底部钻具组合设计

1、底部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直井防斜钻具组合设计井斜原因地层原因：层状几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底部钻具组合设计井斜原因小台肩底部钻具组合设计钻具因素钻柱弯曲钻柱运动状态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具组合设计防斜钻具刚性满眼钻具：原理：提高底部钻具组

2、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（p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

3、易引起跳钻现象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， 存来山熔孑I御粹制存1麼左右/自动垂孔钻进系统防斜钻具AnschluB anMiotor-AntriebswelleIntegrierterStoBdampferLagerstulnlFester StabilisatorRotierende WelleNicht-roti erend eHulseAusfahrbarer Sta

4、bilisatorBohrmeiBel井下马达偏置装置8米钻头小刚度钻铤轴向滑动 配合面稳定器钻头中心管外壳异径接头底部钻具组合设计勘探院研制的国内首台空气锤底部钻具组合设计动力学防斜底部钻具组合设计底部钻具组合设计底部钻具组合设计底部钻具组合设计动力学防斜底部钻具组合设计底部钻具组合设计靠轴向力平衡重力分量靠井壁平衡重力分量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:(500m) 刚性满眼钻具组合：(p444.5mm (17-1/2")钻头(PDC) +(p444mm扶正器 +cp228.6mm (9")钻铤 1 根 +(p444m m扶正器2 +cp228

5、.6mm (9")钻铤2根 +cp444m m扶正器3 +cp203.2mm (8")钻铤6柱 +cpl27m m加重钻杆5柱 +cpl27mm 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°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

6、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吋,就要换扶正器，否则会引起井斜增加。(2) 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。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-l/4n 钻头+ 12J/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 < 正器 3+ 8'钻铤140米+钻井参数钻压1022吨转速6065转/分泥

7、浆密度1091.2克/立方厘米防斜钻具实例1棋北三井防斜打直技术井深（米）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 头 + 8"钻铤18米+ 12-1/4 n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125克/立方厘米底部钻具组合设计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米纠斜实际情况悝A/V20002050215022001950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

8、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米纠斜失败原因底部钻具组合设计底部钻具组合设计底部钻具组合设计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2引屯转速85转/分泥浆密度1.3克/立方厘米底部钻具组合设计井深（米）底部钻具组合设计斗防斜钻具实例1 棋北三井防斜打直技术21942347米井斜变化;、/、1111111111111

9、111111111111111111122224022802320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峙占铤3柱+ 7峙占铤4柱+ 5”加重钻杆+ .钻井参数钻压2628吨转速85转/分泥浆密度132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，

10、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。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。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

11、-1/4 ”钻铤 18m + 8-1/2 n 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, 4649.68 6106.16m。(2) 钻具组合二：8-1/2 ” PDC钻头 + 涡轮 16.37m + 8-1/2 ”扶正器 + 6J/4”钻铤9m + 8-1/2 H扶正器 +6-1/4”钻铤108.56m +使用井段：4437.464494.8m, 4580.5l464968m。(3) 钻具组合三：8-1/2 ”钻头 + 6-1/4 ”钻铤 18根 +使用井

12、段：6106.16m以后。底部钻具组合设计1、定向井底部钻具组合设计增斜钻具底部钻具组合设计、定向井底部钻具组合设计5#lm2m2m2m底部钻具组合设计、定向井底部钻具组合设计增斜钻具4.49mO刘m5.2SmL3加0；89.12#lQ.3m3ff15m5#lm2m2m2m底部钻具组合设计、定向井底部钻具组合设计底部钻具组合设计、定向井底部钻具组合设计增斜钻具钻具增斜能力与井斜角的关系 单位：° /25m2°10°40°90°1#5.205.31225.64786.02662#11.811.92110.7611.683#0.0095-0.067

13、1-0.5274-1.0974#-0.2181.05433.94184.20465#0.09770.14150.19480.1286#-0.0067-0.0039-0.0159-0.0347底部钻具组合设计1、定向井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+l.5° 弯接头331X310X0.355m+120钻

