教学媒体4-底部钻具组合分析

四底部钻具组合分析高宝奎(研究员)一、直井防斜钻具组合二、定向井底部钻具组合三、大位移井钻具组合一、直井防斜钻具组合一、直井防斜钻具组合井斜原因地层原因：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、断层一、直井防斜钻具组合井斜原因小台肩井眼一、直井防斜钻具组合井斜原因钻具因素Œ钻柱弯曲，钻头偏斜Œ钻柱运动状态概念：•钻头侧向力•钻头偏角•切点MαφPFpFmFzW如何计算？一、直井防斜钻具组合防斜钻具•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•利用钻具反弯曲防斜、纠斜技术•导向钻井防斜、纠斜技术•定向冲洗井底技术•井下专用工具防斜、纠斜技术•动力学防斜技术防斜钻具刚性满眼钻具：•原理：提高BHA刚度，防止弯曲•主要包括：满眼钻具组合、方钻铤•特点：Œ结构原理简单，现场易操作Œ强造斜趋势地层难以控制井斜Œ无纠斜能力Œ对井壁要求严格一、直井防斜钻具组合计算哪些参数？防斜钻具钟摆钻具：•原理是：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：Œ结构原理简单，现场易操作Œ强造斜趋势地层难以纠斜Œ需减压吊打，影响钻井效率Œ与钻头匹配问题一、直井防斜钻具组合钟摆防斜钻具一、直井防斜钻具组合如何计算？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φ和Fb的方向同步变化以防斜；钟摆力纠斜。•包括：偏重钻铤、弯接头、偏轴钻具组合•特点：Œ不需要减压吊打Œ切点高，纠斜能力好于钟摆钻具Œ不能从根本上解决井斜问题Œ容易引起跳钻现象一、直井防斜钻具组合计算哪些参数？井斜控制反弯曲防斜钻具：•原理是：大钻压公转防斜？；将φ和Fb的增斜作用转化为降斜作用纠斜？•主要包括：柔性钟摆、双柔钻具、反钟摆钻具组合•特点：ŒŒ大钻压钻进？大钻压钻进？ŒŒ纠斜能力强？纠斜能力强？Œ对操作参数要求苛刻对操作参数要求苛刻计算哪些参数？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：Œ马达寿命短，不经济Œ纠斜时需滑动钻进，影响钻井效率和井身质量一、直井防斜钻具组合计算哪些参数？井斜控制定向冲洗井底装置：‹原理：井底清洗干净部位钻进速度快‹特点z有井斜时，扇形活门受装置自重偏心锤控制，不随钻头及钻柱转动z可以通过地面控制，使活门转动一定的角度钻头牙轮喷嘴入口未堵喷嘴入口扇形活门受堵喷嘴入口钻头计算哪些参数？防斜钻具KTBKTB主孔施工采用自动垂钻系统，主孔施工采用自动垂钻系统，在在70007000米内将孔斜控制在米内将孔斜控制在11度左右度左右自动控制垂孔钻进自动控制垂孔钻进一、直井防斜钻具组合防斜钻具自动垂孔钻进系统自动垂孔钻进系统自动垂孔钻进系统一、直井防斜钻具组合钻铤测控装置井下马达偏置装置钻头10米钻头异径接头稳定器轴向滑动配合面8米中心管外壳小刚度钻铤计算哪些参数？计算哪些参数？计算哪些参数？井斜控制冲悬钻具Œ冲击旋转钻进的实质在钻头上接一冲击器，冲击器靠高压冲洗液或气体驱动，钻头在钻压、冲击动载力、旋转切削作用下破碎岩石。Œ冲击旋转钻井的优点冲击动载碎岩为主，旋转切削为辅，可实现体积破碎岩石；钻压小，转速低，减少了井眼偏斜的因素，可延缓钻头的磨损？；钻井速度快，尤其在硬地层中钻进。计算哪些参数？165冲击器实物照片165冲击器实物照片冲击钻头实物照片主要技术指标：冲击器规格：165mm、178mm、203mm、229mm；泥浆排量20～35L/s、30～55L/s；冲击器工作压降1.0～2.0MPa；冲击频率400～900次/min；单次冲击功200～750J；使用寿命80～100小时，与同等条件下的牙轮钻头使用寿命相当。勘探院研制的国内首台空气锤一、直井防斜钻具组合防斜钻具实例防斜钻具实例-棋北三井防斜打直技术一开:(~500m)刚性满眼钻具组合：φ444.5mm(17-1/2)钻头(PDC)+φ444mm扶正器1+φ228.6mm(9)钻铤1根+φ444mm扶正器2+φ228.6mm(9)钻铤2根+φ444mm扶正器3+φ203.2mm(8)钻铤6柱+φ127mm加重钻杆5柱+φ127mm钻杆一、直井防斜钻具组合防斜钻具实例-棋北三井防斜打直技术一开：钻井参数：钻压160～200kN转速55～65rpm排量45L/s钻井液密度1.1～1.2g/cm粘度35～45″泵压15MPa井斜情况全井段井斜均为0°一、直井防斜钻具组合防斜钻具实例-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。国内外对新装配顶满眼钻具，要求扶正器与井眼直径间隙为0.8～1.6mm，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。