SYT5619-1999定向井下部钻具组合设计方法

ICS75020E13备案号30961999SY中华人民共和国石油天然气行业标准SY广T56191999定向井下部钻具组合设计方法METHODOFBOTTOMHOLEASSEMBLYDESIGNINDIRECTIONALWELLS1999一05一17发布1999一12一01实施国家石油和化学工业局发布SY/T56191999目次WLLL前言围范引用标准钻挺尺寸及重量的确定螺杆钻具定向造斜钻具组合的设计5转盘钻增斜钻具组合的设计，“6转盘钻稳斜钻具组合的设计，“7转盘钻降斜钻具组合的设计。“”“8稳定器的要求，95才N附录A标准的附录纵横弯曲连续梁法SY汀56191999前言本标准是由SY/1561993定向井下部钻具组合设计作法修订而成的。本标准的内容规定了常规定向井下部钻具组合的设计方法。本标准的附录A是标准的附录。本标准由中国石油天然气集团公司提出。本标准由石油钻井工程专业标准化委员会归口。本标准起草单位四川石油管理局钻采工艺技术研究院。本标准主要起草人王建东赵明道雷楠中华人民共和国石油天然气行业标准SY/F56191999定向井下部钻具组合设计方法42OSY/C561993METHODOFBOTTOMHOLEASSEMBLYDESIGNINDIRECTIONALWELLS范围本标准规定了井斜角小于60的定向井下部钻具组合的设计方法。本标准适用于陆上石油、天然气及地质勘探钻定向井钻具组合设计，侧钻井及大斜度井的下部钻具组合设计也可参照使用。2引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。SY/T505191钻具稳定器SY/1517219直井下部钻具组合设计方法3钻挺尺寸及重F的确定31钻挺尺寸的确定311在斜井段使用的最下一段应大于27M钻挺的刚度应适用于设计的井眼曲率。312人井的下部钻具组合中，钻挺的外径应能满足打捞作业。313钻头直径与相应钻挺尺寸范围的要求见表1。表1钻头直径与相应的钻艇尺寸MMIN钻头直径钻艇直径钻头直径钻挺直径120743/479431/81一241391/2158861/41778715246104841/83112121/4203282286921598/Z158861/412286932无磁钻挺安放位置及长度的确定321无磁钻艇安放位置无磁钻挺的安放位置应根据钻具组合的特性造斜、增斜、稳斜或降斜、具体尺寸和连接螺纹类型，使之尽可能接近钻头。322无磁钻挺长度的确定3221根据图1确定施工并所在区域。3222施工井在1区时，无磁钻挺长度根据图2进行确定。图2A为光钻挺组合。国家石油和化学工业局1999一05一17批准1999一12一01实施SY/T5619199990东经180西经90图1地球水平磁场强度分区图示意图900800、刀很碗徽O月任报碗橄02040060磁北方位角A800900200400队砚北方位角目800900图21区无磁钻挺长度选择图在曲线A以下无磁钻挺长度为91M仪器位置距无磁钻挺底部33M在曲线A以上无磁钻挺长度为183M仪器位置距无磁钻挺底部136M图2B为满眼或螺杆钻具组合。在曲线B以下无磁钻挺长度为9LM仪器位置距无磁钻挺底部45MO在曲线B和C之间无磁钻挺长度为183M2一SY/I56191999仪器位置距无磁钻艇底部66M在曲线C以上无磁钻挺长度为274M仪器位置距无磁钻挺底部137M3223施工井在2区时，无磁钻挺长度根据图3进行确定。9080090800020040060班北方位角A800900400600磁北方位角B800900图32区无磁钻挺长度选择图图3A为光钻ILQ组合。在曲线A以下无磁钻艇长度为91M仪器位置距无磁钻挺底部33M在曲线A以上无磁钻艇长度为3M仪器位置距无磁钻艇底部46M图3B为满眼或螺杆钻具组合。在曲线B以下无磁钻挺长度为9LM仪器位置距无磁钻挺底部45M在曲线B和C之间无磁钻链长度为183M仪器位置距无磁钻挺底部66M,在曲线C和D之间无磁钻挺长度为274M仪器位置距无磁钻挺底部137M在曲线D以上无磁钻挺长度为365M仪器位置距无磁钻挺底部157M3224施工井在3区时，无磁钻挺长度根据图4进行确定。