底部鉆具組合設(shè)計

1、底部鉆具組合設(shè)計底部鉆具組合設(shè)計一、直井防斜鉆具組合設(shè)計二、定向井底部鉆具組合設(shè)計三、大位移井鉆具組合設(shè)計四、復(fù)合鉆進(jìn)鉆具組合設(shè)計底部鉆具組合設(shè)計直井防斜鉆具組合設(shè)計井斜原因地層原因：層狀幾積地層存在地層傾角和地 層不均質(zhì)性垂直地層層面切削作用“小造斜器”作用其它地層因素：巖性軟硬交替、地層各向 異性、斷層底部鉆具組合設(shè)計底部鉆具組合設(shè)計井斜原因小臺肩底部鉆具組合設(shè)計鉆具因素鉆柱彎曲鉆柱運動狀態(tài)底部鉆具組合設(shè)計防斜鉆具剛性滿眼鉆具組合防斜技術(shù)鐘擺力糾斜技術(shù)離心力防斜、糾斜技術(shù)導(dǎo)向鉆井防斜、糾斜技術(shù)井下專用工具防斜、糾斜技術(shù)動力學(xué)防斜技術(shù)底部鉆具組合設(shè)計防斜鉆具剛性滿眼鉆具：原理：提高底部鉆具組

2、合的剛度，以防止其彎曲主要包括：滿眼鉆具組合、方鉆鋌特點:結(jié)構(gòu)原理簡單，現(xiàn)場易操作強(qiáng)造斜趨勢地層難以控制井斜無糾斜能力對井壁要求嚴(yán)格防斜鉆具鐘擺鉆具：原理是：使用鐘擺底部鉆具組合，靠鐘擺降斜力糾斜主要包括：塔式鉆具組合、鐘擺鉆具組合特點:結(jié)構(gòu)原理簡單，現(xiàn)場易操作強(qiáng)造斜趨勢地層難以糾斜需減壓吊打，影響鉆井效率與鉆頭匹配問題底部鉆具組合設(shè)計底部鉆具組合設(shè)計防斜鉆具底部鉆具組合設(shè)計防斜鉆具離心力防斜鉆具：原理是：靠離心力使底部鉆具產(chǎn)生公轉(zhuǎn)，使（p和Fb的方向同步變化以防斜；鐘擺力糾斜主要包括：偏重鉆鋌、彎接頭、偏軸鉆具組合特點：不需要減壓吊打切點高，糾斜能力好于鐘擺鉆具 不能從根本上解決井斜問題 容

3、易引起跳鉆現(xiàn)象防斜鉆具導(dǎo)向工具防斜：原理：離心公轉(zhuǎn)防斜，滑動鉆進(jìn)方式糾 斜主要包括：直馬達(dá)或小度數(shù)彎外殼馬達(dá) 復(fù)合導(dǎo)向鉆井特點:目前：馬達(dá)壽命短，不經(jīng)濟(jì)糾斜時需滑動鉆進(jìn)，影響鉆井 效率和井身質(zhì)量底部鉆具組合設(shè)計防斜鉆具自動控制垂孔鉆進(jìn)KTB主孔施工采用自動垂鉆系統(tǒng)， 存來山熔孑I御粹制存1麼左右/自動垂孔鉆進(jìn)系統(tǒng)防斜鉆具AnschluB anMiotor-AntriebswelleIntegrierterStoBdampferLagerstulnlFester StabilisatorRotierende WelleNicht-roti erend eHulseAusfahrbarer Sta

4、bilisatorBohrmeiBel井下馬達(dá)偏置裝置8米鉆頭小剛度鉆鋌軸向滑動 配合面穩(wěn)定器鉆頭中心管外殼異徑接頭底部鉆具組合設(shè)計勘探院研制的國內(nèi)首臺空氣錘底部鉆具組合設(shè)計動力學(xué)防斜底部鉆具組合設(shè)計底部鉆具組合設(shè)計底部鉆具組合設(shè)計底部鉆具組合設(shè)計動力學(xué)防斜底部鉆具組合設(shè)計底部鉆具組合設(shè)計靠軸向力平衡重力分量靠井壁平衡重力分量底部鉆具組合設(shè)計防斜鉆具實例1 棋北三井防斜打直技術(shù)一開:(500m) 剛性滿眼鉆具組合：(p444.5mm (17-1/2")鉆頭(PDC) +(p444mm扶正器 +cp228.6mm (9")鉆鋌 1 根 +(p444m m扶正器2 +cp228

