YSC-178型液动射流冲击器在旋冲钻井中的应用

石油钻井中,钻遇高强度、高研磨地层,均存在机械钻速低、钻头进尺少、经济效益低的特点。提高硬地层及储层机械钻速是要攻克的技术难题。本文介绍扭力冲击器的工作原理及硬地层的适用性分析,通过在火山岩地层、二叠系及以下地层进行6口井现场试验,机速钻速与同区块邻井相比提高24%-120%,同时对试验应用过程中存在问题进行剖析,为硬地层钻井提速开辟了一条新技术途径。

为了提高坚硬地层钻井速度、减小钻井周期、降低钻井成本,根据坚硬地层的岩性特点,研究了pdc钻头的破岩机理,分析了目前坚硬地层钻进中存在的问题,研究出不但能够提高钻井速度,还能有效防止井斜、狗腿等井身问题,提高井身质量的优质井下工具扭力冲击器,本文通过扭力冲击器的原理、特点,结合pdc钻头钻进过程中出现的问题,最终确定了钻进提速的pdc+扭力冲击器的钻具组合,在提高机械钻速的同时,延长了pdc钻头的使用寿命。

塔里木深井超深井面临着二叠系玄武岩地层可钻性差、易漏,志留系致密砂岩钻头磨损严重的钻井难题,常规提速工具难以实现工具提速再突破。昆仑山前二叠系地层石英含量高,地层可钻性差。新速通公司开发的复合冲击钻井技术,可将流体的液压能转换成工具扭向和轴向交替的高频冲击机械能并直接传递给钻头,给钻头施加周期性的低幅高频复合式冲击,提高破岩效率。在塔里木地区不同区域内几口井试验复合冲击器取得了良好提速的效果,给该地区钻井提速提供了新的选择和思路。

旋冲钻井用液动射流式冲击器焊镶和粘接部位极易开裂导致泄漏、卸压,缸体上、下腔工作压力建立不起来,造成冲击器停止工作或工作断续不稳,影响冲击器的性能。为此,对冲击器缸体进行了一体化结构设计,精选特制高性能热作模具钢材料(hhd),采用整体铸造方式成型,缸体表面采用液体氮化加氧化工艺处理。对该结构冲击器进行了室内性能测试试验和现场应用试验。结果表明,该结构液动射流式冲击器的性能得到改善,具有良好的工作稳定性和参数的可调节性;可以有效地提高深部硬岩地层机械钻速,防止井斜,降低钻井成本。

由钻井液驱动的冲击钻井很有希望提高硬地层的钻井速度。介绍了两个带有8in冲击钻头直径为7in的液动冲击锤的全尺寸实验结果,并和常规三牙轮钻头钻井进行了性能对比。

由钻井液驱动的冲击钻井很有希望提高硬地层的钻井速度.介绍了两个带有81/2in冲击钻头直径为73/4in的液动冲击锤的全尺寸实验结果,并和常规三牙轮钻头钻井进行了性能对比.

针对液动射流冲击器中压盖与射流元件之间出现的密封及缸体活塞卡死问题,设计了新型碟簧元件顶紧及密封机构,对该密封机构进行了理论计算、强度校核和性能测试试验。试验得出了该结构射流冲击器的最大冲击功、冲击频率和冲击末速度,得到了冲击器性能参数与操作参数之间的关系曲线。试验结果表明:该机构可以解决液动射流冲击器内部零部件因预紧力不足导致的密封失效和因预紧力过大导致缸体变形、活塞运动受阻或卡死的问题;冲击器的性能参数得到了优化,可以根据现场所需的冲击功和冲击频率,对冲击器的流量等操作参数进行调节,以满足不同地层岩性的钻井需求。

针对以往液动射流冲击器中元件压盖与射流元件之间出现的密封失效、缸体变形及活塞运动受阻等问题,设计了新型碟簧元件顶紧及密封机构。对该密封机构进行了理论计算、强度校核和性能测试试验,得出了该结构射流冲击器的最大冲击功、冲击频率和冲击末速度以及冲击器性能参数与操作参数之间的关系曲线。试验结果表明,该液动射流冲击器工作正常,稳定性良好,在不同排量下具有稳定的冲击功、冲击末速度和冲击频率。现场应用中,可以通过调节冲击器的行程参数和操作参数获得最佳的冲击功和冲击频率,以满足地层岩性的钻井需求。

