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定向钻井摩阻分析及防托压新技术研究

定向钻井摩阻分析及防托压新技术研究

作者：李维均西南石油大学

学位级别：硕士

定向井钻井技术在石油钻井作业中扮演着举足轻重的角色,但定向钻井中的托压问题却限制其进一步的发展,特别是在滑动钻进中托压现象更加明显。现有减缓托压的工具一方面结构复杂,使用寿命难以保证,另一方面在复杂井眼中的适应性不好,难... 详细信息

定向井钻井技术在石油钻井作业中扮演着举足轻重的角色,但定向钻井中的托压问题却限制其进一步的发展,特别是在滑动钻进中托压现象更加明显。现有减缓托压的工具一方面结构复杂,使用寿命难以保证,另一方面在复杂井眼中的适应性不好,难以达到较好的防托压效果。为了更有效地解决定向井钻进中的托压问题,提高钻井效率,本文提出一种适应性强,能有效防托压的工具。论文对托压产生原因进行深入研究,分析滑动钻进中托压的主要原因,提出可有效减小托压的钻柱延伸工具新技术,并设计了与之配套使用的减摩降阻工具,通过理论建模研究探讨了其工作特性。开展延伸工具的结构原理设计及工作原理研究,开展新技术的应用探讨,对于促进防托压技术的发展有实际工程意义。本文的主要研究内容如下:1.开展定向井产生托压原因分析,进行定向井摩阻研究计算分析。2.建立钻压中性点计算方法,建立不考虑弹性储能力钻杆摩阻计算模型和钻杆弹性储能-摩阻计算模型。3.开展伸缩储能式仿生延伸工具的工作原理研究,工具的设计研究。4.提出多种可有效降低定向井中钻柱摩阻的减摩降阻工具结构方案,开展了各方案工具的结构原理及减摩阻原理研究,并设计加工了其中两种工具的室内实验样机。5.针对偏心轮减摩降阻工具和滚球减摩降阻工具开展减摩阻实验测试,研究了上述减摩降阻工具的减摩阻特性。6.开展防托压新技术应用探讨,提出防托压新技术最优使用方法。本文旨在提出一种防托压新技术,通过理论建模,相关原理研究,具体结构设计及实验研究掌握防托压新技术,其可为解决定向井中托压问题提供一种新思路和新手段。

关键词：托压滑动钻进摩阻延伸工具减摩降阻

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新型增压器改善钻井托压问题的研究

新型增压器改善钻井托压问题的研究

作者：张锐尧长江大学

学位级别：硕士

随着非常规油气资源的开发,水平井钻井工艺技术的应用不断增加,其中托压问题是必须要解决的难题之一。本文通过设计新型增压器来改善连续油管钻井中所遇到的托压问题和连续管下放阻力大的问题,从而实现高效钻进,增加产量,节约成本。由... 详细信息

