新型钻杆的开发与应用 - 中原塔里木钻井公司

新型钻杆的开发与应用——系列特殊钻杆的研制与应用中原管具公司二0一三年八月汇报内容一、目前钻井工程对钻具的要求二、新产品的开发及性能特点三、现场应用及效果四、中原管具钻杆生产能力

随着勘探领域的不断扩大，深井、超深井不断增多；井下地质形态越来越复杂，工程技术要求越来越高，井眼条件越来越苛刻，小井眼、大斜度、水平井日益增多；钻具需要有较高的抗拉、抗扭强度和高抗疲劳强度；其次，钻井的水力学参数越来越突出——钻杆内沿程压耗大与钻头水马力过小的矛盾日益实出。一、目前钻井工程对钻具的要求钻具需要足够的抗拉和抗扭强度。超过6000米以上的超深井，钻杆应满足井下复杂时造成的抗拉和抗扭强度。能够满足钻深与钻机负荷的要求。

钻具应具有良好的抗疲劳性，具有较长的使用寿命。钻杆接头在满足抗拉和抗扭强度的基础上，外径尽可能小，水眼尽可能大，以解决泵压高、排量小的难题。钻杆选型原则：一、目前钻井工程对钻具的要求研制系列的非API标准钻杆来满足钻井的安全生产和提速提效。通过水力学计算，和抗拉抗扭强度等确定最优的钻杆管体、接头及水眼的参数。根据以上参数设计出钻杆管体、接头螺纹和焊接工艺，制造2－7/8〞、3-1/8〞、4〞、5-1/2〞、6〞等系列化非API钻具，达到机械强度和水力参数最优，以适应各种非常规钻井和特殊钻井工艺的实施，为钻井的安全生产和提速提效提供保障。一、目前钻井工程对钻具的要求汇报内容一、目前钻井工程对钻具的要求二、新产品的开发及性能特点三、现场应用及效果四、中原管具钻杆生产能力非标钻杆的种类及适用范围二、钻杆新产品的开发及性能特点种类规格接头外径mm接头内径mm扣型备注5-1/2"开窗侧钻2-7/8"G1059550.8NT29已应用3-1/8"G1059852NT38已应用6"小井眼4"G10512765.1NT39已应用深井超深井5"S13517288.9NT525-1/2"G105178101.6NT545-1/2"S10517888.9DS55已应用6"G105184108NT57规格接头管体外径mm内径mm螺纹抗拉强度KN抗扭强度N.m外径mm壁厚mm抗拉KN抗扭N.m2-7/8〞G105104.850.8NC312205.117890.073.09.191335.021932

.0

95.052.0NT29

1643.532500.03-1/8〞G10598.061.9NT38

1500.852753.080.09.191468.5

24125.03-1/2〞G105127.061.9NC38

2887.6

2755888.99.351530.031859.04〞G105139.761.9NC403990.740829101.68.381777.144204.0127.065.1NT393450.856809.05〞S135168.069.9NC506905.085980.0127.09.193169.0100480.0172.088.9NT526431.083900.05-1/2〞S135190.576.25-1/2IF8565.0118187.0139.710.543981.0138067.0177.888.9DS545535.898974.75-1/2〞G105184.288.95-1/2IF7202.798274139.710.543099.2107191.0177.8101.6NT545530.01047006〞G105184.0108.0NT575800.0138000.0152.410.543500.0130000.0系列非标钻杆性能参数二、钻杆新产品的开发及性能特点管体钢级管体规格mm管体抗扭强度(Nm)管体抗拉强度(t)接头钢级外径mm内径mm接头抗拉强度(t)接头抗扭强度(Nm)105152.4×10.54130000350110184.21085801380006吋钻杆整体结构设计

考虑抗硫接头与管体的抗扭性能相匹配，且满足钻井井身结构要求和良好的水力性能，通过有限元分析，创新设计了双台肩高抗扭接头，其抗扭强度是同尺寸API钻杆接头的2倍。设计的新型接头螺纹，有效减小了齿底应力集中，疲劳寿命增加了1.5倍。专利正在申请中。

