大斜度井摩阻扭矩問題及其對策

1、大斜度井摩阻扭矩問題大斜度井摩阻扭矩問題及其對策及其對策黃根爐黃根爐2004年年11月月24日日摩阻摩扭問題是大斜度井的摩阻摩扭問題是大斜度井的頭號問題頭號問題由于大斜度井的突出特點是水平位移較大，且大部分井段井斜超過60，這使得在鉆進(jìn)、起下鉆和下套管等作業(yè)過程中摩阻扭矩問題非常突出；摩阻扭矩過大，輕則會增加施工難度，延長作業(yè)時間，重則使作業(yè)無法進(jìn)行，導(dǎo)致井眼提前完鉆或報廢。主要內(nèi)容主要內(nèi)容1.摩阻扭矩的影響因素摩阻扭矩的影響因素2.摩阻扭矩對鉆井的危害摩阻扭矩對鉆井的危害3.摩阻扭矩問題的對策摩阻扭矩問題的對策一一. 摩阻扭矩的影響因素摩阻扭矩的影響因素1.管柱與井壁或套管間的管柱與井壁或套

2、管間的摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)和和正正壓力壓力NFF：總的摩阻力；：總的摩阻力；M：總的摩扭矩；：總的摩扭矩；N：總的正壓力；：總的正壓力；Do：管柱的外徑；：管柱的外徑；：摩擦系數(shù)。：摩擦系數(shù)。2/oDNM摩擦系數(shù)和正壓力N越大，摩阻力F和摩扭矩M就越大。一一. 摩阻扭矩的影響因素摩阻扭矩的影響因素2.井眼的井眼的水平長度水平長度S和鉆柱的和鉆柱的每米重量每米重量q dssSdsssqNLL00sinsin管柱重量N管柱重量管柱重量：管柱重量產(chǎn)生的正壓力；：管柱重量產(chǎn)生的正壓力；L：井深；：井深； ：井斜角。：井斜角。井眼的水平長度S和每米重量q越大，管柱自身重量產(chǎn)生的正壓力就越大，摩阻力F和摩扭矩

3、M就越大。一一. 摩阻扭矩的影響因素摩阻扭矩的影響因素3.井眼的井眼的狗腿角狗腿角 和管柱中的和管柱中的軸向力軸向力T2/sin2TN彎曲井眼N彎曲井眼TT井眼的井眼的狗腿角狗腿角 和鉆柱中和鉆柱中的的軸向力軸向力T越大，井眼彎越大，井眼彎曲產(chǎn)生的正壓力就越大，曲產(chǎn)生的正壓力就越大，摩阻力摩阻力F和摩扭矩和摩扭矩M就越就越大。大。一一. 摩阻扭矩的影響因素摩阻扭矩的影響因素4.井眼曲率井眼曲率K、管柱剛度管柱剛度EI和井眼與管柱和井眼與管柱的的直徑差直徑差Dw-DoK、EI越大，越大， Dw-Do越小，管柱剛越小，管柱剛性力產(chǎn)生的正壓性力產(chǎn)生的正壓力就越大，摩阻力就越大，摩阻力力F和摩扭矩和摩

4、扭矩M就就越大。越大。NG1NG2NG33)cos(196LDDKLKEINowGKDDLow24一一. 摩阻扭矩的影響因素摩阻扭矩的影響因素5.井眼清潔狀況、粘卡、刮削作用等井眼清潔狀況、粘卡、刮削作用等井眼清潔狀況、粘卡、刮削作用等會引起管柱井眼清潔狀況、粘卡、刮削作用等會引起管柱摩阻扭矩顯著增大，且很難進(jìn)行計算。摩阻扭矩顯著增大，且很難進(jìn)行計算?，F(xiàn)場通常根據(jù)摩阻扭矩預(yù)測值和實測值的差別現(xiàn)場通常根據(jù)摩阻扭矩預(yù)測值和實測值的差別大小來判斷井眼清潔狀況。大小來判斷井眼清潔狀況。二二. 摩阻扭矩對鉆井的危害摩阻扭矩對鉆井的危害鉆柱起鉆負(fù)荷很大，下鉆阻力很大；鉆柱起鉆負(fù)荷很大，下鉆阻力很大；滑動鉆

5、進(jìn)時加不上鉆壓，鉆速很低；滑動鉆進(jìn)時加不上鉆壓，鉆速很低；旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時扭矩很大，導(dǎo)致鉆柱強度破壞；旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時扭矩很大，導(dǎo)致鉆柱強度破壞；鉆柱與套管摩擦，套管磨損嚴(yán)重，甚至被鉆柱與套管摩擦，套管磨損嚴(yán)重，甚至被磨穿；磨穿；套管下入困難，甚至下不到底。套管下入困難，甚至下不到底。三三. 摩阻扭矩問題的對策摩阻扭矩問題的對策1.使用使用頂驅(qū)系統(tǒng)頂驅(qū)系統(tǒng)，提高控制摩阻扭矩的，提高控制摩阻扭矩的能力能力頂驅(qū)在起下鉆具的同時可頂驅(qū)在起下鉆具的同時可循環(huán)鉆井液循環(huán)鉆井液、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動鉆具動鉆具，減小了起下鉆遇阻的概率，同時，減小了起下鉆遇阻的概率，同時起下鉆時適當(dāng)旋轉(zhuǎn)鉆柱可改變摩阻方向，起下鉆時適當(dāng)旋轉(zhuǎn)鉆柱可改變摩

