复合钻井技术研究及应用课件
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复合型钻井液体系的研究及现场应用
性 剂 一聚 合 物 络合 物 ， 因此 具 有 实 际 意 义 的表 面 活 性
剂 一 聚合 物体 系有 阳离 子表 面 活 性 剂 一 阴离 子 聚 电解 质 （ 十六烷 基三 甲基溴 化铵 （ ＴＡＢ ／ 如 Ｃ ） 聚丙 烯 酸 ） 和非 离 子 表 面 活性 剂 一 共 聚 物 （ 聚 氧 乙 烯 醇 醚／ 氧 乙 如 聚
新 型优 化钻井 液体 系 的 研究 基 于 聚合 物 与 表 面 活 性剂 混合体 系相互 作用 的原理 ， 原理 始 于 ２ 纪 ４ 该 ０世 ０ 年代 发现 蛋 白质 与 阴离 子 型表 面 活 性 剂 的相 互 作 用 。 ２ 纪 ５ 年 代 ， 聚合物 与表 面 活性剂 混 合 体 系的研 Ｏ世 Ｏ 对
＊ 收 稿 日期 ：０ １１一５ 修 回 日期 ：０ 卜１－７ ２ １－０ｌ ２ １ １１
选 择适 当 的聚合物 与 表 面活性 剂 可显 著 改 变 固体 的界
面行 为 ； 利用该类 体 系 ， 在 远低 于 表 面 活性 剂 临界 ③ 可 胶束 浓度 的条件下 实现增 溶 的 目的 ， 展 了表 面 活性剂 扩
究逐 渐转 向离子型 表 面活 性 剂 与非 离 子合 成 聚 合物 的 作用 。随后 ， 离子 型 聚合 物 和离子型 表面 活性剂 及聚合
物与 非离子 型表 面活性剂 相互 作用 的研究 也开展 起来 。
而有关 聚合 物与两 性 表 面活 性 剂相 互 作 用 的研 究则 是 ２ Ｏ世 纪 ９ 年 代才开 始 的 。近 年来 ， ０ 随着 现 代 分析 仪 器
泛， 近几 年来 发展也 很快 ， 已成 为钻 井液 工 艺 上 的重 要
在该 领域 的应用 ， 得该 类研 究 向纵 深 方 向 扩展 ， 使 即逐
复合钻井技术在延长油田的应用分析
文献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：Ｏ ６ ７８ （００ １— Ｏ ４— ０ １ ０— ９１ ２１ ）Ｏ １ ６ ３
不好， 增斜率 不 易掌握 ， 井 眼轨迹 控制 过 程 中滑动 在
由于受 地理 条 件 的限制 ，延 长油 田在 一个 井场 有 多 口定 向井 已很 常 见 。 由于 同一 井 场 井 位较 多 ，
认 为应 密切结 合地 质特 性 、 整钻进参 数 和优化 钻具 组合 。使 复合钻 井技 术在 延 长油 田发挥 提 高钻 速 、 调
缩短 建井 周期 和提 高经 济 效益 等优 势。
关键词 ： 复合钻 井 ； 地质 条件 ； 钻进 参数 ； 钻具 组 合
中图分 类号 ： ２２ ＴＥ ４
推 广 ， 四合一 ” 井 技术 逐 步 成 为 钻井 大 提 速 的重 “ 钻 要手 段 。“ 四合 一 ” 具 是在 原复 合导 向滑 动钻 具 的 钻 基础 上 ， 破 碎岩 石较 好 且寿 命较 长 的 Ｐ Ｃ替 代 了 用 Ｄ 牙轮 钻头 ， 并且 后缀 外 径较 小的 刚性 稳定 器 ， 短钻 用 铤 的长 度来 调 节 与螺 杆 稳 定 器之 间的 间 距 ， 从而 达
段长 ， 井身 剖面 控制难 度 较大 ， 施工 当中技 术人 员 由 于 要频 繁地调 整 轨迹 ， 动强度 太 大 。 加 上牙轮 钻 劳 再 头 的 寿命 有 限 ， 于镇 北 地 区 各 区块 正 常情 况 下 至 对 少 需 要三 趟 以上 的起 下钻 次 数 才 能完 成 一 口井 ， 而 且滑 动次 数多 ， 工效 率低 ， 施 已经 很难 适应 钻 井提速 发展 的要求 。 ０ ７年 随着钻 井大 提速 的进 一 步发 展 ２０ 和“ 四合一 ” 井技 术在 镇北 地 区成功 试验 并进 一步 钻
安全复合钻井技术
安全复合钻井技术本文通过对复合钻井技术的介绍，结合其施工特点，对复合钻进存在的不安全因索进行了剖析，在复合钻井施工的各个阶段，如何进行事故和复杂的预防，保证安全顺利地进行复合钻进，提供了一定的借鉴作用。
一、前言随着钻井技术的发展，高效钻头加螺杆钻具进行复合钻进，大幅度地提高了钻井速度，缩短了钻井周期，复合钻进技术日益得到了钻井队的认可，广大钻井工作者应用此项技术的热情很高。
由于对此项技术认识不够，给钻井施工造成了一些复杂和事故，如卡钻、掉钻具和出现井控问题等，制约了复合钻进技术的推广和应用，通过对复合钻进技术在现场的使用和研究，保证复合钻进的安全尤其重要，下面探讨一下如何安全地进行复合钻进。