5、.6mm (9")鉆鋌2根 +cp444m m扶正器3 +cp203.2mm (8")鉆鋌6柱 +cpl27m m加重鉆桿5柱 +cpl27mm 鉆桿底部鉆具組合設(shè)計防斜鉆具實例1 棋北三井防斜打直技術(shù)一開：鉆井參數(shù)：鉆壓160200kN轉(zhuǎn)速5565rpm排量45 L/s鉆井液密度1.11.2g/cm粘度3545泵壓15MPa井斜情況全井段井斜均為0°防斜鉆具實例1棋北三井防斜打直技術(shù)一開：鉆具分析這種鉆具組合的結(jié)構(gòu)特點是剛性、滿眼。要求扶正器外徑接近井 眼尺寸，使鉆具在井眼內(nèi)居中，能抵抗地層造斜力的影響。即使鉆 壓在較大范圍內(nèi)變化，鉆頭側(cè)向力基本不變，不致引起井

6、斜。其剛 性特點可以保證井眼曲率變化很小，起到穩(wěn)斜作用。這種鉆具組合具有如下弱點：(1) 要求扶正器外徑接近井眼尺寸。國內(nèi)外對新裝配的滿眼鉆具, 要求扶正器與井眼直徑間隙為0.81.6mm,間隙超過4.8mm吋,就要換扶正器，否則會引起井斜增加。(2) 旦存在井斜，不能糾斜，而且還可能引起井斜慢慢增加。(3) 存在卡鉆危險。防斜鉆具實例1棋北三井防斜打直技術(shù)二開：（1951m）鉆具組合12-l/4n 鉆頭+ 12J/4”扶正器1+8 ”鉆鋌6米+ 12-1/4”扶正器2+ 8”鉆鋌18米+ 12-1/4 < 正器 3+ 8'鉆鋌140米+鉆井參數(shù)鉆壓1022噸轉(zhuǎn)速6065轉(zhuǎn)/分泥

7、漿密度1091.2克/立方厘米防斜鉆具實例1棋北三井防斜打直技術(shù)井深（米）防斜鉆具實例1 棋北三井防斜打直技術(shù)19512194米糾斜鉆進(jìn)分析鉆具組合12-1/4 頭 + 8"鉆鋌18米+ 12-1/4 n扶正器+ 8 ”鉆鋌9米+ 12-1/4”扶正器+ 8”鉆鋌130.77米+鉆井參數(shù)鉆壓410噸 轉(zhuǎn)速6080轉(zhuǎn)/分 泥漿密度125克/立方厘米底部鉆具組合設(shè)計底部鉆具組合設(shè)計防斜鉆具實例1 棋北三井防斜打直技術(shù)19512194米糾斜實際情況悝A/V20002050215022001950井深（米）底部鉆具組合設(shè)計防斜鉆具實例1 棋北三井防斜打直技術(shù)19512194米糾斜失敗原因糾斜

8、鉆頭輪廓底部鉆具組合設(shè)計防斜鉆具實例1 棋北三井防斜打直技術(shù)19512194米糾斜失敗原因底部鉆具組合設(shè)計底部鉆具組合設(shè)計底部鉆具組合設(shè)計牙輪鉆頭輪廓例底部鉆具組合設(shè)計防斜鉆具實例1 棋北三井防斜打直技術(shù)19512194米糾斜失敗原因PDC鉆頭輪廓例防斜鉆具實例1棋北三井防斜打直技術(shù)21942347米井段糾斜情況鉆具組合12-1/4”鉆頭+8 ”鉆鋌18米+ 12-1/4 ”扶正器+ 5”加重鉆桿+鉆井參數(shù)鉆壓2引屯轉(zhuǎn)速85轉(zhuǎn)/分泥漿密度1.3克/立方厘米底部鉆具組合設(shè)計井深（米）底部鉆具組合設(shè)計斗防斜鉆具實例1 棋北三井防斜打直技術(shù)21942347米井斜變化;、/、1111111111111

