静态推靠式旋转导向钻具组合优化
静态推靠式旋转导向钻具组合优化
旋转导向钻井系统给钻井工程的发展带来了新的革命,它能够自动、灵活地调整井斜和方位,大幅度地提高了钻井速度和钻井安全性。为了提高静态推靠式旋转导向钻井系统研制及应用水平,必须对旋转导向工具的导向力和作用方位进行准确的预测。
而对旋转导向钻具组合力学特性分析是实现对钻进趋势预测的基础性工作。因此,建立完善的静态推靠式旋转导向钻具组合力学分析模型对于旋转导向工具的研制具有十分重要的意义。
在充分了解旋转导向工具结构和BHA力学特性分析方法的基础上,利用纵横弯曲法分别建立在二维和三维井眼中钻具组合力学特性分析模型和求解方法,得出钻头侧向力和钻头倾角的表达式。进而得到钻进趋势角的大小,为井眼轨迹的预测提供指导。
通过对钻具结构的分析,以提高工具的造斜率为目标,分别研究钻进参数(钻压大小、导向力大小),工具结构参数(导向力作用位置、第一扶正器参数、柔性短节参数)对提高造斜率的影响。从而给出优化RSBHA钻具组合性能的设计方案。
为旋转导向工具的研制提供参考。为了防止井下出现复杂情况,对翼肋造成破坏,影响正常的钻井施工。
对影响加厚翼肋处挠度的影响因素进行分析。另外,探讨了第一扶正器的直径和位置对加厚翼肋挠度的影响,相应的也给出了第一扶正器的直径和位置的设计系列。
并进一步讨论井壁弹性对RSBHA工具的影响,利用赫兹接触理论建立钻柱与井壁的接触分析模型,分析了不同的井眼曲率和岩石弹性模量对旋转导向工具钻
头侧向力的影响。
自动旋转导向钻井工具结构原理及特点
自动旋转导向钻井工具结构原理及特点 [摘要] 自动旋转导向钻井工具弥补了滑动式导向钻井工具在定向井钻井,特别是在大位移井及长距离水平井的使用中暴露的缺点与不足。浅显分析国内外在定向钻井工具技术差距,从结构原理和特点上出发阐述了自动旋转导向向钻井工具的。 [关键词] 自动旋转导向钻井工具 一.前言 现有的滑动式导向钻井工具在定向钻井,特别是在大位移井及长距离水平井的使用中暴露出不少缺点与不足。自动旋转导向钻井工具可以弥补这些缺点,是目前定向钻井工具发展的一个热点及方向。笔者据此介绍美国三家公司的自动旋转导向钻井工具的结构原理及特点。针对现有定向钻井工具的缺点和不足,浅析今后旋转导向钻井工具结构设计的发展趋势。 迄今为止,定向钻井技术经历了三个里程碑:①利用造斜器(斜向器)定向钻井; ②利用井下马达配合弯接头定向钻井(造斜率是弯接头弯角、井下马达刚度和地层岩石硬度的函数);③利用导向马达(弯壳体井下马达)定向钻井(弯角点离钻头的距离近得多,因此产生的造斜率大)。 目前这三种定向钻井工具在世界各地被广泛使用,并促进了定向钻井技术的快速发展,使得今天人们能够应用斜井、丛式井、水平井技术开发油田。 二.目前国内定向钻井工具现状 随着石油工业的发展,为了获得更好的经济效益,需要开发深井、超深井、大位移井和长距离水平井,而且常常要在更复杂的地层,如高陡构造带钻井。这些都对定向钻井工具提出了更高的要求。目前以井下马达为主的定向钻井工具已不能满足现代钻井技术的要求,主要存在以下缺点和不足: (1)利用井下马达导向时是滑动钻进,钻柱弯曲比旋转钻进时严重,井壁与钻柱间的轴向摩擦力大,使钻压很难加在钻头上。在大延伸井和水平井中这一情况更严重,在极端情况下会造成钻柱屈服,因此它限制了水平井和大斜度井的深度。 (2)在地面对井下马达进行扭方位操作时,旋转摩擦、钻头扭矩、钻杆的扭转弹性变形等都妨碍了工具面的控制,从而影响井下马达在大斜度井和水平井中的使用。 (3)在导向钻进时,钻柱的扭转弹性变形会引起工具面角不稳定,从而导致井眼轨迹扭曲,进一步加大钻柱受到的摩擦力,同样限制了钻井深度。
JPH-373井钻井工程设计(有导眼)
鄂尔多斯盆地杭锦旗东胜气田锦58井区JPH-373井钻井工程设计 中国石油化工股份有限公司华北油气分公司 二○一七年八月
鄂尔多斯盆地杭锦旗东胜气田锦58井区JPH-373井钻井工程设计 设计单位：华北油气分公司石油工程技术研究院设计人： 初审人： 审批单位：华北油气分公司 审核人：梁文龙 审批人： 中国石油化工股份有限公司华北油气分公司 二○一七年八月
设计审批意见 原则同意该设计，同时提出以下要求，请一并执行。 1、本井施工斜导眼完后，着陆点深度均要根据地层变化作相关调整。为加快作业 进度对回填部分斜导眼的轨迹符合率在满足中靶前提下不做严格要求；钻穿导眼目的层后，可根据快速钻进需要改变钻井方式和钻具组合。 2、二开下技术套管间隙较小，井队和固定队应根据实钻情况制定完善的通井、下 套管及固井措施；钻井过程中出现漏失的，下套管前通井需堵漏并做不低于3MPa的承压试验，否则不能下套管，确保固井质量符合要求，特别注意下完套管后固井前循环钻井液排量要控制在环空返速在1.2m/s以上。 3、技术套管固井前钻井队充分作好井眼准备工作，通井正常后方可进行下套管作 业，水泥浆性能试验要取现场水质进行检测。 4、本井完井管柱结合实钻情况和投产方式另行通知。 中国石油化工股份有限公司华北油气分公司 2017年8月
目录 1.设计依据 (1) 2.地质概况 (2) 3.井身结构及套管程序 (6) 4.井眼轨道设计 (8) 5.测量方案及轨迹计算方法 (13) 6.钻井设备及管理要点 (14) 7.钻具组合及强度校核 (16) 8.钻井完井液设计 (21) 9.钻头及钻井参数设计 (26) 10.钻开水平段目的层技术措施 (27) 11.井身质量要求 (27) 12.固井设计 (28) 13.油气井压力控制 (33) 14.复杂情况对策 (47) 15.健康、安全与环境管理要点 (49) 16 弃井要求 (52) 17 风险识别及削减措施 (54) 18.施工进度预测 (57) 19.钻井主要材料计划 (57) 20.资料提交 (58) 附录1：工程应急预案 (59)