二、复合钻进的特点复合钻进是利用高效钻头和螺杆钻具再加转盘钻进的一种钻井技术，可以钻进、定向而不用起下钻，机械钻速高，常常是普通钻井速度的几倍。
高效钻头主要是寿命长的牙轮钻头和PDC 钻头；螺杆钻具是高压泥浆通过螺杆与定子橡胶衬套的螺旋通道往下挤压，在压差下使螺杆产生一个工作扭矩，带动主轴旋转，使钻头工作。
目前，中原油田常用的螺杆钻具的转速一般在100-220 转／分，加上转盘的转速，因此在钻头仁的转速在150-270 转／分左右。
因此，只有使用高转速的牙轮钻头或PDC 钻头才较合适，从破岩机理上看，PDC 钻头优于牙轮钻头，机械钻速会成倍提高，是现有转盘转速无法比拟的，但也使钻头磨损加剧。
若使用单弯螺杆，其交变应力则易造成螺杆的疲劳破坏，操作不当，则易形成井下事故，如掉螺杆、钻具脱落等。
复合钻进机械钻速高，环空岩屑浓度高，易井漏；当接单根时间长时，泥浆易反喷，易造成井塌或沉砂片钻。
针对以上特点，我们在进行复合钻进时，应注意以下几点。
三、安全复合钻进技术1、复合钻进技术的使用范围在复合钻进时，螺杆钻具以上尽量不带扶正器。
在非定向井段，为避免螺杆发生复杂事故，建议在以下情况不要使用螺杆钻具，如：井下复杂：高压油气井段；易漏、易塌地层；地面设各有问题；1.25 度以上的单弯螺杆；使用时间过长的旧螺杆钻具等。
螺杆加PDC钻头复合钻进技术
i) 应使用地质综合录井仪 ,因为 PDC 钻头钻
58
第 9 卷第 4 期 陈养龙等. 螺杆加 PDC 钻头复合钻进技术 2002 年 7 月
进时的砂样较细 ,使用先进的录井仪可以帮助地 质人员更好地分析地层 ,同时有助于钻井操作人 员对井下工作状况进行正确地判断 。
关键词 钻井技术 螺杆钻具 PDC 钻头 技术应用
1 复合钻进技术
复合钻进技术 ,即螺杆加 PDC 钻头钻井技术 目前在一些油田被广泛使用 。其原因包括 :一是 高效 PDC 钻头对付某些地层的优势明显大于牙 轮钻头 ;二是近年来螺杆钻具的质量不断提高 ,寿 命大大加长 ,所以和 PDC 钻头匹配 ,可充分发挥 PDC 钻头的效能 ; 三是在深井 、小井眼中常规钻 井的动力损耗很大 ,并且容易出现套管磨损及钻 杆疲劳破坏 ,而复合钻进技术是利用井底马达直 接驱动钻头 ,动力损耗很小 ,改善了钻具在井下的 工况 ,从而提高了钻井的安全性 。螺杆钻进的同 时 ,启动转盘有以下目的 :防止钻具被卡 ,减少钻 具“偷压”;直井中防止井斜 ,维持钻头沿垂直方向 钻进 , 在定向井中的稳斜段维持钻头沿原井斜和 方位钻进 (使用弯螺杆) ;协助螺杆辅助钻进 。Ξ 复合钻进技术目前主要用于 : ①中深部地层 的快速钻进 ; ②大倾角易斜地层中的防斜快打 ; ③ 定向井中造完斜后原钻具的直接稳斜钻进 ; ④深 井 、小井眼中的高效钻进 。
57
2002 年 7 月 断
块
油
气
田 第 9 卷第 4 期
过螺杆钻具允许的最大排量 ,可考虑选用带分流 孔的空心转子螺杆钻具来解决大排量问题 。目前 所用的螺杆钻具主要有 L Z 系列钻具 、迪那 (D Y2
NA) 钻具和纳维 (NAV Y) 钻具等 ,表 1 是 L Z 系列 常用的直螺杆钻具的基本参数 ,基本型号相同的 弯螺杆也可以参考 。
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第 9 卷第 4 期 陈养龙等. 螺杆加 PDC 钻头复合钻进技术 2002 年 7 月
进时的砂样较细 ,使用先进的录井仪可以帮助地 质人员更好地分析地层 ,同时有助于钻井操作人 员对井下工作状况进行正确地判断 。
关键词 钻井技术 螺杆钻具 PDC 钻头 技术应用
1 复合钻进技术
复合钻进技术 ,即螺杆加 PDC 钻头钻井技术 目前在一些油田被广泛使用 。其原因包括 :一是 高效 PDC 钻头对付某些地层的优势明显大于牙 轮钻头 ;二是近年来螺杆钻具的质量不断提高 ,寿 命大大加长 ,所以和 PDC 钻头匹配 ,可充分发挥 PDC 钻头的效能 ; 三是在深井 、小井眼中常规钻 井的动力损耗很大 ,并且容易出现套管磨损及钻 杆疲劳破坏 ,而复合钻进技术是利用井底马达直 接驱动钻头 ,动力损耗很小 ,改善了钻具在井下的 工况 ,从而提高了钻井的安全性 。螺杆钻进的同 时 ,启动转盘有以下目的 :防止钻具被卡 ,减少钻 具“偷压”;直井中防止井斜 ,维持钻头沿垂直方向 钻进 , 在定向井中的稳斜段维持钻头沿原井斜和 方位钻进 (使用弯螺杆) ;协助螺杆辅助钻进 。Ξ 复合钻进技术目前主要用于 : ①中深部地层 的快速钻进 ; ②大倾角易斜地层中的防斜快打 ; ③ 定向井中造完斜后原钻具的直接稳斜钻进 ; ④深 井 、小井眼中的高效钻进 。
