双壁钻杆PPT演示课件

双壁钻杆,陈帅,1,目录,双壁钻杆定义、结构双壁钻杆的用途举例（低压钻井、中心取样钻探、RDM技术）,2,定义,又称双层钻杆。由内、外两层钻杆(称内管和外管)所组成。内、外管之问构成环隙,是水力输岩钻进、中心取样钻进时,向孔底泵送冲洗介质的通道。内管中心孔是排出冲洗介质固定成一个整体,每根双壁钻杆之间以外管的丝扣进行连接,保证传递扭矩和压力。而内管之间多采用插接方式,一般只起流通冲洗介质的作用,因此,插接处要设密封装置（来自：百度百科）,3,双壁钻杆的基本结构,4,六方钻杆和双壁钻杆接,转盘驱动用钻杆主要有四方截面和六方截面两类,在内径和外径已定的条件下,六方截面具有更大的机械强度,因此双壁管驱动用钻杆确定为六方形截面。双壁钻杆接头其设计的重点在外管接头的扣型上。从理论上讲,丝扣锥度越大,则丝扣承受外力也越大,在既考虑丝扣承受外力大小又考虑接头综合承受能力的情况下应选用标准锥度,这样有利于加工,保证质量。通过计算,初步确定丝扣锥度为1:16,螺距为4.2mm,牙型为地质钻杆扣牙型,5,双壁钻具系统连接示意,主要由井口和井下两部分组成。井口部分从上往下主要有双壁管旋转充气接头和双壁管六方钻杆,井下部分从上往下主要有双壁管钻杆、双壁管防喷短节、双壁管气液分流短节,6,目录,双壁钻杆定义、结构双壁钻杆的用途举例（低压钻井、中心取样钻探、RDM技术）,7,双壁钻杆低压钻井,中心孔是双壁管的内管水眼,是高压钻井液通道;小环空是双壁管内环空,是高压气体通道;大环空是套管和双壁管之间的环空,是上返钻井液和上返气体的共用通道以正循环的方式,分别从双壁钻杆的环形间隙和中心水眼内,同时向井内充(泵)入一定量的压缩空气和钻井液,压缩空气从井下某一位置处的气液混流器进入井眼环空中,钻井液从钻头水眼处上返,在井眼的环空中形成了两个不同压力梯度的气液混合段和纯液相段,从而达到降低井底液柱压力的目的。同时由于从井口到井底始终存在着连续的液相流,常规井下动力钻具和随钻仪器的性能不受影响,可以进行正常的井眼轨迹控制。,8,与以前的注气的方法获得低压相比：解决了在低压油气层低压钻井过程中井眼轨迹无法控制的难题,进一步拓宽了低压钻井技术的应用领域。整套工艺技术地面操作简单,井下控制容易,对空气压缩机压力等级要求低,成本低,具有较强的经济性和现场可操作性,特别适合于压力枯竭的老油区侧钻井和低压油藏水平井的钻井施工。,9,中心取样钻探技术,中心取样钻探技术的钻进原理如下图所示。压缩空气经侧入式气水龙头进入双壁钻杆的环状间隙并下行,到达底后经内管中心通道上返,同时将所钻地层样品及岩屑携至地表并进入旋流器,样品在旋流器中与空气分离,再根据地质要求进行不同比例的无分选缩分,最后将所分样品按要求包装编号后送交化验室分析处理。,10,中心取样钻探方法原理,1.钻头;2.双壁钻杆;3.侧入式气水龙头;4.动力头;5.旋流器,11,实用双壁钻杆带来的优点,有利于穿越复杂地层钻进时,压缩空气在双壁钻杆中的循环恰似一闭路循环系统,即便遇到老窿或溶洞,一旦钻具到达洞底,正常循环也会立即恢复,而这在常规钻探方法中却是无法实现的。此外,双壁钻杆为满眼钻具,孔壁间隙小,故破碎岩块没有坍塌的空间条件,双壁钻杆对孔壁还有一定的支护作用。而钻进过程的连续性,避免了因频繁提下钻具所形成的压力激动和抽吸作用给钻孔造成的破坏。