压钻井起下钻的2种方式,重浆帽起下钻和套管阀起下钻的方法,详细说明了重浆帽起下钻重浆帽的设计原则和方法以及注意事项,简单介绍了套管阀系统组成和工艺流程图和和套管阀控压起下钻方法的作业流程和注意事项。通过对比得出套管阀起下钻方法的技术优势:节省钻井作业时间,节省钻井液费用,提高井控安全性,保护储层和提高采收率。结合国内控压钻井和套管阀的应用状况提出建议:加大力度对控压钻井装备研发、缩减成本、降低使用费用;攻关套管阀使用寿命和耐压级别;扩大控压钻井技术和套管阀的现场应用范围,发现不足和缺点,更新和改进控压钻井和套管阀装备和工艺。     

加长方钻杆在随钻中的应用

在推广复合导向钻井技术及新型PDC钻头施工过程中,常常出现动力钻具产生的反扭矩带动钻具逆时针旋转现象,使钻机大绳打扭,将水龙带、有线随钻电缆等缠绕在一起,导致电缆损坏,耽误生产以及导致井下复杂情况发生等严重后果。通过在有线随钻中利用方钻杆柱的方法,即在有线随钻中,根据井架类型,选择2根或3根自加工的方钻杆连接在一起,通过方钻杆和转盘的相互作用,控制螺杆钻具产生的反扭矩,从而避免钻具突然逆时针旋转情况的发生,较好地解决了上述难题,通过在冀中地区的推广应用,使得钻井速度大幅度提高,钻井事故相应地减少,实现了安全、高效钻进,获得了可观的经济效益。     

起下钻辅助灌浆装置的设计与改良

随着井控要求的不断提升,起下钻时采用计量罐已基本进入常态。为了提高灌浆效率,减少人员犯错几率,我们设计了辅助灌浆装置。该装置能实现在起下钻时提醒人员灌浆,并监测灌浆情况进行数据收集分析,有利于井控工作的细致进展。     

海洋平台连续起下钻钻机及关键设备研究

针对当前常规海洋自升式钻井平台钻井作业采用间歇起下钻方式存在的起下钻作业时间长、井下复杂情况多等缺点,提出了一种全新概念海洋自升式钻井平台的连续起下钻钻机,完成了连续起下钻作业流程确定、立根长度确定、连续起下钻系统、排管机、集成控制系统等关键技术和设备设计。该钻机配套常规顶驱,通过采用新增连续起下钻系统设备,改进排管机和集成控制系统的方式实现连续起下钻作业,实现在高位进行钻柱提放、管具上卸扣、钻井液收集等功能,最大起下钻速度可达2 160 m/h,与现有钻机相比,能够大幅提高钻井作业效率,降低井下压力波动,技术跨度相对较小,具有较好的可应用实施性。     

BP公司一次起下钻完井技术

一次起下作业钻完井(One-Trip Well)新概念是指一次下钻钻穿第一层套管鞋下面的地层，即一次下钻完成设计的井段。BP公司的研究人员指出，一次起下作业钻完井可以提高油井建设中从开钻到完井的综合效率，是人们期望的理想目标，因此需要一系列新技术作为保证：     

起下钻过程中井喷压井液密度设计新方法

钻井起下钻过程中,操作不当容易导致溢流或井喷,而此时钻头不在井底,U形管原理不能描述此时的井眼状况。针对该种情况,基于气液两相流理论,通过分析钻头不在井底时溢流、关井和压井期间的井筒流体特性,建立了钻头不在井底的Y形管模型。利用Y形管的3个分支结构代表钻头不在井底工况下钻柱、环空和钻头以下井眼3部分,钻柱和环空部分的井筒压力特性可以用典型U形管原理分析,当分析关井和压井期间井底压力等压井参数时,应考虑钻头以下井段的流体特性,即Y形管结构下部分支的流体特性,据此,应用Y形管描述钻头不在井底工况下整个井筒的压力特性。基于该理论,给出了根据关井压力恢复曲线读取关井压力的时机,推导出了钻头以下井段的流体密度计算公式,并给出了压井液密度设计方法。实例计算表明,设计压井参数时,钻头以下井段的含气性对地层压力获取和压井液密度求取具有较大影响,因此,在设计压井参数时应首先分析其含气性。      

增加钻杆疲劳寿命的钻杆接头新设计

钻井工业中一直存在着钻杆早期失效问题。失效一般发生在钻具公母接头的２ｆｔ范围内。以往的研究表明，大部分失效是由于急陡的内部锥面（１／２￣１１／２ｉｎ长，１２．７￣３８．１ｍｍ）和滑动损伤所致。长锥体加厚端的新设计有助于解决这种疲劳问题。本文介绍一种新的应力释放接头，能显著改善长锥体加厚端钻杆接头的性能，使其疲劳寿命增加约为一倍。     

渭河水平定向钻穿越钻杆疲劳断裂分析

渭河水平定向钻穿越工程是西气东输二线的重点工程,在穿越过程中进行第六级扩孔时出现钻杆断裂情况,导致穿越失败。从失效钻杆的断口形式、化学成分和力学性能方面分析属于疲劳断裂破坏。文章从疲劳破坏的机理出发,按照疲劳理论的新进展即应力幅验算方法,采用通用有限元分析软件计算钻杆工作时的最大和最小应力等,得出钻杆与扩孔器连接处受交变应力的影响易产生疲劳破坏的结论,并根据疲劳计算方法得出允许应力循环次数,该数值与工程实际相符。利用有限元软件和应力幅值可预测定向钻钻杆的使用寿命,对油气管道水平定向钻施工具有一定的实际意义。     

定向钻穿越专用钻杆的研制与开发

本文研究了定向钻穿越施工的工况,分析了穿越施工对钻杆高强度、高抗拉、高韧性的特殊要求,制定了研制规格在Φ168.3mm及以上、钢级达到V150、UH165超高强度等钻杆研究思路,通过开发高强度钻杆管体材料,采用循环式真空炉进行接头热处理,配合具有专利技术的焊缝热处理技术,开发出了能够满足穿越施工的高强度、大规格等系列钻杆,尤其是六寸五V150钢级钻杆在管道局穿越分公司使用下,多次创造了管径、长度等方面的穿越施工世界纪录。