底部钻具组合设计共77页文档
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 wells1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：无磁钻铤长度为9.1m；仪器位置距无磁钻铤底部3.3m。
定向井钻具组合
定向井钻具组合下组合原则：1、二开双扶钟摆和18米单扶钟摆由井队自己选择。
2、PDC钻头下18米或8米单扶由井队自己选择。
3、钻铤的数量保证在最高钻压为钻铤重量的80%。
一、直井段1 ∮216 BIT（三牙轮钻头）+挡板+∮177.8mm无磁钻铤*1跟+∮177.8mm钻铤*1根+∮214mm扶正器+∮177.8钻铤*2 2/3柱+∮165钻铤*2柱+钻杆2 ∮216 PDC+挡板+∮177.8mm无磁钻铤+∮177.8mm钻铤*1根+∮214mm扶正器+∮177.8钻铤*2 2/3柱+∮165钻铤*2柱+钻杆二、深部直井段钻具组合∮216 PDC+挡板+∮165mm无磁钻铤*1根+∮214mm扶正器+∮165钻铤*3柱 +钻杆三斜井段1 ∮216 BIT（三牙轮钻头）+扶正器间组合长+∮165钻铤*3柱+∮127加重钻杆*5柱+钻杆2 ∮216PDC+扶正器间组合长+∮165钻铤*1柱+∮127加重钻杆*5柱+钻杆四、大斜度或特殊井组合∮216钻头+扶正器间组合长+∮127加重钻杆*10柱+钻杆五、∮311mm井眼1 ∮311 BIT（三牙轮钻头）+挡板+∮203mm无磁钻铤*1根+∮203m钻铤*1根+∮308m扶正器+∮203钻铤*1柱∮177.8钻铤*3柱+∮165钻铤*2柱+钻杆六、钟摆螺杆钻具组合：∮216 BIT（钻头）+螺杆+∮165mm无磁钻铤*1根+∮165钻铤*1柱+∮127加重钻杆*5柱+钻杆七、普通螺杆钻具组合1、∮216 BIT（钻头）+螺杆+∮165mm无磁钻铤*1根+∮127加重钻杆*5柱+钻杆2 ∮216 BIT（钻头）+螺杆+∮165mm无磁钻铤*1根+∮165钻铤*2柱+钻杆。
【钻井工程】第五章 钻柱及钻具组合设计
（3）钻柱由于旋转产生的离心力。
① 离心力的作用加剧下部钻柱的弯曲，使弯曲半波长度缩 短。
② 钻柱轴线呈变节距的空间螺旋弯曲曲线形状。
6
5.1钻柱的工作状态及受力分析
5.1.1钻柱的工作状态
（4）钻柱旋转运动4种形式 ① 钻柱围绕自身弯曲轴线旋动； ② 钻柱围绕井眼轴线旋转并沿着井壁滑动； ③ 钻柱围绕井眼轴线旋转，沿着井壁反向滚动； ④ 整个钻柱或部分钻柱作无规则的旋转摆动。
1258.82 267.39 266.42
165
0.4
1214.30
0.49
36.91
165
71.4
165
71.4
214
71.4
165
71.4
214
71.4
165
71.4
165
83.0
214
71.4
215. 9
9.0
1214.30
5.2
1214.30
1.5
1214.30
9.0
1214.30
1.5
1214.30
循环液体时的水力载荷所形成
t
1 F
K
d
q
n1 i1
Li
K
i
qc Lc
Qi
K
a
K
f
Qh
10
4
Qh Pt Pb F0 104
24
5.2钻井过程中各种应力的计算
5.2.1钻柱轴向应力的计算
2）钻柱下部压应力的计算
（1）在钻柱空悬或小钻压钻柱仍能保持直线状态的情况下， 泥浆浮力是集中作用在钻柱最下部端面上，此时钻柱最 下端所受的压应力为
钻具组合