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2002 年 7 月 断
块
油
气
田 第 9 卷第 4 期
过螺杆钻具允许的最大排量 ,可考虑选用带分流 孔的空心转子螺杆钻具来解决大排量问题 。目前 所用的螺杆钻具主要有 L Z 系列钻具 、迪那 (D Y2
NA) 钻具和纳维 (NAV Y) 钻具等 ,表 1 是 L Z 系列 常用的直螺杆钻具的基本参数 ,基本型号相同的 弯螺杆也可以参考 。
涡轮钻具复合钻井技术及其在塔河油田的应用
内（ 为涡轮定 、 转子的无 冲击转速） 使其达到最佳工 ， 作效率 ， 钻头实现最佳工作状态 ， 即获得最好的机械钻 速， 这便是涡轮钻具复合钻进最佳工况＿ 。涡轮钻具复 ２ ］
合 钻井 时 ， 盘 转 速 最好 控 制 在 ３ ～ ７ｒｍｉ， 则 上 转 Ｏ ０／ ｎ 原
井 眼越深 、 井斜 越 大 、 眼越 小 ， 盘 转 速则 越 低 ， 井 井 转 钻
无橡胶元件 ， 全金属的涡轮钻具耐高温 ， 适合在深井、 超
深井 、 高温环境和复杂地质条件下钻进。一体式 Ｐ Ｃ Ｄ 、
Ｂ Ｃ和 天然金 刚石 钻 头 均 是 以切 削方 式 破 岩 ， 作 时 Ｄ 工 需要 的钻 压小 、 转速 高 、 量低 ［ ， 能 １ 正好 与涡 轮钻具 的输 ］ 出特 性相 匹配 。所 以 ， 用 涡 轮 钻 具 的高 转 速特 性 ， 利 配
转速高 、 钻压小。因此 ， 从作用机理上讲 ， 井下动力钻具
配合高效钻头技术既可实现“ 轻压吊打” 又可实现“ ， 防 斜打 陕” 即将 优质 与高效 有机 地结合 起来 。近 年来 ， ， 在
西部油 田新 区 ， 了实 现 防斜 打快 的 目的 ， 直 螺杆 钻 为 对“ 具＋Ｐ Ｃ钻 头 ” 常规 涡 轮钻 具 ＋Ｐ Ｃ钻 头 ” 术 进 Ｄ 和“ Ｄ 技
们 可独立装 配与运ห้องสมุดไป่ตู้输 ， 在井 口通过 丝扣 联接 。涡轮 节是
液流量在 满足 钻井 要求 的情 况下越 大越好 。 在采 用 涡轮钻 具钻进 的同时 ， 动转 盘或 顶驱有 如 启 下 优点 ［ ： 防止 钻 具 卡 钻 ， 少 钻具 对 井 壁 的粘 附 作 ３① ］ 减
动力源， 输出高转速的动能 ； 支承节 主要承受涡轮的轴
钻井课件ppt
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术是指在钻井过程中，通过控制钻井液压力，使地层压力 高于钻井液柱压力，从而在钻头处形成负压，有利于提高钻速和保护油 气层的钻井技术。
欠平衡钻井设备
欠平衡钻井设备包括旋转控制头、液气分离器和注氮装置等，用于控制 钻井液压力和分离气体。
03
欠平衡钻井技术的应用
环境保护
在钻井过程中，采取有效措施减少对环境的污染和破坏，如控制 噪音、减少废水和废气的排放等。
资源利用
合理利用资源，提高钻井效率，降低能耗和资源消耗。
可持续发展
遵循可持续发展的原则，确保钻井工程的长期效益和社会责任。
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工程设计
总结词
工程设计是根据地质设计和其他相关资 料，制定出具体的钻井工程方案和施工 计划。
VS
详细描述
工程设计是钻井工程的关键环节，它涉及 到钻井设备选择、钻井工艺确定、钻井液 体系选择、钻头类型选择、钻井参数优化 等多个方面。在工程设计中，需要充分考 虑地质条件、工程要求、安全环保等因素 ，制定出科学、合理、可行的钻井工程方 案和施工计划。
钻井液设计
总结词
钻井液设计是根据地质设计和工程设计的要求，选择合适的钻井液体系和配方，以满足 钻井工程的需要。
详细描述
钻井液是钻井工程中的重要组成部分，它具有携带岩屑、平衡地层压力、冷却钻头等作 用。在钻井液设计中，需要根据地质条件和工程要求，选择合适的钻井液体系和配方， 以满足钻井工程的需要。同时，还需要对钻井液的性能进行监测和控制，以确保钻井工
钻井课件
contents
目录
• 钻井基础知识 • 钻井工艺流程 • 钻井设备与工具 • 钻井工程设计 • 钻井工程实践 • 钻井工程管理与安全
钻井新技术PPT课件PPT精品文档77页
AutoTrak闭环轨迹控制工具
结构、原理 第三代改进 工作性能及特点 强化地质及工程测量 应用实例
DOWN LOAD DATA
What Is The AutoTrak System?