管体与接头设计表二、钻杆新产品的开发及性能特点非标钻杆设计——接头及螺纹设计二、钻杆新产品的开发及性能特点接头外径；内径；长度；螺纹联接结构；螺纹牙型；螺纹锥度；接头与管体强度的匹配。DSNT高抗扭接头的类型DS高抗扭钻杆接头NT高抗扭钻杆接头二、钻杆新产品的开发及性能特点副台肩主台肩图1双台肩钻杆接头示意图在API标准接头外螺纹小端和内螺纹各增加一个台肩，即形成双台肩钻杆接头结构。由于增加了一个台肩，使得其工作原理发生了一定的改变。DS高抗扭钻杆接头二、钻杆新产品的开发及性能特点由于双台肩钻杆接头工作原理的变化，使得它比常规的或API标准接头具有更高的抗扭强度。大内径的双台肩钻杆接头可以提高水力效率、增强结构的整体性能、提高钻进速度、减少钻杆水蚀产生的疲劳断裂和井下故障。DS双台肩钻杆接头不仅提高了接头的抗扭强度，再且可以与相应的API工具接头进行互换。DS高抗扭钻杆接头二、钻杆新产品的开发及性能特点DS与API扣型互换表序号DS扣型API扣型1DS26NC262DS31NC313DS38NC384DS40NC405DS46NC466DS50NC507DS555-1/2FH8DS656-5/8REGDS高抗扭钻杆接头二、钻杆新产品的开发及性能特点DS高抗扭钻杆接头二、钻杆新产品的开发及性能特点DS与API工具接头抗扭强度对比表DS高抗扭钻杆接头DS与API工具接头抗扭强度对比表(单位:英尺.磅)020000400006000080000100000120000140000NC38NC40NC505-1/2FHAPIDS二、钻杆新产品的开发及性能特点NT高抗扭钻杆接头双台肩螺纹联接结构；螺纹锥度更小；接头外径较小；接头内径更大；抗扭强度更高；与API接头不能互换。二、钻杆新产品的开发及性能特点钻杆接头抗扭强度对比表NT高抗扭钻杆接头127X61.9168X88.9NC38DS38NT39NC50DS50NT52二、钻杆新产品的开发及性能特点4“NT39钻杆6"井眼中3-1/2"API钻杆和4"NT39钻杆循环压耗对比二、钻杆新产品的开发及性能特点主要参数88.9x9.35S135NC38101.6x8.38S135NT387"套管下深m30003000钻井液主要性能1.3sg*PV25*YP101.3sg*PV25*YP10排量(L/S)1414钻具内及环空压耗(Mpa)12.186.883-1/2”S135与4S135NT38水力性能对比表二、钻杆新产品的开发及性能特点主要参数88.9x9.35S135NC38101.6x8.38S135NT387"套管下深m42004200钻井液主要性能1.3sg*PV25*YP101.3sg*PV25*YP10排量(L/S)1616钻具内及环空压耗(Mpa)34.7622.553-1/2”S135与4S135NT38水力性能对比表二、钻杆新产品的开发及性能特点主要参数127x9.19S135NC50139.7x19.17S135FH555-1/2"x9.17S135NT5513-3/8"套管下深m299529952995钻井液主要性能1.5sg*PV25*YP101.5sg*PV25*YP101.5sg*PV25*YP10排量(L/S)454545钻具内及环空压耗(Mpa)43.530.627.05”S135NC50、5-1/2”S135FH55、5-1/2”S135NT55水力性能对比表二、钻杆新产品的开发及性能特点计算参考：井眼311.15，井深2000米，泥浆密度：1.95，粘度80S，泥浆泵排量50L/s。序号规格（mm）钢级接头形式壁厚(mm)水力压耗MPa备注1127G6-5/8×3-1/4×NC509.1917.8API2139.7S7-1/2×3×API5-1/2FH10.5413.9API3139.7G7-1/4×3-1/2×API5-1/2FH10.5411.7API5139.7G7×3-1/2×DS5510.5411.7非标6139.7G7×4×NT5410.5411.1非标7152.4G7-1/4×4-1/4×NT5710.547.1非标8168S8-1/2×4-1/4×6-5/8FH9.193.9API9168G8-1/2×4-3/4×6-5/8FH9.193.6API二、钻杆新产品的开发及性能特点深井用钻杆水力参数对比腐蚀疲劳裂纹容易发生处非标钻杆设计——管体及加厚区二、钻杆新产品的开发及性能特点25