常用钻具组合
一、常规钻井（直井）钻具组合： BIT钻头；DC钻铤；SDC 螺旋钻铤；LZ螺杆钻具；SJ双向减震器；DP钻杆；HWOP 加重钻杆；STB或LF钻具稳定器；LB随钻打捞杯；DJ震击器； 1、塔式钻具组合： Φ×0.50m+Φ229mmDC×27.24m +Φ203mmDC×54.94m+Φ165mmDC×54.51m+Φ Φ×0.40m+Φ229mmDC×54.38m+Φ203mmDC×82.23m+Φ165mmDC×81.83m+Φ Ф×0.32m+Ф×9.50m+Ф229mmDC×45.40m+Ф203mmDC×73.13m+Ф165mmDC×81.83 m+Ф Φ×0.30m+Φ229mm SJ×6.62m+Ф229mmDC×53.94m+Ф203mmDC×81.75m+Ф165mmDC ×81.83m+Ф 钻头FX1951X0.44 m（Φ311.1mm）＋6A10/630×0.61 m＋9″钻铤×52.17m（6根）＋6A11/5A10×0.47 m+ 8″钻铤×133.19m（9根）＋410/5A11×0.49 m＋61/2″钻铤 ×79.88m（9根）＋51/2″HWOP×141.88m（15根）＋51/2″钻杆（＊＊根）＋顶驱Φ×0.25m+430/4A10+Ф165mmSDC×161.56m+4A11/410+Ф165mmDJ×8.81m+411/4A1 0＋61/2″钻铤×79.88m（9根）＋51/2″HWOP×141.88m（15根）＋51/2″钻杆（＊＊根）＋顶驱 2、钟摆钻具组合： Φ×0.50m+730/NC61母+Φ229mm SJ×9.24m+Φ229mmSDC×18.24m+730/NC61公+2 6″LF+731/NC61母+Φ229mmSDC×9.24m+730/NC61公+26″LF +731/NC56母+Φ203mmD C×94.94m+410/NC56公+Φ+顶驱 Φ×0.50m+730/NC61母+Φ229mmSJ×9.24m+Φ229mm SDC×18.24m+171/2″LF+Φ2 29mmSDC×9.24m+171/2″LF +NC61公/NC56母+Φ203mmDC×121.94m+8″随震+8″DC ×18.94m+410/NC56公+Φ127mmH WOP×141.94m +Φ+顶驱 Φ×0.46m+Φ229mmDC×18.08m+Φ308mmLF×1.82m+Φ203mmDC×9.10m+Φ308mmL F×1.51m+Φ229mmDC×27.32m+203mmDC×73.13m+Φ178mmDC×81.83m+Φ+顶驱Φ×0.50m+630/NC61母+Φ229mmSJ×9.24m+Φ229mm SDC×18.24m +NC61公/NC56母+121/4″LF + NC56 公/ NC61母+Φ229mm SDC×9.24m +NC61公/NC56母+121/4″LF +Φ203mmDC×121.94m+8″随震+8″SDC×27.94m+410/NC56公+Φ×141.94m +Φ+顶驱Φ×0.50m+630/731+95/8″LZ+Φ229mmSJ×18.64m+ 121/4″LF ++Φ229mm SDC ×9.24m +121/4″LF+Φ203mmDC×148.94m+410/NC56公+Φ×141.94m +Φ+顶驱Φ×0.33m+Φ172mmLZ×8.55m+Φ165mmSDC×1.39m+Φ165mmSDC×1.39m+Φ214mmS TB×1.38m+Φ165mmDC× 236.14m+Φ×141.94m +Φ+顶驱 3、满眼钻具组合： Φ×0.30m+121/4″LF +NC56 公/ NC61母+Φ229mmSJ×9.24m+NC61公/NC56 母+121/4″LF + NC56 公/ NC61母+Φ229mm SDC×18.24m+NC61公/NC56母+121/4″LF +Φ203mmDC×121.94m+8″随震+8″SDC×18.94m+410/NC56公+Φ×141.94m +Φ+顶驱Φ215.9mm牙轮BIT×0.24m+Φ190mm LB×1.10m+Φ214mmSTB×1.39m+Ф165mm SDC ×1.39m+Φ214mmSTB×1.40m+Ф165mm DC×8.53m+Φ214mmSTB×1.39m+Φ165mm SJ×5.08 m+Ф165mm DC×244.63m+Φ×141.94m +Φ+顶驱 Φ215.9mm牙轮BIT×0.24m+Φ214mmLF×1.49m+Ф165mmSDC×1.39m+Φ214mmLF×1.40m+Ф165mmDC×8.53m+Φ214mmLF×1.39m+Φ165mm SJ×5.08m+Ф165mmDC×244.63m+Φ×141.94m +Φ+顶驱
旋转导向钻井工具的研制原理