The AutoTrak Rotary Closed Loop Drilling
System is an integrated Drilling and Formation Evaluation MWD system that provides precise directional control with continuous drill string rotation.
避免出砂，或者降低出砂几率
出砂量与井眼附近的流体流速成正比。由于水平井的 泻油长度远远大于垂直井的泻油长度，因而水平井井 壁附近的流体流速远远小于直井井壁附近的流体流速
水平井钻井技术
大位移井钻井技术
主要内容
大位移井的基本概念 大位移井在国内外的应用情况 大位移井的关键技术
井壁稳定 轨迹设计 摩阻扭矩分析 钻柱设计 轨迹控制 井眼净化 技术套管下入及保护
钻柱设计
钻具接头的平衡连接技术 采用高摩擦系数的螺纹脂 高扭矩接头 高强度钻杆
大位移井的关键技术（续）
井壁稳定技术
地层坍塌压力、地层压力、地层破裂压力 井壁稳定风险评价 钻井液与地层之间的水化作用 井壁稳定风险评价
井眼净化技术 摩阻扭矩实时监测 技术套管下入及保护
大位移井轨迹控制
藏条件
水平井的分类
中半径水平井
造斜率：6° /30m－20 ° /30m 应用范围：水平位移较大的水平井 钻具组合：常规的钻具组合（弯外壳、导
向钻具组合） 测量工具：常规测量工具（单点、多点、
滑动导向复合钻井技术应用分析
不同钻具结构的变化规律 对比
滑动导 向钻具复合钻井工艺是采用单弯螺杆＋ 带键直接头 ， 通过转盘的开、 ， 关 达到滑动式导 向钻 进和复合钻进 。 在钻头允许的条件下 ， 可完成二开直 井段 、 造斜 、 斜 钻 进 。期 间可 以 随 时调 整 井斜 、 增 方
位。
构滑
鞭
鞭
转速 ： ２档 ６ ｒ ｍｉ ０／ ｎ 泵压 ：． ＂８ ０ ａ ６ ０ ． ＭＰ
￣ ２ ｍｍＤＰ １７ ＋方 钻杆 在 使 用 中 ， 对 以上 四种 钻具 结 构 在 实 际应 用 针
中的优 缺点 ， 了一 定 的改进 。 作 钻具 组合 ① 为稳斜 钻 具， 但影 响测 斜方 位 的准 确性 。 钻具 组合 ② 、 、 的 ③ ④ 增 斜率 不易 控 制 。 此 ， 计 了新 尺寸 的扶 正器 及短 为 设 钻 铤 。为实 现 一趟钻 而设 计 的钻具 组合 为 ⑤２ ６ １ｍｍ
② ￣ １ｍｍＢ Ｔ＋５ Ｚ ６ ×７ ０ ８ ３ ｍ） ３ ２６ Ｉ Ｌ １ ５ ． （ ． ０ ＋４ １
＊４ ０ ６ ＋ １ ５ ６ ｍｍ ＮＤＣ （ — １ ｍ ） ＋ ￣１ ５ ９ ０ ６ ｍｍＤＣ ＊ ６
使钻 头轴 承 的磨 损加剧 ， 因此转 盘转 速 不宜 过高 ， 同
柱 ＋￣ ２ ｍｍＷＤ １７ Ｐ＊３ ＋ ２ ｍｍＤＰ 柱 １７ ＋方 钻杆 ③ ￣ １ ｍｍＢ Ｔ＋５ Ｚ ６ ×７ ０ ８ ３ ｍ） ４ １ ２６ Ｉ Ｌ １ ５ ． （ ． ０ ＋ ３ ＊４ ０ ￣ ６ ｍｍＮＤＣ（ — １ ｍ） ￣ １ ｍｍ 稳 定 器 ６ ＋ １５ ９ ０ ＋￣ ２ ２
＋ ￣ ６ ｍｍＤ ＊ ６柱 ＋ ￣ ２ｍｍＷＤＰ ＊ ３柱 ＋ １５ Ｃ １７
￣ ２ ｍｍＤＰ １７ ＋方 钻杆
滑动导 向钻具复合钻井工艺是采用单弯螺杆＋ 带键直接头 ， 通过转盘的开、 ， 关 达到滑动式导 向钻 进和复合钻进 。 在钻头允许的条件下 ， 可完成二开直 井段 、 造斜 、 斜 钻 进 。期 间可 以 随 时调 整 井斜 、 增 方
位。
构滑
鞭
鞭
转速 ： ２档 ６ ｒ ｍｉ ０／ ｎ 泵压 ：． ＂８ ０ ａ ６ ０ ． ＭＰ
￣ ２ ｍｍＤＰ １７ ＋方 钻杆 在 使 用 中 ， 对 以上 四种 钻具 结 构 在 实 际应 用 针
中的优 缺点 ， 了一 定 的改进 。 作 钻具 组合 ① 为稳斜 钻 具， 但影 响测 斜方 位 的准 确性 。 钻具 组合 ② 、 、 的 ③ ④ 增 斜率 不易 控 制 。 此 ， 计 了新 尺寸 的扶 正器 及短 为 设 钻 铤 。为实 现 一趟钻 而设 计 的钻具 组合 为 ⑤２ ６ １ｍｍ
② ￣ １ｍｍＢ Ｔ＋５ Ｚ ６ ×７ ０ ８ ３ ｍ） ３ ２６ Ｉ Ｌ １ ５ ． （ ． ０ ＋４ １
＊４ ０ ６ ＋ １ ５ ６ ｍｍ ＮＤＣ （ — １ ｍ ） ＋ ￣１ ５ ９ ０ ６ ｍｍＤＣ ＊ ６
使钻 头轴 承 的磨 损加剧 ， 因此转 盘转 速 不宜 过高 ， 同
柱 ＋￣ ２ ｍｍＷＤ １７ Ｐ＊３ ＋ ２ ｍｍＤＰ 柱 １７ ＋方 钻杆 ③ ￣ １ ｍｍＢ Ｔ＋５ Ｚ ６ ×７ ０ ８ ３ ｍ） ４ １ ２６ Ｉ Ｌ １ ５ ． （ ． ０ ＋ ３ ＊４ ０ ￣ ６ ｍｍＮＤＣ（ — １ ｍ） ￣ １ ｍｍ 稳 定 器 ６ ＋ １５ ９ ０ ＋￣ ２ ２