6、阻方向，減小軸向摩阻；減小軸向摩阻；頂驅(qū)重量可以作為下鉆、滑動鉆進(jìn)和下套頂驅(qū)重量可以作為下鉆、滑動鉆進(jìn)和下套管的附加動力。管的附加動力。三三. 摩阻扭矩問題的對策摩阻扭矩問題的對策2.優(yōu)化井眼軌道形狀，減小接觸正壓力優(yōu)化井眼軌道形狀，減小接觸正壓力據(jù)國外文獻(xiàn)介紹，采用準(zhǔn)懸鏈線可使下套據(jù)國外文獻(xiàn)介紹，采用準(zhǔn)懸鏈線可使下套管重量增加管重量增加2527% 準(zhǔn)懸鏈線軌道增斜段的曲率是變化的，開始的曲率11.5/30米，最后增到2.5/30米。曲率增加的方式是連續(xù)的，每400米曲率增加0.5/30米。提高造斜點位置，降低造斜率；提高造斜點位置，降低造斜率；控制穩(wěn)斜角：控制穩(wěn)斜角：w=arctg(1/)

7、；三三. 摩阻扭矩問題的對策摩阻扭矩問題的對策3.提高泥漿潤滑性，減小摩阻系數(shù)提高泥漿潤滑性，減小摩阻系數(shù)提高油水比：試驗表明，90：10的油水比與62：38的油水比進(jìn)行比較，前者比后者摩阻降低50%使用塑料小球：據(jù)試驗，使用塑料小球，可降低摩阻摩扭15%。西江24-3-A14井采取上述措施后，摩阻系數(shù)很小，根據(jù)實鉆數(shù)據(jù)用計算機軟件進(jìn)行擬合，鉆柱在套管內(nèi)的摩阻系數(shù)為0.19，在裸眼井段內(nèi)為0.17。（值得注意的是：裸眼井段內(nèi)摩阻系數(shù)竟然裸眼井段內(nèi)摩阻系數(shù)竟然小于小于套管內(nèi)的摩阻系數(shù)套管內(nèi)的摩阻系數(shù)）三三. 摩阻扭矩問題的對策摩阻扭矩問題的對策4.嚴(yán)格控制井眼軌跡，保證井眼光滑嚴(yán)格控制井眼軌跡，

8、保證井眼光滑軌道設(shè)計得再好，實鉆軌道不光滑，也不軌道設(shè)計得再好，實鉆軌道不光滑，也不能降低摩阻扭矩；能降低摩阻扭矩；使用使用可變徑穩(wěn)定器可變徑穩(wěn)定器和和可調(diào)彎角的彎外殼動可調(diào)彎角的彎外殼動力鉆具力鉆具，通過勤測量、勤調(diào)整，避免，通過勤測量、勤調(diào)整，避免“急急拐彎拐彎”；使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng) 。三三. 摩阻扭矩問題的對策摩阻扭矩問題的對策5.采取各種措施，保持井眼清潔采取各種措施，保持井眼清潔井眼清潔問題是大斜度井摩阻扭矩很大的重要原井眼清潔問題是大斜度井摩阻扭矩很大的重要原因之一；因之一；解決井眼清潔問題的主要方法有：解決井眼清潔問題的主要方法有：要有足夠大的鉆井液排量；要

9、有足夠大的鉆井液排量；要有強大的地面固相控制系統(tǒng)；要有強大的地面固相控制系統(tǒng)；鉆柱旋轉(zhuǎn)的作用；鉆柱旋轉(zhuǎn)的作用；泥漿要有好的流變性能；泥漿要有好的流變性能；起鉆前的充分循環(huán)；起鉆前的充分循環(huán)；必要的必要的“短起下鉆短起下鉆”；PWD環(huán)空壓力監(jiān)測；環(huán)空壓力監(jiān)測；三三. 摩阻扭矩問題的對策摩阻扭矩問題的對策6.提高鉆桿的抗扭能力提高鉆桿的抗扭能力使用高抗扭的螺紋脂高抗扭的螺紋脂；據(jù)說可提高抗扭27%；采用高扭矩的螺紋聯(lián)接高扭矩的螺紋聯(lián)接多級螺紋或多級臺肩，可增大扭矩；采用高強度鉆桿高強度鉆桿：鋁合金、鈦合金鉆桿等，重量小，強度高；實現(xiàn)鉆桿接頭的應(yīng)力平衡實現(xiàn)鉆桿接頭的應(yīng)力平衡(見下面兩張片子)：高強度