第26卷 第5期2005年9月 石油学报 AC TA PETROL EI SIN ICA Vol.26 No.5Sept. 2005 基金项目:国家高技术研究发展计划(863)“旋转导向钻井系统关键技术研究” (2003AA602013)和中国石油化工集团公司重大攻关项目(J P01005)联合资助。 作者简介:闫文辉,男,1965年9月生,1999年获西安石油学院硕士学位,现为西安石油大学副教授,硕士生导师,主要从事石油机械设计及设备 检测与故障诊断方面的教学和科研工作。E 2mail :ywh369@https://www.360docs.net/doc/1215168517.html, 文章编号:0253Ο2697(2005)05Ο0094Ο04 旋转导向钻井工具的研制原理 闫文辉 彭 勇 张绍槐 (西安石油大学机械工程学院 陕西西安 710065) 摘要:介绍了旋转导向钻井工具的工作原理及结构,指出了研制该工具的主要技术特点。旋转导向钻井工具主要由稳定平台单元、工作液控制分配单元和偏置执行机构单元3部分组成,其测试元件将测得的井眼参数通过短程通讯传输到随钻测量仪,再由随钻测量仪将信息传输到地面。同时,旋转导向钻井工具接收由地面发出的指令,并通过稳定平台单元调控工作液来控制分配单元中的上盘阀高压孔的位置。工作液控制分配单元将过滤后的泥浆依次分配到3个柱塞,给推板提供推靠动力,并使该推靠力的合力方向始终保持在上盘阀高压孔所对应的位置,在近钻头处形成拍打井壁的侧向力。通过对侧向力的大小、方向和拍打频率的调整,可直接控制该工具的导向状态。 关键词:旋转导向钻井工具;测试元件;导向控制;井眼参数;随钻测量中图分类号:TE82 文献标识码:A Mechanism of rotary steering drilling tool YAN Wen 2hui PEN G Y ong ZHAN G Shao 2huai (College of Mechanical Engineering ,X i πan S hi you Universit y ,X i πan 710065,China ) Abstract :The working principle and structure of a rotary steering drilling tool are introduced.The main technical properties of the tool are described.The tool mainly includes three parts :①unit of stabilization platform ;②unit for controlling and assigning work 2ing liquid ;③unit of Push 2the 2Bit working structure.The wellbore data can be transmitted to measurement while drilling (MWD )u 2nit f rom the test component in the tool through a short distance communication component and then transmitted to the instrument on ground by MWD unit.At the same time ,the receiver in the component receives the instruction f rom the instrument on ground ,and then control the high 2pressure hole located on the upper plate hose by controlling and assigning working liquid with a controller in the stabilization platform unit.The unit for controlling and assigning working liquid takes the filtered mud as the working liquid distribu 2ted in three mud pipes in turn.The mud provides the “pad ”with a motive force and maintains the direction of the join force on the position in accord with the high 2pressure hole on the upper valve all the time.Thus there will form a side force near the bit flapping the wall of the well.The adjustment of the size and direction of the side force acted on the wall and the flapping f requency could di 2rectly control the steering state of the drilling tool. K ey w ords :rotary steering drilling tool ;measurement unit ;steering control ;wellbore data ;measurement while drilling 旋转导向钻井技术是20世纪90年代初发展起来的一项自动化钻井新技术。国外钻井实践证明,在水平井、大位移井、大斜度井、三维多目标井中推广应用旋转导向钻井技术,既提高了钻井速度、减少了事故,也降低了钻井成本。国外目前主要有3种不同类型的旋转导向钻井系统,即:Auto Trak 旋转闭环钻井系统、Power Drive 调制式全旋转导向钻井系统和Geo 2Pilot 旋转导向自动钻井系统[1～8]。国内学者也对该 技术进行了介绍并开展了相关的研究工作[9～14]。胜利石油管理局与西安石油大学联合,研制和开发了具有自主知识产权的旋转导向钻井系统。该旋转导向钻 井技术主要包括井下旋转自动导向钻井系统、地面监控系统以及将上述两部分相结合的双向通讯技术[15]。笔者主要对井下旋转自动导向钻井系统中的旋转导向钻井工具进行了介绍。 1 旋转导向钻井工具工作原理 旋转导向钻井工具的最基本功能有2种:①导向功能;②稳斜或不导向功能。导向功能是指当需要向某一个井斜、方位导向时,可由稳定平台通过控制轴将上盘阀高压孔的中心即工具面角调整到与所需导向的井斜、方位相反的位置上,这时钻具沿所需的井斜及方位进行