图4A为光钻艇组合。在曲线A以下无磁钻挺长度为9LM仪器位置距无磁钻挺底部33M在曲线A和B之间SY/T5619199990809080O0D卜乙暇破橄、暇碗板1200400600磁北方位角A800900400600磁北方位角B80090图43区无磁钻艇长度选择图无磁钻艇长度为183M仪器位置距无磁钻挺底部45MO在曲线B以上无磁钻挺长度为274M仪器位置距无磁钻挺底部137M图4B为满眼或螺杆钻具组合。在曲线C以下无磁钻挺长度为183M仪器位置距无磁钻挺底部66M,在曲线C和D之间当无磁钻挺长度为274M时，仪器位置距无磁钻挺底部137M当无磁钻挺长度为183M时，仪器位置距无磁钻挺底部66M在曲线D和E之间当无磁钻挺长度为365M时，仪器位置距无磁钻挺底部157M当无磁钻挺长度为274M时，仪器位置距无磁钻挺底部137M,在曲线E以上无磁钻挺长度为915M仪器位置距无磁钻挺底部457M,33钻挺重量的确定331常规定向井中钻挺重量的确定根据设计的最大钻压，确定所需钻挺的总重量，再确定钻挺尺寸和长度。所需钻艇在空气中的总重量按式1计算。_皿、一JL一迈JCU万仪式中G,所需钻艇在空气中的总重量，KNP设计的最大钻压，KNK安全系数，可取12一15了钻并液浮力校正系数一4SY汀56191999A井斜角，。332深定向井及难度较大定向井中钻挺重量的确定为了减少钻柱的扭矩、摩擦阻力以及高密度钻井液造成粘附卡钻的可能性，可采取加重钻杆、普通钻杆和铝合金钻杆代替钻挺加钻压，但应进行稳定性分析计算。钻杆开始弯曲时的临界压缩载荷按式2计算F一298FE1PASINA/YZ式中F,钻杆开始弯曲时的临界压缩载荷，KNE弹性模量可取2059X1011N/M2,N/M2F钻井液浮力校正系数1管材的轴惯性矩，M4P管材密度，T/M3A管材横截面积，2A井斜角，Y钻杆与井眼间的间隙值，MM钻杆稳定性设计所需的条件按式3计算F、二P一WCOSA，23式中P设计的最大钻压，KNW下部钻具组合钻杆以下钻挺的浮重，KNO应用式2和式3确定钻挺、加重钻杆、普通钻杆和铝合金钻杆重量。4螺杆钻具定向造斜钻具组合的设计41螺杆钻具定向造斜钻具组合的基本形式见图5042钻头直径与相应的螺杆钻具尺寸范围按表2要求组合。43弯接头角度的确定。A弯接头式B单弯壳体式C同向双弯壳体式D异向双弯壳体式1一钻头2动力钻具3弯接头4一钻挺5一单弯壳体动力钻具6一同向双弯动力钻具7稳定器8一异向双弯动力钻具9一可调式稳定器图5螺杆钻具组合基本形式SY/T56191999表2螺杆钻具组合钻头直径螺杆钻具直径11751524857165120001270212725081651250831121969311244452445444566043048431432弯接头可按表3的数据，同时结合本地区的地质特性、钻井实践等因素选取。弯接头规格的配备通常应配备100,150,200,250,300等规格。表3螺杆钻具组合预计造斜率弯接头式444546弯壳体螺杆钻具应结合本地区的地质特性、钻井实践选用。钻头与螺杆钻具之间，尽可能不用配合接头。使用图5D型螺杆钻具组合时，可通过调节下稳定器的位置来调节工具的造斜率。转盘钻增斜钻具组合的设计52转盘钻增斜钻具组合可选用三种基本形式见图6，基本尺寸要求见表40稳定器组合的受力分析及安放位置的计算，推荐使用纵横弯曲连续梁法，其计算公式见附录A标准的附录。表4转盘钻增斜钻具组合稳定器安放高度增斜钻具组合基本形式稳定器安放高度L,L213图6A1018图6B1018180270图6C10189018090100SY/P561919991一钻头2稳定器3一无磁钻艇4一普通钻艇图6转盘钻增斜钻具组合基本形式53调整钻头侧向力的方法A调整钻头与近钻头稳定器的距离距离越短，造斜力越大，但不小于10MB调整稳定器之间的距离C调整钻挺尺寸D调整稳定器与井壁的间隙E调整钻压。54使用多稳定器增斜时，当井斜角增大到使第二稳定器失效前，L应相应的减小。55用单稳定器钻具组合钻进，当井斜角小时小于30，钻具组合的方位稳定性较差，使用中应慎重。