钻质量好.双壁钻杆为满眼钻具,刚性好,所以很少发生孔斜;双壁钻杆定尺规格一致,不会发生孔深丈量误差;无论地层条件如何,样品采取率总能达到或接近100%,且没有外来的污染。,12,基于双壁钻杆的rellwell钻井技术(RDM技术)与常规钻井技术的比较,1.顶驱适配器2.旋转控制装置3.防喷器4.套管5.滑动活塞6.双壁钻杆7.双浮动阀8.钻具组合9.流动转换接头10.钻柱,13,RDM的系统组成及原理,1.双壁钻杆;2.常规防喷器;3.导管;4.表层套管;5.上部钻具组合;6.中间衬管;7.钻井衬管;8.下部钻具组合9.钻头/下部扩眼器,14,RDM中钻井液的循环原理,钻井液从壁双钻杆环形空间进入井筒,清洗井眼并携带岩屑从内钻杆返回地面,从而实现了钻井液的闭环循环,这为钻井井底压力的方便、快捷、有效和精确控制提供了较好的条件和基础。同时,由于滑动活塞封隔了下部钻井液与上部环形空间,通过地面的液压系统给滑动活塞施加压力将整个钻柱向井下推进,这样滑动活塞就用于施加钻压和封隔井底压力。从而在整个RDM的各个子系统的配合下,可以实现对井底压力的精确控制,也为RDM在其他钻井技术中的应用奠定了坚实的基础。,15,RDM与常规钻井技术的优势,RDM与常规钻井技术相比,具有十分明显的优势,主要包括:RDM实现了井底隔离,提高了钻井的安全性;RDM采用了双钻杆系统和滑动活塞系统,能更精确地控制井底压力;RDM对井底岩屑的清洗能力得到了较大的提升;采用RDM可有效地降低钻井液的成本,因为RDM采用滑动活塞封隔井底减少了钻井液的用量;RDM通过滑动活塞的液压系统对钻头施加钻压,可方便、有效地控制钻压;RDM可较方便地使用尾管钻井;RDM中钻杆接头采用了无压接头技术。,16,RDM的优势体现在以下几个方面,一.提高钻井安全性:RDM系统提高了钻井液增量/漏失的检测,可检测出0.01m3的钻井液体积变化,能够对钻井液体积变化作出立即的响应和调整,可较早地发现溢流和漏失等工况。位于下部BHA处的双浮动阀和滑动活塞可实现井底隔离,即充当井下防喷器的角色,增强了钻井的安全性。当井底发生钻井液漏失时,可关闭双浮动阀,即关闭钻井液流道,可有效地防止钻井液漏失所导致的一系列井下复杂情况和事故的发生;当井底发生溢流时,关闭双浮动阀,便可以防止侵入流体进入内部钻杆,也可以防止侵入流体进入回流通道。RDM可以实现井眼环空压力的直接测量,可实时了解井底压力。当井底发生钻井液漏失时,由于滑动活塞已把井眼环空流体和循环钻井液分割开,避免了井眼环空钻井液的漏失。对于高含硫化氢油气田的开发,采用RDM钻井,只需要采用防硫的钻杆即可有效地防止H2S对套管的腐蚀。同时,由于RDM实现了钻井液的闭环循环,可较方便地实现密闭循环钻井。当把RDM系统用于控制压力钻井时,可以避免使用控制压力钻井中常见的井口障碍因素,还可以省去旋流控制装置。如起下钻通过对双浮动阀的控制,可省去不压井起下钻装置。,17,二.