9、111111111111111111122224022802320井深（米）底部鉆具組合設(shè)計防斜鉆具實例1棋北三井防斜打直技術(shù)2348米以后塔式鉆具組合防斜鉆進(jìn)鉆具組合12-1/2 ”鉆頭+ 9 ”鉆鋌2柱+ 8峙占鋌3柱+ 7峙占鋌4柱+ 5”加重鉆桿+ .鉆井參數(shù)鉆壓2628噸轉(zhuǎn)速85轉(zhuǎn)/分泥漿密度132克/立方厘米底部鉆具組合設(shè)計防斜鉆具實例1 棋北三井防斜打直技術(shù)回填吊打側(cè)鉆鉆具組合12-1/4''鉆頭+8 ”鉆鋌18米+ 12-1/4 ”扶正器+ 5”加重鉆桿+ .鉆井參數(shù)從井深1298米開始吊打側(cè)鉆新井眼。使用0.5噸鉆壓鉆 進(jìn)13米，然后用1噸鉆壓鉆進(jìn)8.76米，

10、然后用2噸鉆壓 鉆進(jìn)16.69米。吊打至井深1336.45米，用3700測井儀 進(jìn)行電測，測得井斜由1298米處的3.4。降到1336米處 的1.7。，吊打側(cè)鉆非常成功。防斜鉆具實例1-棋北三井防斜打直技術(shù)新井眼形成到二開結(jié)束從1336米開始使用塔式鉆具，鉆壓從5噸逐漸增加 到20噸以上，一直打到3671.81米。從3671.81米到4403.5米二開結(jié)束，使用光鉆鋌。由于使用的鉆具組合和鉆井參數(shù)得當(dāng)，這段井的 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，為三開鉆進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。防斜鉆具實例1 棋北三井防斜打直技術(shù)三開鉆進(jìn)(1) 鉆具組合一：8-1/2 ”鉆頭 + 6

11、-1/4 ”鉆鋌 18m + 8-1/2 n 扶正器 + 6-1/4 ” 鉆鋌9m + 8-1/2 ”扶正器 + 6-1/4 ”鉆鋌 135.34m + 使用井段：4409.464437.46m, 4494.84580.51m, 4649.68 6106.16m。(2) 鉆具組合二：8-1/2 ” PDC鉆頭 + 渦輪 16.37m + 8-1/2 ”扶正器 + 6J/4”鉆鋌9m + 8-1/2 H扶正器 +6-1/4”鉆鋌108.56m +使用井段：4437.464494.8m, 4580.5l464968m。(3) 鉆具組合三：8-1/2 ”鉆頭 + 6-1/4 ”鉆鋌 18根 +使用井

12、段：6106.16m以后。底部鉆具組合設(shè)計1、定向井底部鉆具組合設(shè)計增斜鉆具底部鉆具組合設(shè)計、定向井底部鉆具組合設(shè)計5#lm2m2m2m底部鉆具組合設(shè)計、定向井底部鉆具組合設(shè)計增斜鉆具4.49mO劉m5.2SmL3加0；89.12#lQ.3m3ff15m5#lm2m2m2m底部鉆具組合設(shè)計、定向井底部鉆具組合設(shè)計底部鉆具組合設(shè)計、定向井底部鉆具組合設(shè)計增斜鉆具鉆具增斜能力與井斜角的關(guān)系 單位：° /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底部鉆具組合設(shè)計1、定向井底部鉆具組合設(shè)計增斜鉆具實例長慶小井眼定向鉆具：6"（或6-1/2 "）鉆頭+4-3/4 " （1°單彎螺桿） + 4-3/4 ”無磁鉆鋌1根+ 4-3/4 ”鉆鋌12根+ 3-1/2 ”鉆桿 158.75SH22R0.2 + 330X310X0.6m + 120螺桿3.33m+l.5° 彎接頭331X310X0.355m+120鉆