14、铤15根增斜钻具实例-长庆小井眼5LZ120-7.0 螺杆钻具外径120mm钻头水眼压降1.4-7.0MPa适合井眼尺寸150-200mm马达流量5.78-15.8L/S钻头转速70-200r/min马达压降2.5MPa额定工作扭矩1300N-m最大扭矩2275N-m推荐钻压55kN最大钻压72kN钻具全长4.8m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 _180M 日 A + % 口口 G口冃J几2 口4 : 4%钻铤长度，111I? ： 3%钻杆长度，inirIpi： 4%钻铤极惯性矩，if,rr%： 3%钻杆极惯性矩，idMr钻头扭矩，NmG：蚩拄尅赴剪切模量，N/m

15、2 （p -反扭角，"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*

16、0.35+ 88.9DP钻压80kN, 转速90rpm降斜钻进：165bit*0.18+( 121NDC+121 DC) * 125.44+88.9DP 钻压：50KN 转速：90rpm底部钻具组合设计二、大位移井钻具组合设计:八大位移井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、井身剖面和钻柱设计、套管作业等方面。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、

17、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、减扭接箍大位移井钻具组合设计实例西江B ® inu3n rev-MuHUBnu nu nW -nu nu nV Au -u- nu nu- ru nu nV nV .Mu JI Ry fly rtu- Ji JJH 4 - r 井眼轨迹垂直投影图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

18、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；大位移井钻具组合设计实例西江井段(m)钻柱段长(m)井斜(° )最大拉 力(kN)扭矩(kN.m)抗拉 安全 系数扭全数0468139.7S135 钻杆4680908.627.84.45.01036139.7S135 钻杆56883.77761.827.85.25.04278139.7S135 钻杆324283.77455.323.18.76.0-5272127S135 钻杆9949092.15.434.41&65363127加重钻杆919014.60.93211

19、82.5注：此表为算例，不作为工程依据西江大位移井定向控希H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。£PowerDrive系统及其指令设置Lett tu rn 270°Build 0°100% o'-80%)-40%c0%0to100%dogl&3Oto 360° toolfaceRight oi m9(rQ°Drop 180°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

20、具组合设计(1)防斜原理主要采用“高效PDC钻头+中空螺杆”钻具图1螺杆钻具结构及其转了 /定广剖面图组合o(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。(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。(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)+(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+ (2)

21、钻具组合结构例 311.2mmPDC+螺杆+228.6mmDC X 3根+203.2mmDCX 6根 +177.8mmDC+ 311.1m m 钻头+244.0m m 螺杆 + 228.6m m 钻挺 17.37m+310.0mm 螺旋稳定器+228.6m m 钻挺36.07m+(2)钻具组合结构一例 215.9 mm钻头+178mm直螺杆 X 8.50 m+159 mm钻铤X9.40 m+214 mm扶正器 X 1.39 m+159 mm减震器X6.15 m+159 mm钻铤X 197.33 m 215.9 mm钻头+9LZ165螺杆(0.75° )+ 159 mm钻铤 1 根+1

22、59 mm短钻铤1根(3 m)+ 214 mm稳定器+ 159 mm钻铤底部钻具组合设计四、复合钻进钻具组合设计(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，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，个别扶正器被磨岀台阶。(3)存在的问题井斜失控事例：241.3 mm PDC钻头+5LZ197-7.0直螺杆+7177.8 mm DC X 9根+P177.8 mm DC X 2根+P139.7 mmDPo10.o o oO66.4.井案f

23、)钻头尺寸(mm)井&(mm)Ig复合钻进段(EEF七 Nil一一<o匚0.02 400 2 600 2 800 3000 3200 3400 3600 3800 4000 4 300井棵()(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、结构弯角等参数的影响有待深入研究。(5)钻具变形与运动状态直螺杆+光钻铤组合（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(5)钻具变形与运动状态直螺杆+稳定器+钻铤组合（6）钻具能否甩起来四、复匂钻头直径：311.2mm钻柱直径：177.8mm转盘转速：6QR/minF = ma = m = ml V