定向井下部钻具组合设计方法
SY/T5619—1999 定向井下部钻具组合设计方法 代替SY/T5619—93 Method of bottom hole assembly design in directional wells 1范围 本标准规定了井斜角小于60°的定向井下部钻具组合的设计方法。 本标准适用于陆上石油、天然气及地质勘探钻定向井钻具组合设计，侧钻井及大斜度井的下部钻具组合设计也可参照使用。 2引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 SY/T5051—91 钻具稳定器 SY/T5172—1996 直井下部钻具组合设计方法 3钻铤尺寸及重量的确定 3.1钻铤尺寸的确定 3.1.1在斜井段使用的最下一段（应大于27m）钻铤的刚度应适用于设计的井眼曲率。 3.1.2入井的下部钻具组合中，钻铤的外径应能满足打捞作业。 3.1.3钻头直径与相应钻铤尺寸范围的要求见表1。
表1 钻头直径与相应的钻铤尺寸 mm（in） 钻头直径钻铤直径钻头直径钻铤直径 120.7(4 3/4) 79.4(3 1/8) 241.3(9 1/2) 158.8(6 1/4) 177.8(7) 152.4(6) 104.8(4 1/8) 311.2(12 1/4) 203.2(8) 228.6(9) 215.9(8 1/2) 158.8(6 1/4) 444.5(17 1/2) 228.6(9) 3.2无磁钻铤安放位置及长度的确定 3.2.1无磁钻铤安放位置 无磁钻铤的安放位置应根据钻具组合的特性（造斜、增斜、稳斜或降斜）、具体尺寸和连接螺纹类型，使之尽可能接近钻头。 3.2.2无磁钻铤长度的确定 3.2.2.1根据图1确定施工井所在区域。 3.2.2.2施工井在1区时，无磁钻铤长度根据图2进行确定。 图2（a）为光钻铤组合。 在曲线A以下：
钻井工程设计(钻具组合部分已完成) 直井
《钻井工程》课程设计 乌39井 姓名 专业班级油工61302 学号201360043 班级序号18 指导教师张俊
1 井身结构 1.1井身结构示意图 1.2井下复杂情况提示 1.3井身结构设计数据表
1.4井身结构设计说明 1.5 钻机选型及钻井主要设备
2.钻具组合设计 2.1一开钻具组合设计 本井一开钻井液密度为ρd=1.15g/cm3，最大钻压Wmax=100KN，钻井深度D1=500m，井斜角为0°，钢材密度取7.85g/cm3，安全系数取S N=1.2。 2.1.1选择尺寸配合 一开井眼直径381mm，钻头尺寸选用直径381.0mm，根据钻头与钻柱尺寸配合关系，钻铤选用直径为228.6mm的钻铤，钻杆选用直径为127mm的钻杆。 2.1.2钻铤长度设计 （1）计算浮力系数K b=1-（ρd/ρs）=1-（1.15/7.85）=0.854 （2）计算第一段钻铤长度 本井选用NC61-90线密度q c=2.847kN/m，单根长度为9.1m的钻铤，根据中心点原则该钻铤需用长度为： L c=S N Wmax/(q c K b）=（1.2×100）/（2.847×0.854×1）=49.356m n=49.356/9.1=5.4 根据库存和防斜要求NC61-90钻铤实取6根，上接直径为203.2mm的钻铤9根，直径为177.8的钻铤12根，组成塔式钻具组合。 （3）钻铤参数计算 钻铤总长度为：Lc= L c1+ L c2+ L c3=（6+9+12）×9.1=245.7m 钻铤总浮重为： F mc=K b cosα（L c1q c1+ L c21q c2+ L c31q c3）
下部钻具组合
5．2下部钻具组合 下部钻具组合是指用于施加钻压的那部分钻柱的结构组成。一般是由钻铤和扶正器组成。通过调节扶正器的按放位置、距离和扶正器的数量，下部钻具组合可以是增斜组合、降斜组合及稳斜组合三种。但是无论哪一种组合，其实质是施加钻压后，钻柱发生弯曲变形，在钻头上产生侧向力，由于侧向力的作用，使钻头合力方向不再与井眼轴线重合，造成井斜。为了防止井斜，应当使钻柱组合在施加钻压后，产生的钻头侧向力为零，使钻头合力与井眼轴线重合。 5．3钻井参数组合 钻井参数主要是钻压和转速。在一定的钻柱组合时，通过调节钻压和转速，可改变钻头侧向力的大小和方向，从而改变井斜的大小和方向。 5．4钻头结构引起井斜 牙轮钻头的移轴、复锥和超顶，都要引起钻头轴线偏离井眼中心线，产生侧向切削。 6井斜控制原理及方法 控制井斜实质就是控制钻头造斜力，使其为降斜力。要达到这个目的，地层造斜力是不可改变的，唯一可控制的是下部钻柱组合和钻井参数，通过改变下部组合和调节钻井参数可使钻头侧向力为降斜力，抵抗地层造斜力的作用强度，使井斜控制在一定范围内。目前使用的钟摆钻具、塔式钻具、偏心钻铤等是以增大降斜力为目的的钻柱。他们可以起在直井中防斜，在斜井中纠斜的作用。刚性满眼钻柱、方钻铤、螺旋钻铤等是以强大的刚度反抗地层造斜的作用。在直井中防斜，在斜井中稳斜，井斜了不能使用刚性满眼钻柱。但是通过调节扶正器安放间距和钻井参数，刚性满眼钻柱也可以是增斜或降斜钻柱。 6．1、钟摆钻具 这种钻具是在钻头的上方一定距离处，一般是18—27米左右按装一个扶正器。当其发生井斜时，扶正起靠下井壁上，扶正器下面的钻柱重量在钻头上产生一个指向下井壁的力，这个力就是钟摆力，是降斜力，使井斜减少。钟摆钻具使用关键是扶正器的安放距离，太大在扶正器下面产生新切点，钟摆失效；太小钟摆力也小，效果也不好。另外，钻压不能太大，过大的钻压使钟摆失效。是一种既能防斜又能纠斜的钻具。在现场得到广泛使用。