14、鋌15根增斜鉆具實例-長慶小井眼5LZ120-7.0 螺桿鉆具外徑120mm鉆頭水眼壓降1.4-7.0MPa適合井眼尺寸150-200mm馬達(dá)流量5.78-15.8L/S鉆頭轉(zhuǎn)速70-200r/min馬達(dá)壓降2.5MPa額定工作扭矩1300N-m最大扭矩2275N-m推薦鉆壓55kN最大鉆壓72kN鉆具全長4.8m增斜鉆具實例-長慶小井眼反扭角計算定點造斜時的反扭角計算公式 _180M 日 A + % 口口 G口冃J幾2 口4 : 4%鉆鋌長度，111I? ： 3%鉆桿長度，inirIpi： 4%鉆鋌極慣性矩，if,rr%： 3%鉆桿極慣性矩，idMr鉆頭扭矩，NmG：蚩拄尅赴剪切模量，N/m

15、2 （p -反扭角，"增斜鉆具實例長慶小井眼變徑扶正器增斜：165bit*0.18+311 *310*0.42+變徑扶正器 * 1.17+ 121DC*125.44 + 311*310*0.35 + 88.9DP鉆壓80 kN,轉(zhuǎn)速90rpm單彎螺桿增斜：165bit*0.18+311 *310*0.36+ 121 單彎螺桿*4.8 +121NDC+121DC*18+88.9DP鉆壓80 kN,轉(zhuǎn)速90rpm穩(wěn)、降斜鉆具實例-長慶小井眼穩(wěn)斜鉆進(jìn)：165bit*0.18+311*310*0.56+163變徑扶正器 *1.17+(121NDC+121DC)*125.44+311*310*

16、0.35+ 88.9DP鉆壓80kN, 轉(zhuǎn)速90rpm降斜鉆進(jìn)：165bit*0.18+( 121NDC+121 DC) * 125.44+88.9DP 鉆壓：50KN 轉(zhuǎn)速：90rpm底部鉆具組合設(shè)計二、大位移井鉆具組合設(shè)計:八大位移井鉆具組合設(shè)計大位移井關(guān)鍵技術(shù)10項關(guān)鍵技術(shù)：扭矩/摩阻、鉆柱設(shè)計、井壁穩(wěn)定、井眼凈化、 泥漿和固控、套管作業(yè)、定向鉆井優(yōu)化、測量、鉆 柱振動及鉆機(jī)設(shè)備。大位移井鉆井工藝的難點和重點集中在：扭矩/摩阻、井眼凈化、井壁穩(wěn)定、井身剖面和鉆柱設(shè)計、套管作業(yè)等方面。大位移井配套工具國外主要配套工具：高扭矩頂驅(qū)、高抗扭鉆桿、加 長馬達(dá)、可變徑扶正器、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具、MWD、

17、LWD、 PWD、高精度陀螺測斜儀、水力加壓器、不旋轉(zhuǎn)鉆桿護(hù) 箍、減扭接箍、漂浮套管接箍、滾輪扶正器、可切削式 套管鞋。國內(nèi)主要配套工具：頂驅(qū)、MWD、LWD、可變徑扶正 器、滾輪扶正器、漂浮接箍、灌漿解卡裝置、減扭接箍大位移井鉆具組合設(shè)計實例西江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 井眼軌跡垂直投影圖大位移井鉆具組合設(shè)計實例西江鉆井液密度：1.03g/cm3 （海水）井眼直徑：215.9mm摩擦系數(shù)：在裸眼井段為取0.3,套管段取

18、0.25.抗拉安全系數(shù)2.5；抗扭安全系數(shù)2.5；抗擠安全系數(shù)1.5；拉力余量 200kN ；綜合安全系數(shù)2.5；大位移井鉆具組合設(shè)計實例西江井段(m)鉆柱段長(m)井斜(° )最大拉 力(kN)扭矩(kN.m)抗拉 安全 系數(shù)扭全數(shù)0468139.7S135 鉆桿4680908.627.84.45.01036139.7S135 鉆桿56883.77761.827.85.25.04278139.7S135 鉆桿324283.77455.323.18.76.0-5272127S135 鉆桿9949092.15.434.41&65363127加重鉆桿919014.60.93211

19、82.5注：此表為算例，不作為工程依據(jù)西江大位移井定向控希H方法西江24-1油田鉆成的五口大位移井，井眼 軌跡定向控制方法歸納為：1）井下導(dǎo)向馬達(dá)的滑動導(dǎo)向；2）井下導(dǎo)向馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向或復(fù)合鉆進(jìn);3 ）帶PowerDrive系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向。£PowerDrive系統(tǒng)及其指令設(shè)置Lett tu rn 270°Build 0°100% o'-80%)-40%c0%0to100%dogl&3Oto 360° toolfaceRight oi m9(rQ°Drop 180°底部鉆具組合設(shè)計四、復(fù)合鉆進(jìn)鉆具組合設(shè)計四、復(fù)合鉆進(jìn)鉆