＋ ￣ ６ ｍｍＤ ＊ ６柱 ＋ ￣ ２ｍｍＷＤＰ ＊ ３柱 ＋ １５ Ｃ １７
￣ ２ ｍｍＤＰ １７ ＋方 钻杆
河坝区块复合钻井技术应用及分析
区块 3
口
最 高达 到 4
、
．
(17
ln
为此
井 应 用 复 合 钻 井技 术 的 情 况
，
，
对 常规 和 复 合 钻 井 的 机 械 钻 速
井 身质 量 进 行 了 计 算 对 比
。
客 观 评 价 了复
合 钻 井的 应 用 效 果
并 为 陆 相 和 海 相 地 层 的 复合 钻 井推 荐 了 合 适 的 钻 具 组 合
m m
HJ T 5 3 7 G
钻头+ 0
m m
244
m m
胶 结 良好
、
研 磨性 强
、
可钻性差
，
、
地层倾角大
，
+
m m
0 228 6
．
m m
DC
+
×
2
．
根
m m
+
0 3 10
DC
×
螺扶
+
．
+
同 的 岩性 呈 现 不 等厚 互 层
层
”
软硬 变化 大
易 出现 井
DC
x
×
4
根
0 203 2
．
6
根
0 13 9 7
，
螺杆钻具 的功率 发 挥 因此 受
钻井井 段 ( m )
～
． ．
钻压
(k N )
-
转速
(r
／r in a
-
排量 )
．
到影 响
2
．
( L ／s )
32 23
～ ．
．
泵压 (MP a )
口
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、
．
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ln
为此
井 应 用 复 合 钻 井技 术 的 情 况
，
，
对 常规 和 复 合 钻 井 的 机 械 钻 速
井 身质 量 进 行 了 计 算 对 比
。
客 观 评 价 了复
合 钻 井的 应 用 效 果
并 为 陆 相 和 海 相 地 层 的 复合 钻 井推 荐 了 合 适 的 钻 具 组 合
m m
HJ T 5 3 7 G
钻头+ 0
m m
244
m m
胶 结 良好
、
研 磨性 强
、
可钻性差
，
、
地层倾角大
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+
m m
0 228 6
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DC
x
×
4
根
0 203 2
．
6
根
0 13 9 7
，
螺杆钻具 的功率 发 挥 因此 受
钻井井 段 ( m )
～
． ．
钻压
(k N )
-
转速
(r
／r in a
-
排量 )
．
到影 响
2
．
( L ／s )
32 23
～ ．
．
泵压 (MP a )
深井涡轮钻具复合钻进技术应用
实 施复合 钻 进 ， 实现 了防斜 打 快 、 降低 钻 井综 合 成 本 的
目的。
前 苏联 涡轮钻 具技 术研 发及应用处 于世界 前列 ， 涡
使用高速涡轮配孕镶金刚石钻头钻进 ， 机械钻速达 到 ０ ７ｍ／ ， ．４ ｈ提高了钻井速度。 ２ 准 噶尔盆 地试验 应用 深井 高密 度钻 井液条 件下钻具 循环 压耗高 ， 加之 涡 轮钻具本 身 压降大 ， 因此 ， 深井 使 用 涡轮 钻 具对 机 泵 能 力要求 也较 高 。 涡轮钻 具转速 与排量 成正 比， 出扭 矩及 压降 与排 输 量 的平 方成 正 比， 功率 与钻 进 排 量成 三 次方 关 系 ， 量 排 的变 化对功 率影 响较大 。在保证 清岩 、 携岩前 提下 可选 择涡 轮钻具 最大 功率 时 的排 量 作 为钻 进 排量 。涡轮 钻 具转 速为 其 空 转 转 速 一 半 时 ， 率最 大 。在 恒 定 排 量 功 下， 涡轮钻 具 的每个转 速 对应 一 个 钻压 值 ， 可确 定 出 故 在 此情况 下 的最 优 钻压 值 。涡 轮钻 具 机 械钻 速 与钻 压 间存 在对 应关 系 ， 钻压增 加 、 机械钻 速增加 ， 当钻压 达 到 某 一值 时 ， 机械 钻速 达到最 大值 。 由于深井 起 下 钻 时 间 长 ， 保 证 涡 轮 钻 具 正 常 工 为 作， 施工前 需要 综合考 虑钻 头推荐 排量 和环空 上返流 速 要 求 、 具使 用情况 和 地 面设 备 能力 ， 必 须满 足 涡 轮 钻 除 钻具 压降外 ， 要综 合 计算 立 压 、 环 压耗 、 头 压 降 、 需 循 钻 涡轮钻 具压 降 的关 系 ， 合理 选 择 相关 参 数 ， 制定 详 细 的 施工 方案 。
＊ 收 稿 日期 ：０ 卜１—３ ２ １ ０ １
目的。
前 苏联 涡轮钻 具技 术研 发及应用处 于世界 前列 ， 涡