钻具组合一、13-3/8″井眼钻具组合:1、导管:钻具组合:Ф660mm钻头+Ф203.2mm钻铤*2根+Ф127mm钻杆2、一开直井段:钻具组合: Ф444.5mm钻头+Ф203.2mm无磁钻铤*1根+Ф203.2mm钻铤*5根+Ф127mm 钻杆钻进参数: 20~50kN, 65r/min, 60~70L/S, 吊打钻进.3、二开直井段:钻具组合:Ф311.15mm钻头+Ф203.2mm无磁钻铤*1根+Ф203.2mm钻铤*8根+Ф177.8mm 钻铤*3根+127.0mm钻杆钻进参数: 160~180kN, 65r/min, 48L/S, 控制井斜,否则吊打钻进.4、二开造斜段:0-50度钻具组合:Ф311.15mm钻头+Ф196.9mm1°30′单弯动力钻具+定向接头+Ф177.8mm无磁钻铤*1根Ф177.8mm钻铤*2根+φ127.0mm加重钻杆*30根+φ127.0mm钻杆钻进参数：38L/S 泵压10~12Mpa 压差1~1.5Mpa ,造斜率: 25度/100米., (Ф196.9mm1°45′单弯造斜率35度/100米. )5、二开稳斜段:(井斜小于50度)钻具组合:Ф311.15mm钻头+Ф311mm近钻头扶正器*1只+Ф203.2mm短钻铤*1根+φ310 mm 钻柱扶正器*1只+Ф203.2mm无磁钻铤*1根+Ф310mm钻柱扶正器*1只+φ196mm随钻震击器+φ127.0mm加重钻杆*30根+φ127.0mm钻杆钻进参数：160~180kN, 65r/min, 48L/S,说明: 该组合可连接第四只扶正器.6、二开第二造斜段:钻具组合:Ф311.15mm钻头+Ф197mm1°45′单弯动力钻具+定向接头+Ф127mm无磁乘压钻杆*2根+φ127.0mm斜坡钻杆*30根+φ127.0mm加重钻杆*30根+φ127.0mm钻杆钻进参数：36L/S 泵压10~12Mpa 压差1~1.5Mpa ,注释: 1、斜坡钻杆要根据斜井段长度加入.2、该组合造斜率为35度/100米.3、该组合可用于单增剖面.7、二开水平段(稳斜段):钻具组合:Ф311.15mm钻头+Ф311mm近钻头扶正器*1只+Ф203.2mm短钻铤*1根+φ311 mm 钻柱扶正器*1只+Ф127mm无磁乘压钻杆*2根+Ф127mm斜坡钻杆*15根+φ127.0mm加重钻杆*10根+φ196mm随钻震击器+φ127.0mm加重钻杆*20根+φ127.0mm钻杆钻进参数：160~180kN, 65r/min, 48L/S,特别说明: 以上组合适用于胜利油田2000米以内井深.1、一开直井段:钻具组合: Ф444.5mm钻头+Ф203.2mm无磁钻铤*1根+Ф203.2mm钻铤*5根+Ф127mm 钻杆钻进参数: 20~50kN, 65r/min, 60~70L/S, 吊打钻进.2、二开直井段:钻具组合:Ф244.5mm钻头+Ф177.8mm无磁钻铤*1根+Ф177.8mm钻铤*8根+Ф127.0mm 钻杆.钻进参数: 140~160kN, 65r/min, 45L/S, 控制井斜,否则吊打钻进.3、二开第一造斜段:0-45度钻具组合:Ф244.5mm钻头+Ф171.5mm1°30′单弯动力钻具+定向接头+Ф158.8mm无磁钻铤*1根Ф158.8mm钻铤*2根+φ127.0mm加重钻杆*30根+φ127.0mm钻杆钻进参数：30L/S 泵压10~12Mpa 压差1~1.5Mpa ,造斜率: 30度/100米., (Ф171.5mm1°45′单弯造斜率33度/100米. )4、二开第二造(增)斜段:(井斜小于90度)钻具组合:Ф244.5mm钻头+Ф244mm近钻头扶正器*1只+Ф158.8mm无磁钻铤*1根+φ177.8mm无磁钻铤*1根+Ф244mm钻柱扶正器*1只+φ127.0mm斜坡钻杆*20根+φ127.0mm加重钻杆*10根+φ165mm随钻震击器+φ127.0mm加重钻杆*20根+φ127.0mm钻杆钻进参数：160~180kN, 65r/min, 40L/S,注释: 