20、具組合設(shè)計(1)防斜原理主要采用“高效PDC鉆頭+中空螺桿”鉆具圖1螺桿鉆具結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)了 /定廣剖面圖組合o(1)防斜原理還是依靠鉆鋌的橫向力 來糾斜的，因此一般應(yīng) 設(shè)計成鐘擺鉆具。由于鉆壓較小，井斜能 得到有效控制。(1)防斜原理在鉆具組合上接一個穩(wěn)定器，組成“鐘擺+螺桿”組合。還可在穩(wěn)定器的下方接一根鉆鋌，防斜效果更好。(2)鉆具組合結(jié)構(gòu)陸上多采用如下組合-PDC鉆頭+直螺桿+鉆挺+-PDC鉆頭+直螺桿+鉆挺+穩(wěn)定器+鉆挺+.如果需要強(qiáng)行糾斜，則采用如下組合-PDC鉆頭+單彎螺桿+鉆挺+(穩(wěn)定器)+(2)鉆具組合結(jié)構(gòu)渤海有如下組合-PDC鉆頭+欠尺寸穩(wěn)定器+直螺桿+短鉆挺+穩(wěn)定器+ (2)

21、鉆具組合結(jié)構(gòu)例 311.2mmPDC+螺桿+228.6mmDC X 3根+203.2mmDCX 6根 +177.8mmDC+ 311.1m m 鉆頭+244.0m m 螺桿 + 228.6m m 鉆挺 17.37m+310.0mm 螺旋穩(wěn)定器+228.6m m 鉆挺36.07m+(2)鉆具組合結(jié)構(gòu)一例 215.9 mm鉆頭+178mm直螺桿 X 8.50 m+159 mm鉆鋌X9.40 m+214 mm扶正器 X 1.39 m+159 mm減震器X6.15 m+159 mm鉆鋌X 197.33 m 215.9 mm鉆頭+9LZ165螺桿(0.75° )+ 159 mm鉆鋌 1 根+1

22、59 mm短鉆鋌1根(3 m)+ 214 mm穩(wěn)定器+ 159 mm鉆鋌底部鉆具組合設(shè)計四、復(fù)合鉆進(jìn)鉆具組合設(shè)計(3)存在的問題鉆具組合與井眼的相容性事例：SHW01井和SHW08井，分別在4358m和4535m下入螺桿鉆具發(fā)生 鉆具自鎖現(xiàn)象，機(jī)械鉆速極低或無進(jìn)尺，多次改變鉆 井參數(shù)無效。分析認(rèn)為，螺桿鉆具扶正器形狀不合適，扶正器不能 通過螺桿鉆具已鉆井眼，個別扶正器被磨岀臺階。(3)存在的問題井斜失控事例：241.3 mm PDC鉆頭+5LZ197-7.0直螺桿+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、)鉆頭尺寸(mm)井&(mm)Ig復(fù)合鉆進(jìn)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)引起問題的原因螺桿外殼原則上不能受壓。螺桿段抗彎剛度小，重量輕，因此變形量相對較大。螺桿鉆具組合鉆壓小，對鉆壓控制要求嚴(yán)。如果由于鉆壓過大，或井眼“狗腿度”大，會導(dǎo)致螺桿本 身嚴(yán)重彎曲，引起馬達(dá)失速、“脫褲子”、井斜失控。穩(wěn)定器位置、結(jié)構(gòu)彎角等參數(shù)的影響有待深入研究。(5)鉆具變形與運動狀態(tài)直螺桿+光鉆鋌組合（5）鉆具變形與運動狀態(tài)彎螺桿+光鉆鋌組合a）彎螺桿 b）大公轉(zhuǎn)c）小公轉(zhuǎn)(5)鉆具變形與運動狀態(tài)直螺桿+穩(wěn)定器+鉆鋌組合（6）鉆具能否甩起來四、復(fù)匂鉆頭直徑：311.2mm鉆柱直徑：177.8mm轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速：6QR/minF = ma = m = ml V