10、鉆桿的接頭抗扭強度，低于管體；采取增大上扣扭矩，犧牲抗拉強度，增大抗扭強度，使鉆桿適應(yīng)高扭矩的需要。三三. 摩阻扭矩問題的對策摩阻扭矩問題的對策6.提高鉆桿的抗扭能力提高鉆桿的抗扭能力實現(xiàn)鉆桿接頭實現(xiàn)鉆桿接頭的應(yīng)力平衡：的應(yīng)力平衡：在在旋轉(zhuǎn)條旋轉(zhuǎn)條件件下，隨著下，隨著井斜角的增井斜角的增大，鉆柱的大，鉆柱的拉力將減小，拉力將減小，而扭矩將增而扭矩將增大大。三三. 摩阻扭矩問題的對策摩阻扭矩問題的對策6.提高鉆桿的抗扭能力提高鉆桿的抗扭能力實現(xiàn)鉆桿接頭的應(yīng)力平衡：實現(xiàn)鉆桿接頭的應(yīng)力平衡：以以NC-50 (411410)接接頭為例，當(dāng)公接頭內(nèi)徑頭為例，當(dāng)公接頭內(nèi)徑為為3-3/4“時，時，若上扣扭矩

11、為若上扣扭矩為25千磅千磅英尺，則承拉能力為英尺，則承拉能力為450千磅；千磅；若上扣扭矩為若上扣扭矩為30千磅千磅英尺，則承拉能力為英尺，則承拉能力為200千磅；千磅；三三. 摩阻扭矩問題的對策摩阻扭矩問題的對策7.滑動鉆進(jìn)加不上鉆壓的解決方法滑動鉆進(jìn)加不上鉆壓的解決方法采用滑動導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，盡可能旋轉(zhuǎn)鉆柱盡可能旋轉(zhuǎn)鉆柱。需要定向時用滑動鉆進(jìn)方式；不需要定向時盡量用旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式；采用動力鉆具壓差載荷加壓動力鉆具壓差載荷加壓；采用液力加壓器加壓液力加壓器加壓；三三. 摩阻扭矩問題的對策摩阻扭矩問題的對策7.滑動鉆進(jìn)加不上鉆壓的解決方法滑動鉆進(jìn)加不上鉆壓的解決方法開發(fā)先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)開發(fā)先

12、進(jìn)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，徹底拋棄滑動鉆進(jìn)方式；三三. 摩阻扭矩問題的對策摩阻扭矩問題的對策AUTO-TRACK系統(tǒng)系統(tǒng)三三. 摩阻扭矩問題的對策摩阻扭矩問題的對策8.套管磨損問題解決方法套管磨損問題解決方法一種方法是在鉆桿上帶膠皮護(hù)箍膠皮護(hù)箍據(jù)說在大位移井中，橡膠護(hù)箍很快就被破壞；改變鉆桿接頭表面上的鎧裝材料鎧裝材料，既有較高的耐磨性，又可減小對套管的磨損；在鉆桿上加非旋轉(zhuǎn)鉆桿保護(hù)器非旋轉(zhuǎn)鉆桿保護(hù)器（NRDPP Non-Rotating Drill Pipe Protector）象個扶正器，不隨鉆桿旋轉(zhuǎn)。與套管之間不旋轉(zhuǎn)，所以不磨套管；但與鉆桿之間有相對旋轉(zhuǎn)；這是目前最有效最有效的方法。三三.

13、摩阻扭矩問題的對策摩阻扭矩問題的對策8.套管磨損問題解決方法套管磨損問題解決方法西江24-3-14井未使用NRDPP時，泥漿出口撈出大量鐵屑，而且逐日增加。（三天，三天，150克，克，270克，克，750克克）據(jù)說最多一天可撈出3.7公斤。使用NRDPP之后，鐵屑大量減少。（三天，三天，260克，克，85克，克，65克克）。而且，鉆柱的摩扭大大減小。在可比的情況下，使用前摩扭為22000英尺磅，使用后為1200017000英尺磅。三三. 摩阻扭矩問題的對策摩阻扭矩問題的對策9.套管下入問題解決方法套管下入問題解決方法采用滾輪式套管扶正器滾輪式套管扶正器；使套管與井壁之間由滑動摩擦變成滾動摩擦；采用漂浮法下套管漂浮法下套管漂浮接箍以下的套管內(nèi)是空的，沒有鉆井液；漂浮接箍的位置需要仔細(xì)計算；要考慮套管的抗擠 強度問題；在下套管過程中不能循環(huán)泥漿；利用頂部驅(qū)動的重力重力；三三. 摩阻扭矩問題的對策摩阻扭矩問題的對策9.套管下入問題解決方法套管下入問題解決方法滾輪式套管扶正器滾輪式套管扶正器將套管與井壁之間的軸向滑動摩擦，變成了軸向滾動摩擦，從而減小了下套管摩阻。三三. 摩阻扭矩問題的對