1、斜坡钻杆要根据斜井段长度加入.2、该组合造斜率为12度/100米.5、二开第三造斜段:钻具组合:Ф244.5mm钻头+Ф171.5mm1°45′单弯动力钻具+定向接头+Ф127mm无磁乘压钻杆*2根+φ127.0mm斜坡钻杆*30根+φ127.0mm加重钻杆*30根+φ127.0mm钻杆钻进参数：30L/S 泵压10~12Mpa 压差1~1.5Mpa ,注释: 1、斜坡钻杆要根据斜井段长度加入.2、该组合造斜率为33度/100米.3、该组合可用于单增剖面.6、二开井段通井:钻具组合:Ф244.5mm钻头+钻头扶正器*1只+φ127.mm无磁乘压钻杆*2根+φ127.0mm斜坡钻杆*20根+φ127.0mm加重钻杆*10根+φ165mm随钻震击器+φ127.0mm加重钻杆*20根+φ127.0mm钻杆6、水平段:钻具组合:Ф244.5mm钻头+Ф244mm近钻头扶正器*1只+Ф177.8mm无磁钻铤*1根+Ф244mm钻柱扶正器*1只+φ127.mm无磁乘压钻杆*2根φ127.0mm斜坡钻杆*20根+φ127.0mm加重钻杆*10根+φ165mm随钻震击器+φ127.0mm加重钻杆*20根+φ127.0mm钻杆钻进参数：120~140kN, 65r/min, 40L/S,注释: 斜坡钻杆要根据斜井段和水平段长度加入.特别说明: 以上组合适用于胜利油田2000米以内井深.1、一开直井段:钻具组合: Ф444.5mm钻头+Ф203.2mm无磁钻铤*1根+Ф203.2mm钻铤*5根+Ф127mm 钻杆钻进参数: 20~50kN, 65r/min, 60~70L/S, 吊打钻进.2、二开直井段:钻具组合:Ф311.15mm钻头+Ф203.2mm无磁钻铤*1根+Ф203.2mm钻铤*8根+Ф177.8mm 钻铤*3根+127.0mm钻杆钻进参数: 140~160kN, 65r/min, 48L/S, 控制井斜,否则吊打钻进.3、三开直井段:钻具组合:Ф215.9mm钻头+Ф177.8mm无磁钻铤*1根+Ф177.8mm钻铤*2根+Ф158.8mm 钻铤*9根+127.0mm钻杆钻进参数: 140~160kN, 65r/min, 32L/S, 控制井斜,否则吊打钻进.<40kn,4、三开第一造斜段:0-45度钻具组合:Ф2159mm钻头+Ф165mm1°30′单弯动力钻具+定向接头+Ф158.8mm无磁钻铤*1根Ф158.8mm钻铤*2根+φ127.0mm加重钻杆*30根+φ127.0mm钻杆钻进参数：32L/S 泵压10~12Mpa 压差1~1.5Mpa ,造斜率: 30度/100米.,5、三开第二造(增)斜段:(井斜小于90度)钻具组合:Ф215.9mm钻头+Ф215.0mm近钻头扶正器*1只+Ф158.8mm无磁钻铤*1根+φ158.8mm无磁钻铤*1根+Ф214mm钻柱扶正器*1只+φ127.0mm斜坡钻杆*20根+φ127.0mm加重钻杆*10根+φ165mm随钻震击器+φ127.0mm加重钻杆*20根+φ127.0mm钻杆钻进参数：140~180kN, 65r/min, 35L/S,注释: 1、斜坡钻杆要根据斜井段长度加入.2、该组合造斜率为12度/100米.(在井斜45度的基础上)6、三开第三造斜段:钻具组合:Ф215.9mm钻头+Ф165.mm1°45′单弯动力钻具+定向接头+Ф159mm无磁钻铤*2根+φ127.0mm斜坡钻杆*20根+φ127.0mm加重钻杆*30根+φ127.0mm钻杆钻进参数：30L/S 泵压10~12Mpa 压差1~1.5Mpa ,注释: 1、斜坡钻杆要根据斜井段长度加入.2、该组合造斜率为33度/100米.3、该组合可用于单增剖面.7、三开稳斜段:井斜大于80度钻具组合:Ф215.9mm钻头+Ф215mm近钻头扶正器*1只+Ф159mm无磁钻铤*1根+Ф214mm 钻柱扶正器*1只+φ127.0mm斜坡钻杆*20根+φ127.0mm加重钻杆*10根+φ165mm随钻震击器+φ127.0mm加重钻杆*20根+φ127.0mm钻杆钻进参数：140~180kN, 