旋转导向钻井技术介绍
旋转导向钻井技术介绍 引言 近十几年来，水平井、大位移井、多分支井等复杂结构井和“海油陆采”的迅速发展。为了节约开发成本和提高石油产量，对那些受地理位置限制或开发后期的油田，通常通过开发深井、超深井、大位移井和长距离水平井来实现，进而造成复杂结构的井不断增多。目前通行的滑动钻井技术已经不能满足现代钻井的需要。于是，自20世纪80年代后期，国际上开始加强对旋转导向钻井技术的研究；到90年代初期，旋转导向钻井技术已呈现商业化。国外钻井实践证明，在水平井、大位移井、大斜度井、三维多目标井中推广应用旋转导向钻井技术，既提高了钻井速度，也减少了钻井事故，从而降低了钻井成本。旋转导向钻井技术是现代导向钻井技术的发展方向。 旋转导向钻井技术 旋转导向钻井法是在用转盘旋转钻柱钻井时随钻实时完成导向功能。钻进时的摩阻与扭阻小、钻速高、钻头进尺多、钻井时效高、建井周期短、井身轨迹平滑易调控。此外，其极限井深可达15 km，钻井成本低。旋转导向钻井技术的核心是旋转自动导向钻井统，如图1所示。它主要由地面监控系统、地面与井下双向传输通讯系统和井下旋转自动导向钻井系统3部分组成。 1、地面监控系统 旋转导向钻井系统的地面监控系统包括信号接收和传输子系统及地面计算存储分析模拟系统，有的还具有智能决策支持系统。旋转导向钻井系统的主要功能通过闭环信息流监视并随钻调控井身轨迹，其关键技术是从地面发送到井下的下行控制指令系统。 2、地面与井下双向传输通讯系统 目前已提出的信号传输方式有4种，即钻井液脉冲、绝缘导线、电磁波和声波。通过比较分析，笔者发现这4种传输方式各有优缺点和应用局限，如表1所示。
3、井下旋转自动导向钻井系统 井下旋转自动导向钻井系统是旋转自动导向系统的核心，它主要由3部分构成，即测量系统、导向机构、CPU和控制系统。 （1）测量系统测量系统主要用于监测井眼轨迹的井斜、方位及地层情况等基本参数，使钻井过程中井下地质参数、钻井参数和井眼参数能够实时测量、传输、分析和控制。它经历了随钻测量(MWD)、随钻测井(LWD)、随钻地震(SWD)、随钻地层评价测试技术(FEMWD)和地质导向技术(GST)几个阶段。 （2）导向机构导向机构代表了目前导向技术的先进水平。按原理不同，导向机构原理可分为: ①导向力原理。推力式（或称偏置式）旋转导向工具和指向式旋转导向工具。推力式旋转导向工具是通过侧向力推靠钻头来改变钻头的井斜和方位。而指向式旋转导向工具是预先定向给钻头一个角位移，通过为钻头提供一个与井眼轴线不一致的倾角来使钻头定向造斜。 ②控制原理。可变径稳定器式旋转导向工具和调制式旋转导向工具。前者是先通过电磁阀调节在伸缩块上的液压，以使导向力矢量满足所需导向目标；再通过定向控制系统进行方位与井斜的控制（图2）。而后者是通过调节涡轮发电机负载电流改变涡轮发电机绕组回路阻抗，以使携带高强度永磁铁的涡轮叶片与稳定平台内的扭矩线圈耦合产生不同的电磁转矩和加速度，进而使旋转换向阀保持一个相对于井壁的固定角度，即工具面角，最终实现控制轴在受控状态下的运动状态改变（图3）。 ③套筒旋转与否原理。全旋转导向工具和不旋转套筒旋转导向工具。全旋转导向工具与井壁动态接触，其旋转控制阀在垂直井段随钻柱一起旋转。不旋转套筒旋转导向工具与井壁静态接触，其外套不随钻柱旋转。
1 煤层气水平井钻井工程作业规程
煤层气水平井钻井工程作业规程 The Operation Regulation of Coalbed Methane Horizontal Drilling 1 范围 本标准作为中联煤层气有限责任公司（以下简称中联公司）企业标准，规范了煤层气水平井钻井工程作业全过程的程序和要求。包括水平井钻井工程设计、钻前准备及验收、水平井井眼轨迹控制作业、水平井测量作业、水平井完井作业、水平井钻井工程质量要求、健康、安全与环境管理（HSE）要求、水平井钻井工程资料汇交要求等六项内容。 本标准适用于煤层气勘探开发过程中水平井钻井工程的设计、施工作业、工程质量要求、资料汇交和验收。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 Q/CUCBM 0301 煤层气钻井作业规程 GB/T 8979 污水排放要求 GB/T 11651 劳动保护用品 SY/T 5172 直井下部钻具组合设计方法 SY/T 5272 常规钻井安全技术规程 SY/T 5313 钻井工程术语 SY/T 5322 套管柱强度设计推荐方法 SY/T 5334 套管扶正器安装间距计算方法 SY/T 5358 砂岩储层敏感性评价实验方法 SY/T 5396 石油套管现场验收方法 SY/T 5411 固井设计格式 SY/T 5412 下套管作业规程 SY/T 5435 定向井轨道设计与轨迹控制 SY/T 5526 钻井设备安装技术、正确操作和维护 SY/T 5547 动力钻具使用、维修和管理 SY/T 5618 套管用浮箍、浮鞋 SY/T 5619 定向井下部钻具组合设计作法 SY/T 5672 钻井井下事故处理基本规则 SY/T 5724 套管串结构设计 SY 5876—93 石油钻井队安全生产检查规定 SY/T 5957—94 井场电器安装技术要求 SY/T 5958 井场布置原则和技术要求 SY/T 5964 钻井井控装置组合配套规范 SY/T 6075 评价入井流体与多层配伍性的基础数据 SY/T 6228—1996 油气井钻井及修井作业职业安全的推荐方法中第八章和第10.5、10.6款 SY/T 6283—1997 石油天然气钻井健康、安全与环境管理体系指南 SY/T 6426 钻井井控技术规程 3水平井钻井工程设计
