钻井加钻压方式研究

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随着石油开采难度的增加,水平井、大斜度井、小直径井、深井、老井侧钻井在钻井中所占的比例越来越大,若还是按照常规的钻铤加钻压方式就会产生很多问题,比如低钻速、钻压失真、钻压波动、钻压达不到设计钻压、卡钻、钻井成本高等问题,在这种情况下很难实现高效率的钻井。液力加压器的使用改变了加钻压的方式,液力加压器的加压不是靠钻柱自身的重力,而是靠高压钻井液在液力加压器活塞上下端面形成的压力差作用在活塞上加钻压的。液力加压器分离了上部钻柱与钻头的机械连接,通过钻井液给钻头施加液压力,故这种加钻压方式具有液力和柔性的基本特性。本文主要内容分为三个部分,第一部分为国内外对钻铤加钻压及液力加压器加钻压的一个研究现状的概述,介绍现如今各种特殊井钻井存在的难点。第二部分为钻铤加钻压的相关特性的研究。分析了钻铤加钻压在一些特殊井钻井过程中的一些缺点,得到的结论为:对单纯钻铤加钻压方式研究表明钻铤加钻压方式会带来下部钻柱振动和弯曲产生的一系列问题,比如说振动会产生比较大的钻压波动、钻压的显示变得困难以及钻具的疲劳失效、钻柱的弯曲导致井斜井身质量得不到保障。钻铤加钻压方式适合直井、小斜度井、浅井和中深井的均质地层钻进。钻铤使用量过大也会使得钻柱的弯曲导致井斜,增加循环摩阻,使钻井的安全性和效率降低,能耗增加;相比液力加压器,钻铤加钻压方式适合直井、小斜度井、浅井和中深井的均质地层钻进。不适合大斜度井、水平井、大位移井、深井、超深井和非均质地层钻井,也不适合海上浮式钻井装置钻井、小井眼钻井、套管钻井和连续管钻井。对于钻铤加钻压,当所加钻压一定的情况下,降低转速有利于减小钻具的纵向波动,高转速会增加钻具的振动;当转速一定的情况下,适当增加钻压有利于减小钻具的振动。第三部分为液力加压器加钻压的相关特性研究。对液力加压器加钻压的波动特性研究表明,相比钻铤加钻压,液力加压器能够大大减小钻压的波动幅度,液力加压器加钻压的波动非常小。使用液力加压器加钻压时在工艺允许的范围内适当增加液力加压器伸缩杆以下部分钻具的质量,这样可以增加阻尼周期值,从而提高液力加压器的减振效果;不论是直井、水平井还是小井眼井,也不论地层是否均质,液力加压器加钻压失真度大大减小,避免了钻铤加钻压的“假钻压”、“偷钻压”等问题,提高了钻井速度;受力分析得到在计算液力加压器与各种钻井工具组合形式下的理论钻压时,液力加压器下部只要能产生压力降的钻具对最终的钻压大小都有影响;液力加压器加钻压时,活塞上方的钻柱仍然存在着“中和点”,这个“中和点”就是由于那部分作用在台阶面上的反力及钻柱受到的浮力所造成,使用液力加压器后,中和点位置大大降低,活塞上方钻柱不会产生弯曲;在液力加压器和钻头之间接适当数量的钻铤,这样有利于钻头的冲击破岩钻进,同时也可以使液力加压器活塞运动到极限位置时指重表显示更加明显;改变了密封缸的结构,优化“信号装置”,使得活塞极限位置显示更精确,随时预警操作者控制钻柱、此信号装置不会额外消耗水功率,不会对井壁产生冲蚀、在一定程度提高了井眼质量;最后对液力加压器在油田现场使用的经济性和效果表明使用成本大大降低,而且能提高机械钻速降低井斜程度。总的说来在直井、小斜度井、浅井当中使用钻铤加钻压可方便准确对钻压无级调节,钻压波动小,几乎无失真,钻压显示直观且比较准确,但在一些特殊井使用上存在一定的局限性。但液力加压器在大斜度井、水平井、大位移井、深井、超深井和非均质地层中使用优势更显著,也更适合用于海洋浮式钻井装置钻井、小井眼钻井、套管钻井和连续管钻井,在较大程度上避免单纯使用钻铤加钻压方式下部钻柱振动和弯曲等一系列问题。
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