随着非常规油气资源的开发,水平井钻井工艺技术的应用不断增加,其中托压问题是必须要解决的难题之一。本文通过设计新型增压器来改善连续油管钻井中所遇到的托压问题和连续管下放阻力大的问题,从而实现高效钻进,增加产量,节约成本。由于目前钻井的作业难度越来越大,所以为了解决遇到的相关问题,人们提出了连续油管钻井技术。连续油管钻井技术的应用对于钻井自动化的发展有很大的促进作用,同时还能够大幅度降低钻井作业成本、提高劳动效率。所以该技术可能成为今后一段时间内钻井作业的主流方法。但是连续油管钻井也存在一些不足之处。由于目前钻探开采的工作重点由较浅的地层渐渐向较深的地层发展,地层结构越来越复杂,并且连续油管自身由于管径小,易弯曲,抗压强度低等结构特点,使得在钻进的过程中遇到一些问题,比如连续油管弯曲导致与井壁的摩擦力增加,从而使连续油管下放困难;或者由于井壁对连续油管产生“托压”,使得加压会出现一定的困难。所以需要借助新的装备和技术来更好的改善上述问题,从而实现高效钻进。针对上述连续油管下放阻力大和“托压”引起的加压困难的问题,本文从两个方面着手,从而提升连续油管钻进效率。第一个方面是减小连续油管与井壁之间的摩阻;另一方面是通过井下液力加压器加压的方式,增加钻压,并给钻头提供更大的并且稳定的轴向推力,从而改善加压困难的问题;结合两个方面的考量,最终设计出了一种新型的增压器,该装备由两部分组成:流量调控装置和液力复合加压器两个装置。第一个部分主要是对流量调控装置的设计。先详细阐述了其工作原理,然后提出了流量调控装置的总体设计方案,最后又对各个局部结构进行设计,包括动力端、液力端以及控制部分。动力端的作用是为执行机构提供非恒定的动力;液力端的作用是在动力端的变化的液力作用下,其执行机构实现非匀速往复直线运动,从而将钻井液吸入液力端的腔内,然后再将脉动的钻井液从液力端腔内排出;控制部分的功能是实现动力端与液力端的协调工作,使彼此之间相互关联,从而实现预期的工作目的。对于动力端的设计,主要包括动力端的阀体和阀芯的结构设计,以及其相应的尺寸计算,升程以及运动的速度控制,流量的大小等相关参数的计算,最后再对阀进行了整体强度校核。再对阀芯和阀盘进行SolidWorks三维建模以及进行对应的ANSYS分析,将数学校核分析与软件分析的结果进行对比验证其可行性与安全性。对于液力端的设计,主要内容包括液压缸的结构设计以及进出口阀件的设计,包括对相应的尺寸和参数进行了计算,如外径尺寸、长度尺寸、壁厚、行程等相关参数的计算;进行SolidWorks三维建模,并进行ANSYS分析,用数学校核分析与软件分析的方式验证其安全性与可靠性。控制部分的设计包括主电路和辅助电路的设计,主电路是由接触器主触点、三位四通电磁换向阀以及四个单向液压缸组成;辅助电路是由接触器辅助触点、延时继电器、霍尔开关等控制元件组成。控制电路能够控制动力端的阀芯的有序运动,继而改变动力端腔内的流体的流量,那么作用于液力端的执行机构的端面的压力就会产生变化,从而实现了执行机构的非匀速的直线往复运动,这样就会使液力端的腔内的钻井液产生流量脉动和压力脉动。液力端执行机构的直线往复运动的行程起始与截止点的信号会被霍尔开关检测,从而引起辅助电路和主电路中各个开关的有序启闭动作,那么控制部分的单行程液压缸就会做上下往复运动来改变动力端的各个阀芯的有序升降动作,这样就建立了一个闭环的控制系统来实现对流量和压力脉动的调控。第二个部分就是对井下液力复合加压器的结构设计。井下液力复合加压器的作用是能够在连续油管遇到“托压”的情况下,通过液力复合加压器施加的较大的并且稳定的轴向推力来实现加压,提升钻井效率。设计的主要内容包括对其单向流通阀、增压缸等的设计,同时对其外径尺寸,长度尺寸,以及轴向推力等做了计算。并对其进行了数学计算分析来验证其稳定性。在确定各部分的结构和参数后,通过CAD绘制了二维工程图,并用SolidWorks进行三维建模,然后对易损坏的部件进行ANSYS应力分析,将对应的分析结果与数学分析结果相对照,验证其可行性。综上所述,新型增压器一方面能够通过流量调控装置,在液力端腔内使钻井液产生3.72Hz的流量脉动,,使得连续油管在安全范围内产生震动,其压力波动幅值为1.84MPa,这样就能将连续管与井壁之间的静摩擦变为动摩擦,故可以较好的改善连续油管钻水平井过程中遇到的阻力大导致连续管下放困难的问题;另一方面通过井下液力复合加压器的作用,可以给钻头施加19.33kN的轴向推力,既避免了长行程引起的失稳又可以提供较大的钻压,从而较好的改善了“托压”导致钻压施加困难的问题。这两个方面的改善对提升连续油管钻井作业效率有很大的帮助,同时很大程度上能够节约经济成本,具有较好的经济性和高效性。

关键词：连续油管托压自动化流量脉动液力加压器

煤矿采矿区区域治理水平井施工中托压问题的研究与实践

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钻探工程 2023年第3期50卷 145-151页

作者：刘江石逊王雷浩殷邈李扬帆河北省地质矿产勘查开发局第九地质大队河北邢台054000

随着煤矿采矿区区域治理钻探工程的水平井段长越来越长,钻进过程中托压问题愈发严重,直接影响到钻探工程的施工效率。本文以某地煤矿采矿区区域治理项目注18井为例,分析托压产生的原因主要是钻井轨迹、钻具组合、钻井液性能及排量等因... 详细信息

随着煤矿采矿区区域治理钻探工程的水平井段长越来越长,钻进过程中托压问题愈发严重,直接影响到钻探工程的施工效率。本文以某地煤矿采矿区区域治理项目注18井为例,分析托压产生的原因主要是钻井轨迹、钻具组合、钻井液性能及排量等因素产生摩擦阻力和岩屑床而造成的。针对上述产生托压问题的影响因素,通过采取相应措施,减轻了托压问题,提升了水平井钻进效率。

关键词：煤矿采矿区区域治理水平井托压岩屑床摩擦阻力

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大位移水平定向井托压问题分析及解决措施

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 2021年第4期 181-182页

作者：赵勇军焦作市神龙水文地质工程有限公司河南焦作454171

大位移水平定向井施工中往往由于钻孔位移大,连续定向造斜,施工中频繁出现托压大的问题,严重制约钻孔安全钻进。本文分析了造成托压的原因。实践中采取了优化泥浆、加强钻井液的润滑性、加强短起下作业、避免岩屑床的产生、加强井眼轨... 详细信息

