摘要：针对水平井尾管导向钻井技术存在的钻机旋转系统负载大、地面扭矩传动效率低、使用与维护成本高等问题,提出了水平井双管柱尾管差速旋转钻进新方法,揭示了相应的技术原理,设计了双管柱差速旋转传动、复合旋转导向及悬挂器等井下专用工具,优化了相关工艺流程;提出了导向钻具组合工具面控制方法,建立了水平井双管柱尾管差速旋转钻进延伸极限计算模型。结果表明:水平井双管柱尾管差速旋转钻进技术配备常规随钻测量仪器和螺杆钻具,通过调节钻柱转速可以控制导向钻具组合的工具面,实现了水平井双管柱尾管差速旋转导向钻进;基于鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气水平井工程案例计算水平井双管柱钻进延伸极限,与常规尾管钻井方式相比,采用双管柱尾管差速旋转钻进方式显著增大了水平井延伸极限,为水平井尾管完井与钻井一体化设计控制提供了参考。

摘要：超深气井在生产过程中受到高温、高压和腐蚀介质等复杂工况影响,导致井筒完整性面临严峻挑战,其中环空带压风险是亟需关注的技术问题之一。针对超深气井环空带压问题,文章系统总结了国内外专家学者相关研究成果和进展,主要包括环空压力的产生机理、预测方法及其对其井筒完整性的影响,并考虑环空最大允许压力值、环空带压类型诊断和井筒完整性检测等关键环节,提出了一套环空压力安全管控流程,以期为超深气井安全高效开发提供有益参考。分析认为:准确预测环空压力是评估环空带压风险的基本前提,在计算中应充分考虑环空温度、流体性质、流体体积和环空体积的变化;环空带压风险主要体现在套管的承载能力和水泥环的密封可靠性;环空压力安全管控流程可分为计算环空最大允许压力值,诊断环空带压类型和检测井筒完整性三个步骤。从而为有效预防环空带压提供技术思路。

摘要：深井和超深井钻井过程中井下温度高、井内钻具承受的拉力大,导致随钻测量的井深误差较大。为此,考虑不同井深处井内温度、热膨胀系数、钻具轴向力和钻具规格等因素的影响,在测点处对井内钻具分段,结合井下温度随钻测量结果和井内钻具受力分析结果,建立了随钻测量井深的热膨胀校正模型和弹性拉伸校正模型,以及计算热膨胀校正误差限和弹性拉伸校正误差限的模型,并给出了随钻测量井深热膨胀和弹性拉伸校正后的井眼位置不确定性计算方法。实例计算表明,超深井钻井过程中由热膨胀和弹性拉伸导致的井内钻具伸长量可达10 m以上;随钻测量井深进行热膨胀和弹性拉伸校正后,可以显著减小测点垂深误差和误差椭球的大小。研究结果为提高井深随钻测量精度与科学计算井眼位置不确定性提供了理论依据。

摘要：在救援井工程中,为确保救援井与事故井在设计连通点处精准连通并压稳地层,需要使用磁测距工具直接测量救援井与事故井的相对距离。受限于磁测距工具的测量精度,为避免提前碰撞并提高连通的可能性,在救援井轨道设计时需要增加穿越井段以提高测量精度。一般认为通过穿越井段可以将相对距离测量误差由20%减小到10%,但由于相关理论模型未见报道,目前仍缺乏具体的定量分析方法。为实现穿越井段前后测量误差的定量分析,基于救援井工程实际、测量平差理论及测距误差模型,本文建立了两种在穿越井段提高测量精度的计算模型。基于该计算模型的数值模拟计算表明:在算例条件下事故井被测点N-E坐标系的初始值由(108.00 m,28.00 m)修正为(110.14 m,29.24m)和(110.07 m,29.23 m),被测点坐标精度(误差椭圆的长半轴)分别提高了19.0%和21.5%。研究结果表明,两种计算模型均能有效提高测距精度,且计算结果相近,计算精度可以基本满足救援井测量需求,所建立的计算模型可以为救援井井眼轨道及测量方案设计提供理论指导。