65r/min, 35L/S,注释: 斜坡钻杆要根据斜井段和水平段长度加入.8、三开降斜段:钻具组合:Ф215.9mm钻头+Ф165mm1°单弯动力钻具+定向接头+Ф127mm无磁乘压钻杆*2根+φ127.0mm斜坡钻杆*30根+φ127.0mm加重钻杆*30根+φ127.0mm钻杆钻进参数：32L/S 泵压10~13Mpa 压差1~1.5Mpa ,注释: 1、斜坡钻杆要根据斜井段长度加入.2、该组合造斜率为19度/100米.9、三开井段通井:钻具组合:Ф215.9mm钻头+φ127.mm无磁承压钻杆*2根+φ127.0mm斜坡钻杆*20根+φ127.0mm加重钻杆*10根+φ165mm随钻震击器+φ127.0mm加重钻杆*20根+φ127.0mm钻杆10、水平段:钻具组合:Ф215.9mm钻头+Ф215mm近钻头扶正器*1只+Ф159mm无磁钻铤*6m+Ф214mm钻柱扶正器*1只+φ127.mm无磁乘压钻杆*2根φ127.0mm斜坡钻杆*40根+φ127.0mm加重钻杆*10根+φ165mm随钻震击器+φ127.0mm加重钻杆*20根+φ127.0mm钻杆钻进参数：100~120kN, 45r/min, 35L/S,注释: 斜坡钻杆要根据斜井段和水平段长度加入.特别说明: 以上组合适用于胜利油田3000米水平井阶梯剖面.。
钻具组合设计
第四章轨迹控制钻具组合设计4．1 下部钻具组合设计原则（1）虔诚水平机下部钻具组合设计的首要原则是造斜率原则，保证所有设计组合的造斜率到要求是井眼控制轨迹控制的关键。
为了使所设计的钻具组合能够对付在实钻过程中造斜能力又是难以发挥的意外情况，往往有意识在设计时使BHA得造斜能力比井深设计造斜率搞20％~30％。
（2）在设计水平井下部钻具组合时，要考虑和确定测量方法、仪器类别及型号。
水平井用最普遍的是MWD，即无线传输的随钻测斜仪，它允许工作在定向钻进和转盘钻进两种情况，但是由于信号靠泥浆脉冲来进行运输，工程参数传输慢，而浅层水平井由于地层软进尺快；为了提高定向精度，实验之初的1~2口井可在定向钻进的起始井段所用的钻具组合中，考虑采用有线随钻测斜仪，形成经验后全部推广MWD。
（3）在设计水平井钻具组合时，考虑到井底温度较低，一般选用常温型螺杆钻具；而在常规水平井中有时井底温度高于125℃，此时应考虑选用高温型螺杆钻具。
（4）在设计水平井下部钻具组合时，也要考虑工作排量和螺杆钻具许用最大排量之间的关系。
如果排量明显大于螺杆钻具的额定排量和最大排量时，应考虑选用中空转子螺杆钻具。
（5）在设计水平井下部钻具组合时，为了安全生产，组合必须保证足够的强度、工作可靠性，并满足井下事故处理作业队钻具组合的结构要求。
图4-1为螺杆钻具基本形式。
/由于浅层水平井井眼长度太短，一旦预测的井眼轨迹与设计不一致，几乎没有纠正的余地，而且还无法填井重钻，因此，运用科学合理的方法，准确地计算造斜能力、按设计要求完成完成轨迹是浅层大位移水平井成功的关键。
4·2 钻具组合造斜率预测4·2·1现有的方法评价三点定圆法的优点在于计算简单，强调了结构弯曲对工具造斜率的影响，并在一定程度反映了稳定器位置的影响。
但该方法的缺点也十分突出，如；（1）未考虑钻具的受力与变形对造斜率的影响，即把造斜率计算建立在绝对刚性的条件下的几何关系基础上；（2）未考虑钻具刚度对造斜率所得结果的影响，用该式计算γ、L 1、L2相同的两种直径，不同刚度的钻具的造斜率所得结果相同；（3）未考虑近钻头稳定器位置（L1）对造斜率的影响。
钻具的识别组成及组合
钻具的识别、组成及常用组合 第一节 钻具的基本组成
1.方钻杆（顶部驱动无方钻杆） 1）方钻杆的结构及功用
方钻杆位于钻杆最上端，上接水龙头，下接钻杆；方钻杆断 面为正方形或六方形，上端为反扣，下端为正扣；长度比钻 杆长2—3米。（13—14.5）米.