定向井底钻具组合的类型
定向井底钻具组合的类型 吕永华 根据井底钻具组合的设计目的或作用效果不同，可分为以下三类：增斜、降斜、稳斜。实际上常规定向井的最基本钻具组合有四个，即马达造斜钻具，转盘增斜、降斜和稳斜。在渤海地区常用钻具组合的总结如下： 1、在12-1/4井眼中四套基本钻具组合有： 马达造斜： 12-1/4BIT+9-5/8Motor（1.15-1.5） +11-3/4STB+8NMDC+8HOS+8S.NMDC+F/V+7-3/4(F/J+JAR)+5HWDP(14) 转盘增斜： 12-1/4BIT+12-1/4STB+8NMDC(1)+8DC(2)+12-1/4STB+8DC(1)+12-1/4STB +8DC(5)+5HWDP(20) BOR：(2-4)o/30m 降斜： 12-1/4BIT+8NMDC(1)+12-1/4STB+8DC(1)+12-1/4STB +8DC(5)+5HWDP(20) BOR：-(2-3)o/30m 强降斜在钻头上加两根钻挺。 稳斜： 12-1/4BIT+12-1/4STB+8S.DC(2) +12-1/4STB+8DC(1)+12-1/4STB +8DC(5)+5HWDP(20) 2、可以通过调整扶正器扶正翼尺寸的大小、扶正器之间钻挺的长度和钻压的大
小达到不同的增降或者稳斜的效果如下： 微增组合： 12-1/4Bit+12-1/4STB+8DC(1)+12-1/4STB+8DC(1)+12-1/4STB +8DC(5)+5HWDP(20) 微降组合： 12-1/4Bit+8S.DC(1)+12-1/4STB+8DC(1)+12-1/4STB +8DC(5)+5HWDP(20) 井底钻具组合表现出不同的效果，是由于不同的钻具组合具有各自的力学特性，这主要是钻头处产生的侧向力的方向和大小的不同。从而使钻头按照预定的轨迹前进。 如果钻头不是按照预定的井眼轨迹前进，就需要在适当的时候，起钻调整钻具组合。调整钻具的原因有三个：1、井斜不合适 2、方位不合适 3、井斜方位都不合适 钻具组合的调整一般都在稳斜井段进行，调整钻具组合时应考虑以下几点： 1、经调整后的钻具入井后具有预料的性能 2、一般情况下采用微调的形式，以避免大幅度增斜/降斜导致稳斜段狗腿太大，造成井下事故 3、尽量争取调整后的钻具能有较长的井段的进尺，以避免反复起下钻调整钻具，一是保证快速钻进，二是避免波浪形井眼轨迹 地层因素同样影响着井眼轨迹，很明显同一套钻具组合在不同的地层表现出的性能是不一样的，或者说轨迹方位和井斜的变化率是不一样的，这是由于
旋转导向系统再深层页岩有水平井的应用
旋转导向系统再深层页岩有水平井的应用 摘要：在全世界范围之内，页岩油非常规油气资源开发的重要领域，水平井是页岩油勘探与开发采用的主要技术之一。为解决钻井过程中轨迹控制、高压、近距离防碰、托压以及目的层段无任何实钻和测试参考资料等问题，根据方位伽马探测原理，建立了三地层数学模型，结合随钻测井曲线提出了“标志层地层倾角计算方法”并推导出相关公式。采用了旋转导向钻井系统与地质导向技术相结合对井眼轨迹进行控制，现场应用结果表明，应用旋转导向钻井系统可实时监测井底环空压力、提高机械钻速、实现自动导向控制和地层评价、通过标志层地层倾角提前预测目的层“着陆”点井斜及钻头到边界的距离，使井眼轨迹光滑并精准中靶，优化了井身结构并完善了地质导向模型，对后期页岩油开发提供了新的参考资料和策略。 关键词：旋转导向系统；再深层页岩有水平井；应用 引言 旋转导向系统代表着石油钻井仪器的最高水平，尤其适用于高难度井，它对于提升钻井质量和钻井速度都有显著效果。目前成熟的产品有斯伦贝谢的PowerDrive，贝克休斯的AutoTrak，以及哈里伯顿的GeoPilot等系列产品。国内目前没有成熟产品，都属于研制阶段。旋转导向系统按导向方式可分为两大类:推靠式、指向式。国内对推靠式的研究居多。推靠式旋转导向系统的工作原理是调节钻井仪器上液压装置的推力，从而给钻头提供侧向力，控制钻头往设定的方向钻进，达到调整井斜角和方位角并控制井眼轨迹的目的。 1旋转导向钻井工具系统的信息传输原理 第一，在完成地面控制命令之后，进行数据资源的向下传输，保证井下信息接受的准确性；第二，信号下传系统不会影响钻井的正常工作；第三，系统在运用中具有较高的准确性、稳定性。在钻井作业的使用中，使用传统的通讯方法难以适用钻井环境。在钻井系统信号下传方法比较中，不同方法存在着优劣势的差异性，具体如下：在旋转导向钻井系统使用过程中，需要向地面发送控制指令，在以往信息传输的过程中，存在着数据量相对较小，而且，通讯速度要求不严格等问题。在旋转导向钻井系统使用中，需要考虑系统运用的可靠性、经济性等技术操作特点，实现钻井液脉冲信号下传方法的科学运用。 2旋转导向系统再深层页岩有水平井的应用 2.1地质环境特点与钻井工程 某井区夹持在小集断层与小集南断层之间，为西高东低的断块构造，地层东倾。目的层孔二段为深灰、黑灰色泥岩夹浅灰色粉细砂岩，细粒长英沉积岩及白云岩薄互层构成，烃源岩发育优质，是主要生油凹陷主体。利于孔二段自生自储形成页岩油。主体区，Ek21发育70～80m细粒沉积岩，分布稳定，具备较好的储集性能，储集空间以晶间孔、页理缝为主，其次为粒间(内)溶蚀孔、构造微裂缝、生物体腔孔等，脆性矿物含量高达90%以上，利于后期压裂改造。 2.2具体应用 为精确控制井眼轨迹，一开、二开使用MWD+马达组合，使得上直段井斜控制在2°以内，井深2950～3085m，井斜控制1．5°以内，从3085m开始造斜。基于上述施工难度，三开从3080～5465m使用旋转导向工具，见表1。轨迹控制分为造斜段和水平段。 表1 全井使用工具及参数