使用高速涡轮配孕镶金刚石钻头钻进 ， 机械钻速达 到 ０ ７ｍ／ ， ．４ ｈ提高了钻井速度。 ２ 准 噶尔盆 地试验 应用 深井 高密 度钻 井液条 件下钻具 循环 压耗高 ， 加之 涡 轮钻具本 身 压降大 ， 因此 ， 深井 使 用 涡轮 钻 具对 机 泵 能 力要求 也较 高 。 涡轮钻 具转速 与排量 成正 比， 出扭 矩及 压降 与排 输 量 的平 方成 正 比， 功率 与钻 进 排 量成 三 次方 关 系 ， 量 排 的变 化对功 率影 响较大 。在保证 清岩 、 携岩前 提下 可选 择涡 轮钻具 最大 功率 时 的排 量 作 为钻 进 排量 。涡轮 钻 具转 速为 其 空 转 转 速 一 半 时 ， 率最 大 。在 恒 定 排 量 功 下， 涡轮钻 具 的每个转 速 对应 一 个 钻压 值 ， 可确 定 出 故 在 此情况 下 的最 优 钻压 值 。涡 轮钻 具 机 械钻 速 与钻 压 间存 在对 应关 系 ， 钻压增 加 、 机械钻 速增加 ， 当钻压 达 到 某 一值 时 ， 机械 钻速 达到最 大值 。 由于深井 起 下 钻 时 间 长 ， 保 证 涡 轮 钻 具 正 常 工 为 作， 施工前 需要 综合考 虑钻 头推荐 排量 和环空 上返流 速 要 求 、 具使 用情况 和 地 面设 备 能力 ， 必 须满 足 涡 轮 钻 除 钻具 压降外 ， 要综 合 计算 立 压 、 环 压耗 、 头 压 降 、 需 循 钻 涡轮钻 具压 降 的关 系 ， 合理 选 择 相关 参 数 ， 制定 详 细 的 施工 方案 。
＊ 收 稿 日期 ：０ 卜１—３ ２ １ ０ １
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复合钻井技术研究及应用
复合钻井技术研究及应用
汇报主要内容
• 概述 • 复合钻井技术优势 • 理论研究情况 • 钻具组合特性 • 现场应用效果
复合钻井技术研究及应用
概述
复合钻井技术依靠转盘与井下动力钻具的复合运动，驱动钻 头共同破岩，提高破岩效率，应用预弯曲井下动力钻具，增加了 对钻头的导向能力控制，通过对复合运动情况下钻柱准动力学、 动力学原理分析，使钻头的产生的侧向力克服地层造斜力，从而 推动钻头沿设计轨迹的方向运动，实现直井中防斜打快，斜井中 轨迹控制。配合高效PDC钻头与MWD等工具，可简化施工工序、实 现一套钻具组合完成定向、增斜、稳斜、降斜钻井施工工序，从 而缩短钻井周期、提高机械钻速，节约钻井成本。
复合钻井技术研究及应用
技术优势
• 复合钻井的技术优势有： • 1、实现复合钻井增斜，缩短滑动钻进井段，增斜率最
高可达到5~6°/100米； • 2、明显改善井身质量，不但保证中靶，而且缩小全角
变化率，起下钻变得相对容易； • 3、在直井防斜打快中应用，在上部或中部井段应用复
合钻井技术，先期控制井眼轨迹，减少在可钻性差的地 层的扭方位作业； • 4、是在防碰绕障井应用，下入合适的钻具组合复合钻 井，绕障时不需起下钻作业，方便准确。
复合钻井技术研究及应用
准动力学模型
导向力计算模型：
Fs
1 n
Fs2Fs2
s arcF tsa /n F s ()
2
Fs
F()
0
2
Fs
F()
0
复合钻井技术研究及应用
准动力学模型
合导向力仿真结果：
：
复合钻井技术研究及应用
动力学模型
钻柱振动物理模型：
复合钻井技术研究及应用
动力学模型
钻柱振动物理模型：
双稳定器钻具组合参数对侧向力的影响
螺杆接无磁钻铤接欠尺寸稳定器
近钻头稳定器与井壁间隙对侧向力的影响
（小井斜）
F2
侧向力（KN） -2.5 -1.5 -0.5 0.5 1.5
δ1（mm）
2
2.5
3
3.5
L2
4
F1 L1
复合钻井技术研究及应用
双稳定器钻具组合参数对侧向力的影响
螺杆接无磁钻铤接欠尺寸稳定器 远钻头稳定器与井壁间隙对侧向力的影响（小井斜）
该钻具组合在非易斜地区钻进，直井段有防斜作用， 可直接定向，井斜达到一定程度后复合钻井可增斜。 增斜侧向力随井斜角的增加而增加。随稳定器与井 壁间隙的增加降斜侧向力逐步增加，随稳定器与井 底距离的增加侧向力逐渐减小。
复合钻井技术研究及应用
复合钻井钻具组合特性分析
双稳定器钻具组合参数对侧向力的影响
近钻头稳定器距井底距离对侧向力的影响
复合钻井技术研究及应用
三维静力学模型
钻头侧向力：
S x 1 E 1 I 1 U 1 0 M tV 1 i 0 B 1 U 1 0
S y 1 E 1 I 1 V 1 '''0 M t iU 1 ''0 B 1 V 1 '0
钻头侧向力加权余量解：
F 6 a 1E 3 iIi 2 b 1M 2t1 a 1B 1 1
侧向力（KN） -0.25
复合钻井技术研究及应用
技术优势
• 5、在长稳斜井段应用复合钻井技术，利用其较好的稳 斜稳方位效果，既可不下入三稳定器满眼钻具组合，还 可有效控制井眼轨迹；
• 6、在三开井中应用复合钻井技术，既可提高机械钻速， 又可减少对技术套管的磨损；
