底部钻具组合设计ppt课件

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

2、具防斜、纠斜技术 动力学防斜技术,底部钻具组合设计,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

3、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

4、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,C B 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 +228.6

5、mm (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

6、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0.81.6mm，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

7、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-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 1

8、9512194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

9、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

10、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，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

11、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： 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

12、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

13、+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,120 1.4-7.0 150-200 5.78-15.8 70-200 2.5 1300 2275 55 72 4.8,mm MPa mm L/S r/min MPa Nm Nm kN kN m,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

14、公式,p1,l2 I p2,180M G,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+121DC*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

15、+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、 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

16、 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-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/

17、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PowerDrive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

18、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

19、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+ 228.6mm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

20、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，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

21、，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177.8 mm 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

22、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：60R/min,F=4*3.14*3.14*0.0667*m =2.64m,2,2 r,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