Φ178旋转导向钻井工具机械结构设计说明书
Φ178旋转导向钻井工具机械结构设计 摘要:旋转导向钻井技术是石油工业工程技术领域的关键技术之一，得到了石油钻井工程界的极大关注，发挥着越来越重要的作用，主要应用于水平井、大位移井、超深井、三维多目标井等复杂结构的井作业。本文综述了旋转导向钻井工具的国内外现状，闸明了在我国发展旋转导向钻井技术的重要性和必要性，介绍了它的工作原理及结构组成，指出了研制该工具的主要技术特点。调制式旋转导向钻井工具的导向执行机构是靠内外泥浆液压力差驱动的原理来实现的，这是旋转导向钻井工具能否正常工作的关键。所以，对其液压盘阀分配系统进行分析计算，及其在井下不同工况下所受的力进行分析计算。分析了旋转导向钻井系统的井下钻井工具系的偏置方式和导向方式，完成了导向执行机构机械部分的设计。 关键词:旋转导向钻井工具；机械结构设计；压力差；
Φ178 Rotary Steerable Drilling Tool Mechanical Structure Design Abstract:In many oil industry engineering filed key technologies,rotary steerable drilling technology is one that has been paid much attention to in recent years and exhibits more and more importance in oil drilling industry, mainly used in horizontal well,extended reach well,ultra-deep well ,3D multi-target well the complex structure of multi-lateral wells in wells operating. This paper reviews the domestic and international drilling tool status, illustrates the development of rotary steerable drilling technology of the importance and necessity to introduce the working principle and its composition, that the development of the main technical features of the tool. Modulated rotary steerable drilling tool driven by the executing agency is the pressure difference between inside and outside the mud fluid-driven principles to achieve, which is whether the drilling tool to work the key. Therefore,its hydraulic disc distribution system analysis and calculation, and its different working conditions in underground analyzing and calculating the force. Analysis of downhole rotary steerable drilling tool drilling system orientation bias way. Complete guide the design of mechanical parts of the implementing agencies. Key words: Rotary steering drilling tool；Mechanical parts design；Pressure difference
钻井设计
钻井工程设计指导 前言 一、钻井设备 二、井身结构设计 三、钻具组合设计 四、钻井液设计 五、钻井参数 六、油气井压力控制 七、固井设计 前言 钻井是石油、天然气勘探与开发的主要手段。钻井工程质量的优劣和钻井速度的快慢，直接关系到钻井成本的高低，油田勘探开发的综合经济效益及石油工业发展速度。 钻井程设计是钻井施工作业必须遵循的原则，是组织钻井生产和技术协作的基础，搞好单井预算和决算的唯一依据。钻井设计的科学性，先进性关系到一口井作业的成败和效益。科学钻井水平的提高，在一定程度上依靠钻井设计水平的提高。 搞好钻井工程设计也是提高技术管理和加强企业管理水平的一项重要措施，是钻井生产实现科学化管理的前提。 钻井工程设计应包括以下方面的内容： 1.地面井位的选择及钻井设备的确定； 2.井身结构的确定； 3.钻柱设计与下部钻具的组合； 4.钻井参数设计； 5.钻井液设计；
6.油气井压力控制； 7.固井设计； 一钻井设备 (一) 钻进设备的选择 钻井设备可以按设计及分类细分为若干部件系统。这些系统可分为： 1.动力系统； 2.起升系统； 3.井架及井架底座； 4.转盘； 5.循环系统； 6.压力控制系统。 这些系统是选择钻井设备的基础。钻井设备的选择主要依据钻机类型，地表条件及钻井设计所确定的最大载荷而定。 (二) 钻井设备选择实例 表1-1是大庆地区45110钻井队芳深三井的钻进设备记录。