内加厚部位技术要求：平滑过渡、过渡带长度≥130mm、圆弧半径R≥300mm时应力集中最小，可以有效地降低因管端加厚处壁厚变化造成过大的应力集中，减少该部位刺穿、断裂，从而延长钻杆疲劳寿命。二、钻杆新产品的开发及性能特点26二、钻杆新产品的开发及性能特点27二、钻杆新产品的开发及性能特点超高韧钻杆钻杆开发二、钻杆新产品的开发及性能特点超高强度钻杆钻杆开发——TP150D钻杆二、钻杆新产品的开发及性能特点超高强度钻杆钻杆开发——TP165D钻杆二、钻杆新产品的开发及性能特点汇报内容一、目前钻井工程对钻具的要求二、新产品的开发及性能特点三、现场应用及效果四、中原管具钻杆生产能力

为满足新型钻井工艺已经开拓市场的需要，管具公司目前主要开发出了2-7/8″小接头钻杆、3-1/8″直联性钻杆、4″小接头钻杆及5-1/2″大水眼钻杆。

三、现场应用与效果Ф73直连型钻杆可进行正常钻井和钻水泥塞施工。序号单位井队号井号送井日期回收日期完钻井深（米）1钻井四公司40756胡5-侧11809.6.1709.7.522702钻井一公司40596文234-侧809.9.609.10.426703钻井二公司45722文72-42209.9.709.9.2740644钻井三公司50605文51-平209.10.309.10.927505钻井二公司50718马26-平109.10.809.10.1840006钻井三公司40481卫79-侧1509.10.3009.12.832037钻井一公司40596文266-侧409.11.209.12.1824508钻井二公司40440文51-平309.12.1309.12.232950三、现场应用与效果钻杆应用

1钻杆应用

2序号单位井队号井号送井日期回收日期完钻井深（米）1钻井一公司20518文33-侧372011-2-142011-4-731502钻井一公司30519文13-侧3052011-4-272011-6-237003钻井二公司40608春9-侧282011-6-122011-7-833504钻井四公司40485卫77-侧42011-7-192011-8-329605钻井二公司修井1队濮气6侧2011-8-112011-9-230006钻井三公司40482文33-侧152011-8-132011-9-2935207钻井一公司30519刘9侧2011-8-28未回收37858钻井二公司大修1队濮1-侧1732011-9-12未回收30509钻井二公司40597文90-侧1522011-10-292011-12-13231010钻井四公司45751文184-侧132011-11-04未回收3300Φ80特殊钻杆为5-1/2套管深井侧钻的必要工具。三、现场应用与效果27/8″和31/8″两种规格的直连型钻杆，为解决了小井眼深部侧钻井循环问题压耗高的难题提供了技术支持。三、现场应用与效果通过水利学计算，在6in井眼特殊环境下，使用4inNT39高抗扭接头钻杆总压耗仅为使用4inAPIN40接头钻杆48.3%；是使用3-1/2inAPINC38接头钻杆总压耗的30.3%，降压耗明显。三、现场应用与效果钻杆应用

34"HT39钻杆的应用队号开钻时间三开完井时间完钻进尺井号井别507222012.5.52012.7.182012.9.194988长深D平19井评价井507372012.8.30201.12.42013.1.144765腰登2HF井评价井507222012.11.102013.1.2

2013.1.213271红平62井水平井507372013.2.192013.5.272013.7.34923腰D7HF井水平井406072013.5.102013.6.162013.8.24335伊39平4井水平井三、现场应用与效果139.7mm双台肩钻杆内径89mm，相较常规钻具76mm内径，有效降低了钻具的循环压耗，在施工中可以采用更大排量进行施工，能更好地保障井下安全。在实钻过程中，排量为40L/s，立压在20MPa，相比同类型井眼使用常规钻具立压低3MPa左右。双台肩设计使的应力分布更均衡，在扣的两端都能分担载荷，由于降低了应力集中，提高了抗疲劳性，可延长了其使用寿命。

中原塔里木70801钻井队顺南4井在三开钻进过程中使用139.7mm双台肩钻杆自3700m钻进至6300m，在实际施工中与常规钻具相比较存在以下优点：钻杆应用

45-1/2"DS54钻杆钻杆的应用成本较高维修难度大使用寿命较短管理难度大非标钻杆在使用中存在的问题三、现场应用与效果汇报内容一、目前钻井工程对钻具的要求二、新产品的开发及性能特点三、现场应用及效果四、中原管具钻杆生产能力2011年，经集团公司立项，与美国IFW公司联合研制了HIWC160t惯性摩擦焊机，建立了一条技术先进、工艺完善