• 7、 减少了钻具失效：在定向井中应用提高了机械钻速， 减少了钻具在弯曲井段的磨损时间，降低了转盘转数， 大大减少了钻具受交变应力次数，使用螺杆配合欠尺寸 的稳定器稳斜钻进，与满眼钻具相比大大减少了钻具所 受扭矩，从而整体改善了钻具受力情况。
侧向力（KN）
δ1（mm）
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
2
2.5
3
3.5
4
F2
远钻头稳定器与井壁间隙对侧向力的影响
侧向力（KN）
δ2（mm）
L2
-8.5
-8.3
-8.1
-7.9 -7.7
F1
-7.5
-7.3 -7.1
L1
2
2.5
3
3.5
4
复合钻井技术研究及应用
复合钻井钻具组合特性分析
• 双稳定器单弯螺杆钻具做力学分析结论如下： • 1）、稳定器直接接在螺杆两端，无论是直井段还是在一定
侧向力（KN）
L1（m）
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
0.9
0.95
1
1.05
1.1
1.15
1.2
F2
稳定器之间距离对侧向力的影响
L2
侧向力（KN） -10
L2（m）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
-9
F1
-8
L1
-7
5.5
6
6.5
7
7.5
8
复合钻井技术研究及应用
复合钻井钻具组合特性分析
双稳定器钻具组合参数对侧向力的影响
近钻头稳定器与井壁间隙对侧向力的影响
复合钻井技术研究及应用
复合钻井钻具组合特性分析
单稳定器钻具组合井斜对侧向力的影响
侧向力（KN） -2.5
-2
-1.5
0
1
2
3
井斜（°）
侧向力（KN） 3
2
1
0
F1
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 井斜（°）
L1
复合钻井技术研究及应用
复合钻井钻具组合特性分析
井斜情况下，钻具体现降斜特征。 • 2）、随近钻头稳定器距井底距离的增加，降斜侧向力逐渐
减小；随两稳定器间距离的增加，降斜侧向力逐渐减小。 • 3）、随近钻头稳定器距井壁间隙的增加，降斜侧向力逐渐
增加；随远钻头稳定器距井壁间隙的增加，降斜侧向力逐渐 减小。
复合钻井技术研究及应用
复合钻井钻具组合特性分析
复合钻井技术研究及应用
动力学模型
常规钻具组合动力学模型：
[( r '' 2 i r i r r '2 ) |r ' i r |( r ' i r ) Q k ] eix ) p(
2exip (i0)iQ g
连续导向钻具组合动力学模型：
[( r '' ir '' 2 i'r ' r'2 )r ' ir '( r ' ir ') Q k ]ex i)p( ( a)2 ex i p i0 )( iQ g
F 6 b 1E 3 iIi 2 b 1M 2t1 a 1B 1 1
利用以上方程组就可求解出连续导向钻具组合在某一瞬时的钻头 侧向力 。
复合钻井技术研究及应用
准动力学模型
复合钻井导向钻具组合的 特点可以归纳为一个导向工具 面不断有规律改变的过程，其 总体导向效果可用钻柱旋转一 周内钻头上的合导向力矢量来 表述。
复合钻井技术研究及应用
汇报主要内容
• 概述 • 复合钻井技术优势 • 理论研究情况 • 钻具组合特性 • 现场应用效果
复合钻井技术研究及应用
概述
复合钻井技术依靠转盘与井下动力钻具的复合运动，驱动钻 头共同破岩，提高破岩效率，应用预弯曲井下动力钻具，增加了 对钻头的导向能力控制，通过对复合运动情况下钻柱准动力学、 动力学原理分析，使钻头的产生的侧向力克服地层造斜力，从而 推动钻头沿设计轨迹的方向运动，实现直井中防斜打快，斜井中 轨迹控制。配合高效PDC钻头与MWD等工具，可简化施工工序、实 现一套钻具组合完成定向、增斜、稳斜、降斜钻井施工工序，从 而缩短钻井周期、提高机械钻速，节约钻井成本。
复合钻井技术研究及应用
技术优势
• 复合钻井的技术优势有： • 1、实现复合钻井增斜，缩短滑动钻进井段，增斜率最
高可达到5~6°/100米； • 2、明显改善井身质量，不但保证中靶，而且缩小全角
变化率，起下钻变得相对容易； • 3、在直井防斜打快中应用，在上部或中部井段应用复
合钻井技术，先期控制井眼轨迹，减少在可钻性差的地 层的扭方位作业； • 4、是在防碰绕障井应用，下入合适的钻具组合复合钻 井，绕障时不需起下钻作业，方便准确。
复合钻井技术研究及应用
准动力学模型
导向力计算模型：
Fs
1 n
Fs2Fs2
s arcF tsa /n F s ()
2
Fs
F()
0
2
Fs
F()
0
复合钻井技术研究及应用
准动力学模型
合导向力仿真结果：
：
复合钻井技术研究及应用
动力学模型
钻柱振动物理模型：