二井身结构设计 (一) 井身结构确定的原则 1.能有效的保护油气层，使不同压力梯度的油气层不受泥浆污染损害。 2.应避免漏、喷、塌卡等情况发生，为全井顺利钻进创造条件，使钻井周期最短。 3.钻下部高压地层时所用的较高密度泥浆产生的液柱压力，不致压裂上一层管鞋处薄弱的露地层。 4.下套管过程中，井内泥浆液柱压力之间的压差，不致产生压差卡套管事故。 (二) 井身结构设计步骤 1.根据地区特点和井的自身条件，确定在保证工程需要的条件下应下几层套管，做出井身结构设计图。 2.确定套管尺及相应钻头尺寸。 3.确定各层套管的下入深度。 (三) 套管下入深度的确定方法 1.确定各套管下入深度初选点H ni
常见钻具组合及定向井
一、满眼钻具组合 又称刚性配合钻具或刚性满眼钻具,是一种安装在钻柱下部的刚度较大而且井径与钻柱外径之间间隙较小的防止井斜角和井眼曲率变大的一种钻具组合。 刚性满眼钻具一般是由几个外径与钻头直径相近的扶正器与一定长度外径较大的钻铤所组成。它的防斜原理是在钻头以上的下部钻柱上安装一定数量的扶正器，以扶正合钻铤；提高下部钻柱的刚度，减少其弯曲程度，以消除钻头的严重倾斜，使其能减小和限制由于钻柱弯曲而产生的增斜力，同时扶正器能支撑在井壁上，抗衡地层自然造斜力，以达到控制井斜在最小范围内变化的目的。 为了发挥满眼钻具的防斜作用，在钻具上至少要有三个稳定点，除在靠近钻头处有一个扶正器外，其上面应再安放两个扶正器才能保持有三点接触井壁。如果只有两点接触，钻柱就能循沿一条曲线，不能保证井眼的直线性。如果有三点接触，就能保证井眼的直线性和限制钻头的横向移动。 具体如下： 1.在垂直或接近垂直的井眼中钻具的防斜作用：当钻具在垂直或接近垂直的井眼中工作时，它的作用是保持井眼沿直线方向加深。上扶正器能抵消由于上扶正器以上的钻柱弯曲所产生的横向力，使上扶正器以下的钻柱居中，同时也帮助下扶正器抵消地层横向力。下扶正器的作用抵消地层横向力，限制钻头的横向移动，当地层造斜力不大时，满眼钻具能保持刚直居中状态，使钻头沿铅直方向钻进。 2. 增斜时钻具的防斜作用：当钻进时井斜较大的地层时，满眼钻具能有力地抵抗地层横向力，减小井斜的变化。在地层横向力的作用下，下扶正器和钻头靠向井壁高的一侧，抵抗地层横向力，限制钻头横向移动。同时地层横向力势必要扭弯下扶正器上的短钻铤，由于钻铤刚度大，能有力地抵抗此地层的横向力。中扶正器也帮助中扶正器以下的钻柱抵抗地层横向力。因此，限制了钻头的横向移动和侧斜。在已斜井眼内，钻具还有一个纠斜作用，这是由于上扶正器以上的钻铤因自重的作用靠在井壁低侧，并以上扶正器为支点将力下传，作用于上扶正器下的一根钻铤上有一个弯矩，此弯矩使中扶正器靠井壁高的一侧，再以中扶正器为支点将力下传使钻头趋向于井壁低的一侧，产生一个纠斜力。所以满眼钻具在增斜地层中，能限制井斜角的增大速度，可防止狗腿、键槽等现象的发生。
33.适用于旋转导向钻井工具的非接触式电能传输方法
万方数据
万方数据
第２１卷第２期陈红新等：适用于旋转导向钻井工具的非接触式电能传输方法１１５ Ｌ面ｄｉ十虿１，ｉｄ￡＋ｉ（￡）Ｒ—Ｖｏ（６）求解得 ｉ＝皂ｓｉｎ（叫ｔ）ｅ－÷（７） ６Ｕ』一 由式（７）可知，减小回路的电感对提高发射电流有着特别重要的意义。在设计时，发射线圈采用扁带线，以减小电感【４Ｊ。 在理论分析和计算的基础上，采用罗果夫斯基线圈【４’５］对发射线圈中的电流进行了测量。罗果夫斯基线圈的结构如图７所示，传输被测电流的导体从线圈中心穿过，设电流传输导线与罗果夫斯基线圈每匝中心的距离为ｒ，被测电流为ｉ（￡），则穿过线圈每匝的磁感应强度Ｂ，为 Ｂ，＝／ｚｉ（￡）／（２丌，．）（８） 图７用罗果夫斯墨线圈测量发射电流 感应电压乱（￡）与Ｂ，的关系为 “（￡）一，ｚＳ挚（９）根据式（８）可推出 础）＝筹掣ｔｉｔ＝Ｍ警（１０） Ｚ丁ｃｒａ￡ 式（１０）中，２为线圈匝数；Ｓ为每匝线圈的面积；Ｍ＝ｐｎＳ／（２ｒｔｒ）。 式（１０）中，示波器测出的电压配（￡）与被测电流ｉ（￡）的导数成正比，为了得到Ｕ（￡）与ｉ（￡）的正比关系，在电路中设置了Ｒ、Ｃ积分电路。当电缆的波阻抗Ｚ远远大于罗果夫斯基线圈的感抗∞Ｌ时，可略去测量线圈的内压降，认为Ｕ（￡）全部降落在Ｚ上。另外，通过对积分电路中Ｒ、Ｃ的选择可使Ｒ》１／（ｃＪＣ，因而可认为通过Ｃ的电流ｉｃ（￡）≈“（￡）／Ｒ，故Ｃ上的电压“ｃ（￡）为 “ｔ）一钟幽）一志弘ｍ 一志『Ｍ警一拦ｍ，…， 测量过程中需要消除强磁场在电缆外皮中产生的噪声电流而引起的共模干扰，这种噪声电流引起的电压降将耦合到被测信号上。干扰信号的大小与电缆的耦合阻抗有关，即 Ｚ—ＶＮ／ｔＮ（１２）式（１２）中，Ｖ。为噪声电压，ＪＮ为噪声电流。为消除干扰，采取了如下措施：采用双屏蔽电缆，减小感生电流和耦合阻抗；缩短接地回路，消除地电位升高而造成的影响。采用以上措施后获得良好的效果，对比情况如图８和图９所示。 ８ ４ －４ －８ 八八／＼八 ．Ｖ１Ｖ２Ｖ卜“Ｉ 图８采取抗干扰措施后的测试结果 图９未采取抗干扰措施的测试结果 ４结束语 针对导向钻井工具的特点，设计了一种适合于旋转件与非旋转件之间的非接触式电能发射系统。采用单片机、驱动电路、脉冲变压器、脉冲电容器等小体积、高电压、大电流器件，制作了高能量密度的电能发射装置，通过慢充电、快放电方式在发射线圈上产生冲击大电流。在理论分析和计算的基础上，采用罗果夫斯基线圈对发射电流进行了测量，测量过程中采用了良好的屏蔽和接地等噪声抑制措施，得到了满意的结果，发射线圈上的实测电流峰值为８ｋＡ。研究结果表明，包括发射线圈在内的电能发射电路的Ｒ、Ｌ、Ｃ等参数对发射电流的影响 （下转第１１９页） 万方数据