底部钻具组合设计ppt课件.pptx

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1、底部钻具组合设计,一、直井防斜钻具组合设计二、定向井底部钻具组合设计三、大位移井钻具组合设计四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,一、直井防斜钻具组合设计,底部钻具组合设计,井斜原因地层原因：层状沉积地层存在地层倾角和地层不均质性垂直地层层面切削作用“小造斜器”作用其它地层因素：岩性软硬交替、地层各向异性、断层,底部钻具组合设计,井斜原因小台肩井眼,底部钻具组合设计,钻具因素钻柱弯曲钻柱运动状态,井斜原因M,P ,Fp,Fm,Fz,W,底部钻具组合设计,防斜钻具刚性满眼钻具组合防斜技术钟摆力纠斜技术离心力防斜、纠斜技术导向钻井防斜、纠斜技术井下专用工具防斜、纠斜技术动力学防斜技术,底部钻

2、具组合设计,防斜钻具刚性满眼钻具：原理：提高底部钻具组合的刚度，以防止其弯曲主要包括：满眼钻具组合、方钻铤特点：结构原理简单，现场易操作强造斜趋势地层难以控制井斜无纠斜能力对井壁要求严格,底部钻具组合设计,防斜钻具钟摆钻具：原理是：使用钟摆底部钻具组合，靠钟摆降斜力纠斜主要包括：塔式钻具组合、钟摆钻具组合特点：结构原理简单，现场易操作强造斜趋势地层难以纠斜需减压吊打，影响钻井效率与钻头匹配问题,底部钻具组合设计,防斜钻具,底部钻具组合设计,防斜钻具离心力防斜钻具：原理是：靠离心力使底部钻具产生公转，使和Fb的方向同步变化以防斜；钟摆力纠斜主要包括：偏重钻铤、弯接头、偏轴钻具组合特点：不需要减压

3、吊打切点高，纠斜能力好于钟摆钻具不能从根本上解决井斜问题容易引起跳钻现象,底部钻具组合设计,防斜钻具导向工具防斜：原理：离心公转防斜，滑动钻进方式纠斜主要包括：直马达或小度数弯外壳马达复合导向钻井特点：目前：马达寿命短，不经济纠斜时需滑动钻进， 影响钻井效率和井身质量,底部钻具组合设计,防斜钻具自动控制垂孔钻进KTB主孔施工采用自动垂钻系统，在7000米内将孔斜控制在1度左右,底部钻具组合设计,防斜钻具,自自动动垂垂孔孔钻钻进进系系统统,底部钻具组合设计,钻铤,测控装置井下马达偏置装置,10米,8米异径接头稳定器钻头钻头,小刚度钻铤轴向滑动配合面中心管外壳,勘探院研制的国内首台空气锤,底部钻具

4、组合设计,底部钻具组合设计,A,B,B,动力学防斜C,底部钻具组合设计,动力学防斜有井斜时： BHA贴下井壁时轴向力小； BHA靠上井壁时轴向力大； 受力不均匀，切削不均匀。W,底部钻具组合设计,A,动力学防斜上切点：靠轴向力平衡重力分量B,CB下切点：靠井壁平衡重力分量,防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术一开:(500m)刚性满眼钻具组合：444.5mm (17-1/2)钻头(PDC)+444mm扶正器1+228.6mm (9)钻铤1根+444mm扶正器2+228.6mm (9)钻铤2根+444mm扶正器3+203.2mm (8)钻铤6柱+127mm加重钻杆5柱+127mm钻杆,底部钻具组

5、合设计,防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术一开：钻井参数：钻压160200kN转速5565rpm排量45 L/s钻井液密度1.11.2g/cm粘度3545泵压15MPa井斜情况全井段井斜均为0,底部钻具组合设计,防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术一开：钻具分析这种钻具组合的结构特点是刚性、满眼。要求扶正器外径接近井眼尺寸，使钻具在井眼内居中，能抵抗地层造斜力的影响。即使钻压在较大范围内变化，钻头侧向力基本不变，不致引起井斜。其刚性特点可以保证井眼曲率变化很小，起到稳斜作用。这种钻具组合具有如下弱点：（1）要求扶正器外径接近井眼尺寸。国内外对新装配的满眼钻具，要求扶正器与井眼直径间隙为0.8