复合钻井技术研究及应用
动力学模型
钻柱振动物理模型：
双稳定器钻具组合参数对侧向力的影响
螺杆接无磁钻铤接欠尺寸稳定器
近钻头稳定器与井壁间隙对侧向力的影响
（小井斜）
F2
侧向力（KN） -2.5 -1.5 -0.5 0.5 1.5
δ1（mm）
2
2.5
3
3.5
L2
4
F1 L1
复合钻井技术研究及应用
双稳定器钻具组合参数对侧向力的影响
螺杆接无磁钻铤接欠尺寸稳定器 远钻头稳定器与井壁间隙对侧向力的影响（小井斜）
该钻具组合在非易斜地区钻进，直井段有防斜作用， 可直接定向，井斜达到一定程度后复合钻井可增斜。 增斜侧向力随井斜角的增加而增加。随稳定器与井 壁间隙的增加降斜侧向力逐步增加，随稳定器与井 底距离的增加侧向力逐渐减小。
复合钻井技术研究及应用
复合钻井钻具组合特性分析
双稳定器钻具组合参数对侧向力的影响
近钻头稳定器距井底距离对侧向力的影响
复合钻井技术研究及应用
三维静力学模型
钻头侧向力：
S x 1 E 1 I 1 U 1 0 M tV 1 i 0 B 1 U 1 0
S y 1 E 1 I 1 V 1 '''0 M t iU 1 ''0 B 1 V 1 '0
钻头侧向力加权余量解：
F 6 a 1E 3 iIi 2 b 1M 2t1 a 1B 1 1
侧向力（KN） -0.25
复合钻井技术研究及应用
技术优势
• 5、在长稳斜井段应用复合钻井技术，利用其较好的稳 斜稳方位效果，既可不下入三稳定器满眼钻具组合，还 可有效控制井眼轨迹；
• 6、在三开井中应用复合钻井技术，既可提高机械钻速， 又可减少对技术套管的磨损；
• 7、 减少了钻具失效：在定向井中应用提高了机械钻速， 减少了钻具在弯曲井段的磨损时间，降低了转盘转数， 大大减少了钻具受交变应力次数，使用螺杆配合欠尺寸 的稳定器稳斜钻进，与满眼钻具相比大大减少了钻具所 受扭矩，从而整体改善了钻具受力情况。
侧向力（KN）
δ1（mm）
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
2
2.5
3
3.5
4
F2
远钻头稳定器与井壁间隙对侧向力的影响
侧向力（KN）
δ2（mm）
L2
-8.5
-8.3
-8.1
-7.9 -7.7
F1
-7.5
-7.3 -7.1
L1
2
2.5
3
3.5
4
复合钻井技术研究及应用
复合钻井钻具组合特性分析
• 双稳定器单弯螺杆钻具做力学分析结论如下： • 1）、稳定器直接接在螺杆两端，无论是直井段还是在一定
侧向力（KN）
L1（m）
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
0.9
0.95
1
1.05
1.1
1.15
1.2
F2
稳定器之间距离对侧向力的影响
L2
侧向力（KN） -10
L2（m）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
-9
F1
-8
L1
-7
5.5
6
6.5
7
7.5
8
复合钻井技术研究及应用
复合钻井钻具组合特性分析
双稳定器钻具组合参数对侧向力的影响
近钻头稳定器与井壁间隙对侧向力的影响
复合钻井技术研究及应用
复合钻井钻具组合特性分析
单稳定器钻具组合井斜对侧向力的影响
侧向力（KN） -2.5
-2
-1.5
0
1
2
3
井斜（°）
侧向力（KN） 3
2
1
0
F1
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 井斜（°）
L1
复合钻井技术研究及应用
复合钻井钻具组合特性分析
井斜情况下，钻具体现降斜特征。 • 2）、随近钻头稳定器距井底距离的增加，降斜侧向力逐渐
减小；随两稳定器间距离的增加，降斜侧向力逐渐减小。 • 3）、随近钻头稳定器距井壁间隙的增加，降斜侧向力逐渐
增加；随远钻头稳定器距井壁间隙的增加，降斜侧向力逐渐 减小。
复合钻井技术研究及应用
复合钻井钻具组合特性分析
复合钻井技术研究及应用
动力学模型
常规钻具组合动力学模型：
[( r '' 2 i r i r r '2 ) |r ' i r |( r ' i r ) Q k ] eix ) p(
2exip (i0)iQ g
连续导向钻具组合动力学模型：
[( r '' ir '' 2 i'r ' r'2 )r ' ir '( r ' ir ') Q k ]ex i)p( ( a)2 ex i p i0 )( iQ g
F 6 b 1E 3 iIi 2 b 1M 2t1 a 1B 1 1
利用以上方程组就可求解出连续导向钻具组合在某一瞬时的钻头 侧向力 。
复合钻井技术研究及应用
准动力学模型
复合钻井导向钻具组合的 特点可以归纳为一个导向工具 面不断有规律改变的过程，其 总体导向效果可用钻柱旋转一 周内钻头上的合导向力矢量来 表述。