摘要：为了适应中国煤层复杂的地质条件与储层物性特征,水平井钻完井技术不断得以深化研究与发展,围绕"井工厂"形成了井型优化、储层保护、导向钻井和水平井适应性完井技术,逐渐成为中国煤层气高效开发的重要措施。为煤层气高效开发提供钻完井工程方面的技术支持,通过概述中国煤层气水平井钻完井技术研究进展,重点介绍了煤层气水平井完井技术3项研究成果:①形成了煤层水平井双管柱完井与增透一体化技术,在沁水盆地南部应用400余口井,并取得技术与产量突破;开展了井壁煤岩径向循环载荷实验,通过CT扫描技术检测了煤岩裂缝形成与扩展;基于煤岩双孔隙结构、非均质性和孔隙多尺度特征,修正了径向循环载荷下煤岩损伤变量计算模型。②提出了径向水平井柔性筛管液压驱动下入方法,优化设计了完井管柱结构与配套工具,建立了管柱-液压耦合计算模型,以深部煤层径向水平井为算例,计算两种完井管柱结构的最大下入长度分别达到381 m、655 m,为径向井筛管完井提供技术指导。③提出了复杂煤体结构煤层水平井分段复合完井增透方法,数值模拟了循环冲击波辅助水力压裂煤层裂缝扩展规律,通过该技术使停产井增产至2000 m3/d。最后,概括了深部煤层气水平井钻完井发展技术要点,以大型"井工厂"为核心的配套技术将成为煤层气开发降本增效的关键技术,多约束条件轨道优化设计和控制技术是深部煤层水平井优快钻井的技术保障,水平井多元化完井增产技术将成为中国深部煤层气高效开发的新模式。

摘要：水平井是开发各类非常规油气资源的主流井型技术,现场实践表明,在钻柱上安装振动减阻器可大幅度降低管柱摩阻,有效缓解钻进过程中的频繁托压问题,有助于提高机械钻速。但是,目前针对减阻工具的优选和使用仍然是基于现场的经验,缺乏有效的理论方法指导。为此,首先建立了带振动减阻工具的钻柱动力学模型,揭示了不同振动减阻参数下的减阻规律。然后以提高减阻效率为目标,结合振动传播距离模型与反扭矩作用距离模型,并考虑钻柱疲劳失效以及水力能量损失等约束条件,建立了振动减阻工具激励参数与安装参数的优化设计方法。研究结果表明:(1)减阻器激励力幅值、减阻器的数量和安装间距是影响减阻效率的主要因素;(2)随着减阻器激励力幅值增大和安装数量增多,减阻效率不断提高,多个减阻器振动传播范围相互独立时其减阻效率高于交叉重叠情形;(3)当减阻器激励力幅值过大时,存在管柱疲劳失效的风险,当减阻器数量过多时,存在水力能量损耗过高的风险。结论认为,利用该方法优化减阻器后,减阻效率可由原来的10.2%提高至40.1%,该方法可以有效指导减阻工具激励参数与安装参数优化,有助于支撑长水平井滑动钻进降低管柱摩阻,显著提高钻机机械钻速。

摘要：从煤层气开发地质选区的角度出发,优选涵盖影响煤层气开发的地质条件和开采条件的煤层气开发地质“甜点区”评价参数,构建煤层气开发地质“甜点区”评价指标体系,并在此基础上建立煤层气开发地质“甜点区”模糊模式识别模型。应用该模型对沁水盆地南部樊庄区块3号煤层的4个评价单元进行评价,评价结果与实际开发效果一致,并与现有研究成果吻合,验证了模糊模式识别模型的合理性和可靠性。研究表明:煤层气开发地质“甜点区”模糊模式识别模型不涉及参数赋权,克服了层次分析与多级模糊综合评判传统模型由于参数赋权而导致评价结果具有不确定性的缺点,同时无需构建多级判断矩阵,计算过程更加简单。模糊模式识别模型预测结果可靠,可为煤层气高效开发提供技术支撑。