6、1.6mm，间隙超过4.8mm时，就要换扶正器，否则会引起井斜增加。（2）一旦存在井斜，不能纠斜，而且还可能引起井斜慢慢增加。（3）存在卡钻危险。,底部钻具组合设计,防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术二开: (1951m)钻具组合12-1/4钻头+ 12-1/4 扶正器1+8 钻铤6米+ 12-1/4 扶正器2+ 8 钻铤18米+ 12-1/4 扶正器3+ 8 钻铤140米 + 钻井参数钻压1022吨转速 6065 转/分泥浆密度1.091.2克/立方厘米,底部钻具组合设计,井,斜,（,度,）,防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术二开实钻井斜变化井深（米）,底部钻具组合设计,防斜钻具实例1-

7、棋北三井防斜打直技术19512194米纠斜钻进分析钻具组合12-1/4 钻头+ 8 钻铤18米+ 12-1/4 扶正器+ 8 钻铤9米+ 12-1/4 扶正器+ 8 钻铤130.77米 + 钻井参数钻压410吨转速 6080 转/分泥浆密度1.25克/立方厘米,底部钻具组合设计,井,斜,（,度,）,防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术19512194米纠斜实际情况井深（米）,底部钻具组合设计,防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术19512194米纠斜失败原因纠斜钻头轮廓,底部钻具组合设计,防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术19512194米纠斜失败原因牙轮钻头轮廓例,底部钻具组合设计,防斜钻

8、具实例1-棋北三井防斜打直技术19512194米纠斜失败原因PDC钻头轮廓例,底部钻具组合设计,防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术21942347米井段纠斜情况钻具组合12-1/4 钻头+8 钻铤18米+ 12-1/4 扶正器+ 5 加重钻杆 + 钻井参数钻压23吨转速 85 转/分泥浆密度1.3克/立方厘米,底部钻具组合设计,井,斜,（,） 度,防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术21942347米井斜变化井深（米）,底部钻具组合设计,防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术2348米以后塔式钻具组合防斜钻进钻具组合12-1/2 钻头+ 9 钻铤2柱+ 8 钻铤3柱+ 7 钻铤4柱+ 5 加重

9、钻杆 + 钻井参数钻压2628吨转速 85 转/分泥浆密度1.32克/立方厘米,底部钻具组合设计,防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术回填吊打侧钻钻具组合12-1/4 钻头+8 钻铤18米+ 12-1/4 扶正器+ 5 加重钻杆 + 钻井参数从井深1298米开始吊打侧钻新井眼。使用0.5吨钻压钻进13米，然后用1吨钻压钻进8.76米，然后用2吨钻压钻进16.69米。吊打至井深1336.45米，用3700测井仪进行电测，测得井斜由1298米处的3.4降到1336米处的1.7,吊打侧钻非常成功。,底部钻具组合设计,防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术新井眼形成到二开结束从1336米开始使用塔式钻具

10、，钻压从5吨逐渐增加到20吨以上，一直打到3671.81米。从3671.81米到4403.5米二开结束，使用光钻铤。由于使用的钻具组合和钻井参数得当，这段井的井斜基本在3以下，而且越往下打井斜越小，很好地控制了井斜，为三开钻进奠定了基础。,底部钻具组合设计,防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术三开钻进（1）钻具组合一：8-1/2 钻头 + 6-1/4 钻铤18m + 8-1/2 扶正器 + 6-1/4 钻铤9m+ 8-1/2 扶正器 + 6-1/4 钻铤135.34m + 使用井段：4409.464437.46m， 4494.84580.51m，4649.686106.16m。（2）钻具组合二

11、：8-1/2 PDC钻头 + 涡轮16.37m + 8-1/2 扶正器 + 6-1/4钻铤9m+ 8-1/2 扶正器 + 6-1/4钻铤108.56m + 使用井段：4437.464494.8m， 4580.514649.68m。（3）钻具组合三：8-1/2 钻头 + 6-1/4 钻铤18根 + 使用井段：6106.16m以后。,底部钻具组合设计,二、定向井底部钻具组合设计,二、定向井底部钻具组合设计,增斜钻具,底部钻具组合设计,二、定向井底部钻具组合设计,增斜钻具,底部钻具组合设计,二、定向井底部钻具组合设计,增斜钻具,底部钻具组合设计,二、定向井底部钻具组合设计,底部钻具组合设计,增斜钻具

12、实例-长庆小井眼定向钻具：6（或6-1/2 ）钻头+4-3/4 （1单弯螺杆）+ 4-3/4 无磁钻铤1根+ 4-3/4 钻铤12根+ 3-1/2 钻杆 158.75SH22R0.2 + 330X310X0.6m +120螺杆3.33m+1.5弯接头331X310X0.355m+120 钻铤15根,二、定向井底部钻具组合设计,底部钻具组合设计,增斜钻具实例-长庆小井眼5LZ120-7.0螺杆,钻具外径钻头水眼压降适合井眼尺寸马达流量钻头转速马达压降额定工作扭矩最大扭矩推荐钻压最大钻压钻具全长,1201.4-7.0150-2005.78-15.870-2002.51300227555724.8,