56下部钻具组合刚度增大时，应逐个增加稳定器进行通井、划眼。57短钻挺的配备应配备10,20,30,45,60M等规格的短钻挺。6162转盘钻稳斜钻具组合的设计转盘钻稳斜钻具组合有三种基本形式见图7，基本尺寸要求见表5。图7C型钻具组合推荐在井斜角300以上使用。1一钻头2短钻挺3稳定器4一无磁钻艇5普通钻挺图7转盘钻稳斜钻具组合基本形式SY/T56191999表5转盘钻稳斜钻具组合稳定器安放高度稳斜钻具组合基本形式稳定器安放高度L1LZL3LA图7A1018306090一18090270图7B1018459090一100图7C10189010063在硬地层或研磨地层中稳斜钻进时，如扭矩大或钻头及稳定器的直径磨损严重，可把螺旋稳定器换成滚轮稳定器。64长井段及大井斜角中稳斜钻进时，应采用微增斜钻具组合钻进，以平衡钟摆降斜力，达到长井段稳斜目的。65为加强稳斜效果，可将近钻头稳定器串联使用。66可采用转盘钻转速为50R/MIN左右加弯壳体螺杆钻具稳斜。7转盘钻降斜钻具组合的设计71转A钻降斜钻具组合有三种基本形式见图8，基本尺寸要求见表6N1一钻头2一无磁钻蜓3普通钻挺4稳定器图8转盘钻降斜钻具组合基本形式表6转盘钻降斜钻具组合稳定器安放高度降斜钻具组合基木形式稳定器安放高度L,I2图8A90270图8B90一27090100180一270图8C08一1072调整侧向力的方法A增加近钻头稳定器到钻头的距离SY/T56191999B减小稳定器的直径C控制钻压。稳定器安放位置的计算按SY/1517219中的第3章执行。73如钟摆钻具组合降斜无效，可用井底动力钻具组合降斜。74选用图8C型钻具组合时，下稳定器尺寸比上稳定器小。8稳定器的要求81稳定器的外型结构见SY/T5051082在软地层中，一般应选用支撑面宽、扶正条较长的螺旋稳定器在硬地层中，一般应选用支撑面窄、扶正条较短的螺旋稳定器。83在阻卡严重的地区，可采用可变径稳定器。SY理56191999附录A标准的附录纵横弯曲连续梁法A1纵横弯曲连续梁法AL1纵横弯曲连续梁法计算所使用的符号和单位见表AL表A1纵横弯曲连续梁法计算所使用的符号和单位符号名称单位S第I段钻柱的轴向力N从第I个稳定器处的钻柱内弯矩NMR第1个稳定器处的井壁反力NRO钻头处的井壁反力N9I第1段钻柱的横向载荷N/MII第段钻柱的惯性矩M4E钻柱的弹性模量N/M,只第I段钻柱在空气中单位长度的重量N/1NPE钢材密度9人7113PM钻井液密度9八M3A井斜角A关第乞个稳定器与井壁间的半径差值1NL第I段钻柱的长度N】Y第1段钻柱的最大挠度】11BO钻头转角N，DA12计算公式A121设共有N个稳定器，那么第，个稳定器处的三弯矩方程为AL,I,M,I_LA1A份、A、一韶MIT一QILS_，41一了4I,L3T41,J6EQAL其中QAYAI一YIL4YRL一YL十3AUSIN2U_32U5、/F5619一1999风ZU23ZU馆ZU3馆U一U、NULLNULLNULLNULL一一一一一卸AL22切点处的辅助方程为M月L。16EI，1。，IL谈，_Q”1十下石下石1八1片乙IN1入L一汽L。1AZAL23第1个稳定器处的井壁反力R、为RR1RA3其中叫2、十，一、5Y一“Y、1，去一哗普鱼、，一、一51，一，武AL24钻头处的侧向力P。为P。一R。一叮IL子，城一邪，去A45第段钻柱的中点挠度矶为YI丫、十匕十丫，ZY代AS从IL子_11、Y一二乡咭二二2一一下10乙主矛U哪“IUI二中A其乙M一L子瓦厄不Y气SGIL李384EI，喻羔砚一扣。互盆士蛋SU，呀尼4Y刃几若1关一艺一AL。2。钻头转角0。为LLSY/T56191999M,LQL3AYAS一6EI,A十24EI,R十LA6A127各段钻柱的横向载荷表达通式为QP1一卫SINANAL28各段钻柱的轴向载荷为S，一S、一，一。一，号压、_产L、J。“NA7A8L2PA2使用说明A21采用纵横弯曲连续梁法编制的计算机程序，可以较为精确地作出直井中的光钻挺组合、满眼钻具组合、钟摆钻具组合，以及定向井中的转盘钻增斜钻具组合、稳斜钻具组合、降斜钻具组合的设计计算和分析计算。A22采用计算机程序