摘要：中国南海莺琼盆地存在大量高温高压塑性泥岩地层,面临PDC钻齿难以吃入岩层、钻井速度慢的难题,开展该岩层破岩机理研究对于提高钻井速度有重要意义。本文通过离散单元法建立了由平行粘结颗粒组成的岩样二维、三维热固耦合数值模型,并标定了模型细观参数,开展了不同温度下圆柱形齿、楔形齿、屋脊齿和尖圆齿切削塑性泥岩的数值模拟研究。研究结果表明:随着楔形齿侵入时间增加,泥岩损伤区域增大,且径向裂纹向下扩展一定范围后停止扩展,岩石表现为塑性破碎;温度升高对楔形齿侵入岩石产生的径向裂纹和侧向裂纹扩展具有抑制作用;高温环境下,尖圆齿破岩效果明显好于屋脊齿和圆柱齿。现场应用结果表明,相同工况下尖圆齿PDC钻头机械钻速明显高于邻井圆柱齿PDC钻头,与数值模拟结果一致。本文研究成果可为南海高温高压储层破岩提速钻头优化提供理论依据。

摘要：为了在钻井工程中发挥出PDC钻头的最大功效,通过理论分析、室内试验、案例分析、现场试验等,探讨了高钻压、高转速等钻井参数强化对PDC钻头钻速和磨损的影响规律,同时分析了PDC钻头的磨损机理与过早失效主因。研究结果表明:1)钻压是影响PDC钻头机械钻速的直接和首选因素,当钻头处于高效破岩状态时,无论钻遇一般地层还是硬岩地层,钻压与机械钻速均应呈线性关系;钻遇均质硬岩地层时,建议将200 kN以上高钻压纳入PDC钻头的常规应用参数;2)提高转速可实现钻井提速,虽然高转速会加剧PDC钻头的磨损,但目前切削齿的质量足以满足PDC钻头在高转速(400~500 r/min)下长时间钻进多数地层的需求;3)布齿密度对钻头机械钻速有影响,但并非直接因素,只要“吃得进去,切得下来,排得及时”三者建立动态平衡,即便是高布齿密度PDC钻头也可以实现优快钻进;4)PDC钻头破岩效率越高,钻头磨损会越小,如提高钻压,会增大切削齿吃入深度、减少钻头磨损;5)动态冲击和低效破岩是造成PDC切削齿和钻头过早失效的主因,实现PDC钻头高效钻进的核心是提高破岩效率与抑制钻头振动。该研究结果对PDC钻头合理使用与钻井提速技术创新具有参考意义。

摘要：针对不同地层岩性特点,需进行个性化PDC钻头设计,其中PDC切削齿的直径是重要的钻头优化设计参数之一。为了探究不同PDC切削齿直径对破岩切削力的影响,通过室内模拟试验方法进行研究。试验所用岩样为石灰岩。单齿破岩试验选取了ø13.44、ø15.88、ø19.05、ø21.95 mm的常规圆柱状PDC切削齿和3个不同的切削深度作为试验变量,使用三轴力传感器记录了切削力数据并收集了岩屑,对比了不同试验条件下单齿破岩过程的机械比能和不同直径切削齿的攻击性;使用水平钻机进行了全尺寸钻头破岩试验,对比了3种不同PDC切削齿直径的钻头在3 mm左右吃入深度下的破岩机械比能。试验结果显示:PDC切削齿的破岩切削力并不随着直径的增大而增大;在相同吃入深度下,ø19.05 mm齿的破岩效果最好;随着吃入深度的增加,切削岩石所需要的力变大。全尺寸钻头破岩试验结果表明,ø19.05 mm齿的全尺寸钻头机械比能最低。分析认为,在破岩过程中,PDC切削齿直径会改变岩石内部产生的应力区域,影响PDC切削齿的破岩效果。选取与岩性匹配的PDC切削齿直径能够取得最优的破岩钻进效果。研究结果可为PDC钻头优化设计提供部分理论指导。