金刚石液动冲击器钻进,在国内外被公认为是解决硬到坚硬岩石相关难题的有效方法之一,它使钻头对岩石的破碎方式从单一回转破碎方式变为冲击加回转破碎方式,有效地防止了"打滑"、提高机械钻速、增加钻头寿命、克服复杂地层岩心易堵塞以及减轻钻孔斜等特点。为了推广应用该项设备,我队采用tk-60s型液动冲击器钻具,首先在新疆哈密市三岔口铜矿区进行了试验,取得了较好的试验成果,并首次提出液动冲击器的钻进参数:大泵量、慢转速、中钻压等,另外在中硬地层应用时,能够提高钻进效率、增加硬脆碎地层中钻进回次进尺、降低大部分易孔斜地层孔斜程度等特点。

液压冲击器是工程施工中常用的液压设备。其工作过程中运动部件的高加速度及惯性工作油压的特性,使得其与常规液压设备工作状况有很大区别。在液压冲击器的研究过程有必要快速准确地建立计算仿真模型。在amesim系统中基于功率键合原理搭建的液压冲击器仿真系统,综合考虑了液压冲击器主要功能和特点,可快速实现对冲击器主要仿真参数的计算。利用现有的yyg250型液压凿岩机的冲击器设计参数进行仿真后,计算结果与实测工况参数之误差在5%之内,说明了仿真模型的正确性和可靠性。该模型对不同系列的冲击器的参数设计和冲击特性研究提供了良好的平台。

通过现场录井实践及资料的分析,认为钻井液流量、体积、出入口密度、出入口温度、出入口电导率等钻井液录井参数的变化通常直接反映井下地层流体的活跃程度及井筒压力与地层压力的平衡情况,重视钻井液参数异常的预报,可以避免井喷、井漏等重大事故的发生,及时处理油气侵、盐侵、水侵,为顺利施工创造条件。钻井事故发生的可能性贯穿于钻井作业的整个过程,它是影响井身质量、钻井速度、经济效益和勘探效益的重要因素,也是威胁钻井安全的主要隐患。综合录井使钻井作业的全过程处于仪器的全天候监控之中,实现了对钻井工程异常的连续检测和量化的分析判断,从后期的被动发现到前期的主动预报,并将井涌预报细分为4个阶段;在检测和预报钻井事故、保证钻井安全方面起到了钻井监视器的作用。分析了钻井液相关事故类型与钻井液录井参数响应特征,有利于提高综合录井操作人员的现场技术水平和工程异常预报准确率,可达到保障钻井施工安全、减少投入、提高勘探开发整体效益的目的。

针对川东北地区尤其是元坝地区陆相下部地层常规钻井机械钻速低、单只钻头进尺少的难题,在元坝10井进行了"钻头扭转冲击器+pdc钻头"钻井试验,试验井段3233.30～3503.82m,进尺270.52m,纯钻时间81.0h,平均机械钻速3.34m/h,与同地层牙轮钻头钻进相比机械钻速提高3.04倍,与该井"螺杆+pdc钻头"复合钻进相比机械钻速提高2.59倍,pdc钻头工作寿命延长53h。试验结果表明,钻头扭转冲击器配合pdc钻头钻井可解决复杂地层钻头寿命不高和机械钻速低的难题,拓宽了pdc钻头的应用范围。介绍了钻头扭转冲击器的技术背景、工作原理、特点和技术参数及在元坝10井的试验情况。

本文首先对机电控制系统及液压冲击器的结构和特点进行了介绍，然后对传统液压冲击器调节方法和工作特点进行了阐述，最后对机电控制系统在液压冲击器中的应用进行了深入的探讨，旨在表明机电控制系统在液压冲击中的应用对提高液压冲击器工作效率、运行安全可靠性的重要作用。

利用风动冲击器施工锚索钻孔

利用风动冲击器施工锚索钻孔

煤矿井下硬岩钻进面临钻进效率低、钻具和钻头消耗大的问题,扭力冲击器作为石油领域新出现的一种钻进工具,在硬岩钻进过程中对提高钻进效率和延长pdc钻头寿命方面有着突出的优势。通过调研扭力冲击器的工作原理,结合实际应用实例,总结出扭力冲击器的性能特点,并实施了煤矿井下现场应用试验,得出其用于煤矿井下硬岩钻进具备的优势；另一方面收集现有进口及国产扭力冲击器的的性能参数,与目前煤矿井下钻探装备的实际能力进行比较,找出其不能直接应用于煤矿井下硬岩钻进的原因,并提供解决问题的方法和建议。