精确控制井底压力：滑动活塞已把井眼环空流体和循环钻井液分割开,动态钻井液的体积可减少50%,成本相应降低;深度一定时,钻井液体积是固定的,钻井液的体积可以被精确地监测和控制,RDM系统提高了钻井液增量/漏失的检测(可检测出0.01立方米的变化),能够对钻井液体积变化做出立即的响应和调整,这使得RDM可以精确控制井底压力;RDM系统利用滑动活塞,避免了井眼环空钻井液的漏失,降低了钻井液对近井地带的污染,起到了保护储层的作用;位于下部BHA处的双浮动阀和滑动活塞可实现井底隔离,即充当井下防喷器的角色,增强了钻井的安全性;RDM系统避免了控制压力钻井中常见的井口障碍因素;RDM系统用于控制压力钻井时可以省去旋流控制装置(如不压井起下钻装置);RDM可以实现对环空压力的直接测量;RDM改善了当量循环密度的控制方法,这样就抑制了钻井泵开关时的压力波动;钻井液的低循环速度降低了能量消耗,方便对井底压力的控制。,18,RDM在提高钻井效率方面的优势:由于钻井液密度与机械钻速有关,钻井液密度越低钻速越快,RDM系统允许采用低密度和低粘度的循环钻井液,这样就可以适当地降低钻井液密度以提高机械钻速。合理地控制钻压不仅可以提高机械钻速,还可以在一定程度上避免其他钻井事故的发生,RDM通过对地面液压系统的控制施加钻压,使得钻压的控制变得方便,对提高钻井效率十分有效。RDM提高了井眼清洗能力的发生,可避免钻头重复破岩,从而可提高钻速,还可以避免因井眼不清洁导致的一系列钻井复杂情况和事故的发生。RDM可进行多项作业平行操作,即在钻井的同时进行其他作业,如在钻井的同时进行衬管下入作业和测井作业等等,这些都极大地提高了作业效率。单独关闭钻杆环空的双浮动阀,并选用合适的地面钻井泵,便可方便地实现在井眼中直接进行水力压裂试验,不用单独进行水力压裂试验,19,定向井钻井、水平井钻井或者大位移井钻井,在这些钻井技术中,都面临着几个共同的难题,主要包括10-11:井眼清洁问题;钻柱摩阻/扭矩大的问题;井眼稳定问题;加不上钻压问题;套管下入难的问题;套管磨损严重的问题;水平延伸难度大;井眼轨迹测量及控制问题;井身剖面设计;固井问题等等。采用RDM可以很好地解决这其中的一些问题:RDM的井眼清洗能力得到了很大的提高:RDM的井眼清洗能力得到了很大的提高,可以较好地解决井眼清洗问题;RDM通过液压系统向滑动活塞施加压力,该压力可以给钻柱施加向前推进的牵引力,这就很好地解决了加不上钻压和水平延伸难度大等问题,应用RDM水平方向可以延伸超过20km3;由于滑动活塞安装在下部起,即可有效地起到减摩降扭的作用,所以RDM可以较容易的克服钻柱摩阻/扭矩大所带来的问题,也可以较好地解决套管磨损严重等问题;RDM可采用尾管钻井,即将尾管作为BHA的一部分,钻井尾管可以在钻完一段井段后通过滑动活塞完成对尾管的膨胀并固井6-7,这样便较好地解决了套管下入难的问题、井壁稳定问题以及固井中的一些问题。由此不难看出,RDM可以较好地应用于定向井钻井、水平井钻井或者大位移井钻井中。,20,RDM在深水钻井中的优势,RDM在深水钻井中有很大的优势,因为:RDM可以实现新的双梯度钻井方案;RDM可以使用低压立管低费用钻机;RDM可以实现无隔水管钻井,可降低成本,还可降低对钻井船的要求;RDM可使用海上轻型钻井装置,极大地降低了作业成本;由于RDM在定向井和大位移井钻井中拥有较大的优势,非常适合海洋油田的开发;由于RDM在控制井底压力方面的强大优势,可有效保护储层,这为提高采收率提供了有效的解决方案;由于RDM提高了作业效率、降低了成本,为海上油田的开发提供了快速、低成本建井方案。,21,RDM可实现