13、mmMPammL/Sr/minMPaNmNmkNkNm, l1, I,二、定向井底部钻具组合设计,底部钻具组合设计,增斜钻具实例-长庆小井眼反扭角计算定点造斜时的反扭角计算公式,+, p1,l2 I p2 ,180MG, =,二、定向井底部钻具组合设计,底部钻具组合设计,增斜钻具实例-长庆小井眼变径扶正器增斜:165bit*0.18+311*310*0.42+变径扶正器*1.17+ 121DC*125.44 + 311*310*0.35 + 88.9DP钻压80 kN，转速90rpm单弯螺杆增斜:165bit*0.18+311*310*0.36+ 121 单弯螺杆*4.8 +121NDC+12

14、1DC*18+88.9DP钻压80 kN，转速90rpm,二、定向井底部钻具组合设计,底部钻具组合设计,稳、降斜钻具实例-长庆小井眼稳斜钻进:165bit*0.18+311*310*0.56+163变径扶正器*1.17+(121NDC+121DC)*125.44+311*310*0.35+88.9DP钻压80kN， 转速90rpm降斜钻进:165bit*0.18+(121NDC+121DC)*125.44+88.9DP,钻压：50KN,转速：90rpm,三、大位移井钻具组合设计,三、大位移井钻具组合设计,底部钻具组合设计,大位移井关键技术10项关键技术:扭矩/摩阻、钻柱设计、井壁稳定、井眼净化

15、、泥浆和固控、套管作业、定向钻井优化、测量、钻柱振动及钻机设备。大位移井钻井工艺的难点和重点集中在:扭矩/摩阻、井眼净化、井壁稳定、井身剖面和钻柱设计、套管作业等方面。,三、大位移井钻具组合设计,底部钻具组合设计,大位移井配套工具国外主要配套工具：高扭矩顶驱、高抗扭钻杆、加长马达、可变径扶正器、旋转导向工具、MWD、LWD、PWD、高精度陀螺测斜仪、水力加压器、不旋转钻杆护箍、减扭接箍、漂浮套管接箍、滚轮扶正器、可切削式套管鞋。国内主要配套工具：顶驱、MWD、LWD、可变径扶正器、滚轮扶正器、漂浮接箍、灌浆解卡装置、减扭接箍,三、大位移井钻具组合设计,底部钻具组合设计,大位移井钻具组合设计实例

16、-西江井眼轨迹垂直投影图,三、大位移井钻具组合设计,底部钻具组合设计,大位移井钻具组合设计实例-西江钻井液密度：1.03g/cm3（海水）井眼直径：215.9mm摩擦系数：在裸眼井段为取0.3，套管段取0.25.抗拉安全系数 2.5；抗扭安全系数 2.5；抗挤安全系数 1.5；,拉力余量,200kN；,综合安全系数 2.5；,三、大位移井钻具组合设计,底部钻具组合设计,大位移井钻具组合设计实例-西江注：此表为算例，不作为工程依据,西江大位移井定向控制方法西江24-1油田钻成的五口大位移井，井眼轨迹定向控制方法归纳为：1）井下导向马达的滑动导向；2）井下导向马达的旋转导向或复合钻进；3）带Pow

17、erDrive系统的旋转导向。,三、大位移井钻具组合设计,底部钻具组合设计,PowerDrive系统及其指令设置,三、大位移井钻具组合设计,底部钻具组合设计,底部钻具组合设计,四、复合钻进钻具组合设计,四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,（1）防斜原理 主要采用“高效PDC钻头+中空螺杆”钻具组合 。,四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,（1）防斜原理 还是依靠钻铤的横向力来纠斜的，因此一般应设计成钟摆钻具。 由于钻压较小，井斜能得到有效控制。,四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,（1）防斜原理 在钻具组合上接一个稳定器，组成“钟摆+螺杆”组合。 还可在稳定器的下方接一

18、根钻铤，防斜效果更好。,四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,（2）钻具组合结构 陆上多采用如下组合 PDC钻头+直螺杆+钻挺+ PDC钻头+直螺杆+钻挺+稳定器+钻挺+ 如果需要强行纠斜，则采用如下组合 PDC钻头+单弯螺杆+钻挺+(稳定器)+,四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,（2）钻具组合结构 渤海有如下组合 PDC钻头+欠尺寸稳定器+直螺杆+短钻挺+稳定器+,四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,（2）钻具组合结构例 311.2mmPDC+螺杆+228.6mmDC3根+203.2mmDC 6根+177.8mmDC+ 311.lmm钻头+244.0mm螺杆+ 228