大位移水平定向井施工中往往由于钻孔位移大,连续定向造斜,施工中频繁出现托压大的问题,严重制约钻孔安全钻进。本文分析了造成托压的原因。实践中采取了优化泥浆、加强钻井液的润滑性、加强短起下作业、避免岩屑床的产生、加强井眼轨迹控制,消除钻孔键槽的产生等诸多切实有效的措施和方法,较好的解决和预防了钻井托压问题,为高效钻进奠定了基础。

关键词：大位移水平井托压泥浆岩屑床键槽

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水平井滑动钻进托压原因及对策分析

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 2024年第12期 017-020页

作者：孙奥中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井技术服务公司辽宁盘锦124010

在石油开采技术不断进步的背景下,水平井滑动钻进已成为提升油气开采效率的关键环节。然而,实践中频繁遭遇的托压问题不仅延缓了作业进程,亦导致成本增加。本研究透过深入剖析托压现象背后的技术与地质关键因素,针对性地提出了一系列解... 详细信息

在石油开采技术不断进步的背景下,水平井滑动钻进已成为提升油气开采效率的关键环节。然而,实践中频繁遭遇的托压问题不仅延缓了作业进程,亦导致成本增加。本研究透过深入剖析托压现象背后的技术与地质关键因素,针对性地提出了一系列解决方案。研究结果显示,通过钻具配置的优化策略、地质评估能力的强化、实施动态监控与调整机制,以及专项钻井技术的研发,能有效缓解托压问题,提升作业效率。本研究成果为水平井钻进实践提供了实用的参考与改进策略。

关键词：水平井滑动钻进托压技术对策

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缓解滑动托压技术研究与现场应用

石油化工应用 2017年第1期36卷 26-27,47页

作者：王建龙张雯琼郭菲刘轩兰芳于志强柳鹤中国石油集团渤海钻探工程技术研究院天津300450 中国石油集团渤海钻探第一钻井公司天津300280 中国石油玉门油田分公司钻采工程研究院甘肃玉门735008

复杂结构井滑动钻进过程中,托压现象严重,导致滑动效率低。但是,不同的井托压程度不一样,缓解托压技术也不尽相同。因此,为了有针对性的解决托压问题,本文提出了以滑动摩阻值为依据优选缓解托压技术的方法,并分析了缓解托压技术原理。... 详细信息

复杂结构井滑动钻进过程中,托压现象严重,导致滑动效率低。但是,不同的井托压程度不一样,缓解托压技术也不尽相同。因此,为了有针对性的解决托压问题,本文提出了以滑动摩阻值为依据优选缓解托压技术的方法,并分析了缓解托压技术原理。试验结果表明,该方法优选的缓解托压技术能有效解决滑动托压,稳定了工具面,大幅提高了滑动钻进效率。本文的研究为每口复杂结构井"量身定做"缓解托压技术提供了理论依据和技术支持。

关键词：滑动托压润滑剂水力振荡器液力推力器

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水平井滑动钻进托压原因以及对策研究

石化技术 2018年第9期25卷 110-111页

作者：李永军冉辉川庆钻探公司长庆钻井总公司第五工程项目部陕西西安722206 中国石油长庆油田分公司第五采气厂陕西西安722200

本文通过系统的分析滑动钻进托压原因,并针对每个原因,提出相应的工程对策,为解决水平井滑动钻进脱压提出解决办法。

关键词：水平井轨迹控制钻井液托压研究对策

水平井定向段施工托压现象原因分析及应对措施

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石化技术 2015年第2期22卷 114 116-,116页

作者：杨文楼中石化胜利石油工程有限公司黄河钻井公司山东东营257000

本文对水平井定向段施工托压产生的原因进行了分析,并提出了一些应对措施。

关键词：水平井定向钻进托压

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酒东区块定向井托压问题原因分析及解决措施

西部探矿工程 2017年第9期29卷 111-112,116页

作者：谷长雄郭长明刘涛张波西部钻探国际钻井公司甘肃酒泉735000

酒东区块位于酒泉盆地酒东坳陷营尔凹陷长沙岭构造,隶属于中石油玉门油田。2006年开发至今,已承钻了200余口井,其中绝大部分为直井,从2012年开钻的第一口定向井长17井之后,截止目前已承钻了5口定向井,由于该区块油层位置均在4000m以上... 详细信息

酒东区块位于酒泉盆地酒东坳陷营尔凹陷长沙岭构造,隶属于中石油玉门油田。2006年开发至今,已承钻了200余口井,其中绝大部分为直井,从2012年开钻的第一口定向井长17井之后,截止目前已承钻了5口定向井,由于该区块油层位置均在4000m以上的下沟组井段,所以造斜点都定在3000~3450m段的第三系地层,该井段夹层多、岩性以及地层倾角变化大,所以在定向过程中出现了严重的托压现象。为了确保施工顺利,减少事故复杂,缩短钻进周期,必须根据目前所承钻定向井出现的情况进行系统分析,除开对钻井液的润滑防卡、井壁稳定等要求更加严格以外,对定向过程中托压问题的解决也是我们目前施工中存在且迫切要求解决的一个重要问题。

关键词：定向井托压润滑防卡井壁稳定