一、直井防斜钻具组合防斜钻具实例-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3+8钻铤140米+…钻井参数钻压10～22吨转速60～65转/分泥浆密度1.09～1.2克/立方厘米一、直井防斜钻具组合防斜钻具实例-棋北三井防斜打直技术）度（斜井井深（米）二开实钻井斜变化一、直井防斜钻具组合防斜钻具实例-棋北三井防斜打直技术1951～2194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4～10吨转速60～80转/分泥浆密度1.25克/立方厘米一、直井防斜钻具组合防斜钻具实例-棋北三井防斜打直技术1951～2194米纠斜实际情况井深（米））度（斜井一、直井防斜钻具组合防斜钻具实例-棋北三井防斜打直技术纠斜钻头轮廓1951～2194米纠斜失败原因一、直井防斜钻具组合防斜钻具实例-棋北三井防斜打直技术2194～2347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2～3吨转速85转/分泥浆密度1.3克/立方厘米一、直井防斜钻具组合防斜钻具实例-棋北三井防斜打直技术2194～2347米井斜变化井深（米））度（斜井一、直井防斜钻具组合防斜钻具实例-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26～28吨转速85转/分泥浆密度1.32克/立方厘米一、直井防斜钻具组合防斜钻具实例-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，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。一、直井防斜钻具组合防斜钻具实例-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一、直井防斜钻具组合防斜钻具实例-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：4409.46～4437.46m，4494.8～4580.51m，4649.68～6106.16m。（2）钻具组合二：8-1/2PDC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：4437.46～4494.8m，4580.51～4649.68m。（3）钻具组合三：8-1/2钻头+6-1/4钻铤18根+……使用井段：6106.16m以后。一、直井防斜钻具组合二、定向井底部钻具组合二、定向井底部钻具组合增斜钻具二、定向井底部钻具组合增斜钻具二、定向井底部钻具组合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#0.0095-0.0671-0.5274-1.0974#-0.2181.05433.94184.20465#0.09770.14150.19480.1286#-0.0067-0.0039-0.0159-0.0347二、定向井底部钻具组合增斜钻具实例-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Φ158.75SH22R0.2+330X310X0.6m+Φ120螺杆3.33m+1.5°弯接头331X310X0.355m+Φ120钻铤15根二、定向井底部钻具组合增斜钻具实例-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二、定向井底部钻具组合增斜钻具实例-长庆小井眼反扭角计算定点造斜时的反扭角计算公式⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=2211180ppIlIlGMπϕ二、定向井底部钻具组合增斜钻具实例-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80kN，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80kN，转速90rpm二、定向井底部钻具组合稳、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*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、大位移井钻具组合三、大位移井钻具组合大位移井（简称ERW)定义•一种是指测深(MeasuredDepth)等于或大于垂深2倍的定向井或水平井，当大于3倍时，则称为特大位移井(Mega-reachWell)，这是在第14届世界石油大会上提出的（来源于挪威）；•另一种是指水平位移等于或大于垂深2倍的定向井或水平井，这种定义法主要来源于英国的BP公司和美国的ARCO公司，在垂直剖面图上看起来比较直观。三、大位移井钻具组合国内外典型大位移井有关数据井号水平位移测量深度垂直深度（m）（m）（m）英国WFM16SPZ1072811277.91636.8阿根廷AraCN-110585111841656.3英国WFM1110114106561650中国西江24-3-A148062.3792382985挪威北海C26A785393272770中国大港港深69x13118.045464.434318中国渤海Q17-2-P32H363145831869三、大位移井钻具组合大位移井关键技术