19、.6mm钻挺17.37m+310.0mm螺旋稳定器+228.6mm钻挺36.07m+,四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,（2）钻具组合结构例 215.9 mm钻头+178mm直螺杆8.50 m+159 mm钻铤9.40 m+214 mm扶正器1.39 m+159 mm减震器6.15 m+159 mm钻铤197.33 m 215.9 mm钻头+9LZ165螺杆(0.75)+ 159 mm钻铤1根+159 mm短钻铤1根(3 m)+ 214 mm稳定器+ 159 mm钻铤,四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,（3）存在的问题 钻具组合与井眼的相容性事例：SHW01井和SHW08井

20、，分别在4358m和4535m下入螺杆钻具发生钻具自锁现象，机械钻速极低或无进尺，多次改变钻井参数无效。 分析认为，螺杆钻具扶正器形状不合适，扶正器不能通过螺杆钻具已钻井眼，个别扶正器被磨出台阶。,四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,（3）存在的问题井斜失控事例： 241.3 mm PDC钻头+5LZ197-7.0直螺杆177.8mm DC9根177.8 mm DC2根139.7 mm,DP,复合钻进段,四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,（4）引起问题的原因,螺杆外壳原则上不能受压。 螺杆段抗弯刚度小，重量,轻，因此变形量相对较大。 螺杆钻具组合钻压小，对钻压控制要求严。 如

21、果由于钻压过大，或井眼“狗腿度”大，会导致螺杆本身严重弯曲，引起马达失速、“脱裤子”、井斜失控。 稳定器位置、结构弯角等参数的影响有待深入研究。,四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,（5）钻具变形与运动状态直螺杆+光钻铤组合,四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,（5）钻具变形与运动状态弯螺杆+光钻铤组合,a) 弯螺杆,b) 大公转,c) 小公转,四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,（5）钻具变形与运动状态直螺杆+稳定器+钻铤组合,v,= m r,四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,（6）钻具能否甩起来钻头直径：311.2mm钻柱直径：177.8mm转盘转速：60

22、R/min,F=4*3.14*3.14*0.0667*m=2.64m,2,2r,F = ma = m,四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,（7）钻具运动状态协调性,直,井,斜,井,转盘转速高转速,四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,（8）660.4mm(26)井眼 国内26井眼井较浅，一般未超过500m。 一般采取塔式钻具组合，26钻头+9或10钻铤12柱+8钻铤13柱+5钻杆 若井较深(600m)，可以考虑涡轮钻具或者气体钻井。 不建议使用PDC+螺杆+转盘复合动力钻井。大功率、大尺寸螺杆应用并不十分成功26PDC过于昂贵，井段偏短，很难评价使用效果。,四、复合钻进钻具组合设

23、计,底部钻具组合设计,（9）444.5mm(17-1/2)井眼 PDC+螺杆+钻铤组合 PDC+螺杆+单稳定器+钻铤组合 PDC+螺杆+双稳定器+钻铤组合,四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,（9）444.5mm(17-1/2)井眼主要结论： 无稳定器钻具可以将井斜控制在1以内。 单稳定器对井斜不好控制，最好不用。 双稳定器组合对井斜控制能力明显优于光钻铤和单稳定器组合。,四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,（10）311.2mm(12-1/4)井眼主要结论： 无稳定器时钻具防斜能力较好。 单稳定器时需要精心优化组合。 双稳定器防斜效果最好。下稳定器到钻头距离应在18m以下。,

24、四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,（11）215.9mm(8-1/2)井眼主要结论： 无稳定器时钻具防斜能力较好。 单稳定器时需要精心优化组合。 双稳定器防斜效果最好。下稳定器到钻头距离应在1215m。,四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,（12）单弯螺杆分析,钻头,螺杆,钻铤,弯角,弯接头,四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,（12）单弯螺杆分析弯角朝向对应的变形,四、复合钻进钻具组合设计,底部钻具组合设计,2.34m,0.96m 0.77m,1.5,（12）单弯螺杆分析近钻头稳定器的作用 8254, 9565,135,152,弯角朝下，稳定器相当于杠杆支点，有增斜效果。弯角朝上，稳定器不起作用，无助于降斜。稳定器必须欠尺寸。,END,