冲击器反打技术在起拔套管中的应用 气动潜孔锤钻进工艺是以压缩空气为介质，通过压缩空气经冲击器转换为较 高频率的冲击功进行破碎岩石。根据冲击器的工作原理，设计了反打冲击器。冲 击器反打技术主要应用于跟管钻进套管处理。在松散破碎地层进行锚杆锚索或灌 浆施工中，经常采用跟管钻进的方法，然而在进行套管起拔处理时，依靠钻机自 己往往很难带动，一般需要采用千斤顶才行。但有时坡面较高，千斤顶设备的搬 运安装很不方便。利用冲击器进行反打套管，可达到轻便起拔套管的目的。 1结构原理 冲击器产生的强大的冲击功向外打作用于套管，使套管往外拔。 如图所示，将冲击器上接手经变径接手与专用套管接头反向连接，变径接手 上带三通接进风管，套管接头端封闭。下接手位置换成上接手，内安装承冲块， 冲击器活塞直接作用在承冲块上，冲击功带动套管向外移动。 反打冲击器装置中，承冲块的厚度是影响冲击器作用功的关键

海洋深水浅部地层破裂压力低,在钻进过程中面临窄密度窗口的难题,通过添加空心玻璃微珠的密度减轻技术在海洋深水钻井中应用得越来越广泛,本文首先在实验室研究了空心玻璃微珠p62的性能,再通过现场应用,在钻进过程中加入空心玻璃微珠,有效的减轻了钻井液比重.此方法有实用价值,值得推广.

针对我国石油钻井工程领域中深井、超深井钻井过程中遇到的钻速慢、岩石硬度大、耐磨性高等难题,结合理论及试验研究,提出并研制了一种钢粒磨料射流钻井技术工艺及系统。钢粒磨料射流钻井技术主要用于难钻、耗时、成本较高的特定极硬或研磨性井段,系统由磨料注入系统、钻头、磨料回收系统三大部分集成。理论及试验结果均表明,磨料射流冲击破岩过程中,岩石破碎体积随压力和浓度的增加而增大,并存在最优喷距、最优喷射角度和最优浓度;现场应用表明,磨料射流破碎岩石体积明显大于普通水射流,对于提高井底岩石破碎效率和钻井速度有明显优势,在我国油气埋藏较深、岩石坚硬耐磨的地区具有广阔的应用前景。

利用空气冲旋钻井技术进行钻进时,易出现钻齿脱落、折断以及磨损严重等失效问题。针对该问题,应用岩石力学试验机和shpb试验装置,开展了花岗岩动态劈裂拉伸、单轴压缩和围压下的压缩性试验,为数值模拟提供了必要的岩石材料模型参数。数值模拟选用h-j-c动态本构模型,结合试验结果确定了材料模型参数,选择花岗岩的拉应变作为失效准则。在此基础上,对钻齿的齿形参数和破岩的钻齿侵入深度、破碎体积进行了数值模拟。研究表明,相同工况下锥形中心齿的破岩效率最高,边齿角度取30°可显著提高岩石的破碎体积。在此基础上,对齿面布齿进行选配研究,发现"中心球形齿+周围锥形齿"的破岩效率最高,"中心球形齿+周围球形齿"组合的破岩效率最低。

石油钻井液旋流器,首次采用中锰抗磨球铁铸造成功,其平均磨损率达0.18mm/100hr,取得比高铬铸钢、丁晴橡胶旋流器优越的抗磨性,比聚氨酯旋流器价格低40％的经济性,赢得用户满意的效果,为华北油田研制新型12″除砂器解决了关键性问题。

根据页岩水平井水平段页岩裂缝发育、井壁坍塌问题,对油基钻井液的封堵性进行了优化,使用了多种刚性、柔性以及成膜的油基封堵材料进行了评价实验形成了强封堵的油基钻井液体系。泌页hf1页岩油气水平井现场应用表明,该油基钻井液体系封堵防塌能力强、滤失量低、破乳电压高,具有较强的携带能力,避免了水平井段井壁垮塌问题,中石化河南油田泌页hf1井三开水平段长1044m,钻进、电测、下套管顺利。