类 型：四方形、六方形 特 点：壁厚较大，强度较高 主要作用：传递扭矩和承受钻柱的全部重量。
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钻具的识别、组成及常用组合 第二节 钻头
密封圈
滚柱
密封圈
止推台阶
滑动摩擦衬套 滑动摩擦副
为什么滑动轴承比滚动 轴承寿命长？
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钻具的识别、组成及常用组合
第 18 页
钻具的识别、组成及常用组合 第一节 钻具的基本组成 ⑵测量法
当标记槽、符号及数字因种种原因模糊不清，易出现识别错误时， 可根据一定类型尺寸的接头有其一定尺寸的原则，通过测量的方 法来鉴别接头。 一般用外卡量公接头大端尺寸（也可量小端尺寸），用内卡量母 接头断面镗孔直径，将测得的数据查表得出接头丝扣尺寸和类型。
4）特殊接头（弯接头，大小接头）
作用：定向井造斜用，连接不同尺寸管子。
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钻具的识别、组成及常用组合 第一节 钻具的基本组成
（2）丝扣连接条件： 尺寸相等，丝扣类型相同，公母扣相匹配。 （3）丝扣连接条件： 壁厚较大，外径较大，强度较高。 （4）钻杆接头类型： 内平（IF）、贯眼（FH）、正规（REG）； NC系列
1.牙轮钻头的组成
牙轮钻头由钻头体、牙抓 （巴掌）及牙轮轴、牙 轮及牙齿、轴承、储油 润滑密封系统、喷嘴等 部分组成。
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钻具的识别、组成及常用组合
第二节 钻头
2 .牙轮及牙齿
井眼轨道井身结构钻具组合设计书
井眼轨道井身结构钻具组合设计书一、基本数据1、井位：(1) 井口地理位置：(2) 构造位置：(3) 井位坐标：井口O 纵X： 4 127 560.03m 横Y： 20 630 236.82m靶点A 纵X： 4 127 325.00m 横Y： 20 630 350.00m靶点B 纵X： 4 127 225.00m 横Y： 20 630 398.16m2、井别：生产井 (油藏评价斜井)3、设计垂深： 2370.00m，A靶垂深2125.00m，B靶垂深2265.00m，A～B靶间水平距离111.99m。
4、完钻层位：沙三上。
5、钻探目的：7、下套管原则：表层套管：(1)直径273.1mm 钢级J55 壁厚9.65mm 表层套管，预计下入深度300m，具体要求执行钻井工程设计。
(2)水泥返高：返至地面。
油层套管：(1)直径139.7mm 钢级N80 壁厚9.17mm 油层套管，阻流环下过相当于官2-斜2井2433.60～2480.50m上油层下含油水层以下20m，具体下入深度测井后由现河采油厂地质所确定。
(2)短套管：预计下入短套管2根，具体下入深度测井后确定。
(3)水泥返高：返至最上一层油气层、油水同层、含油水层顶界以上200m。
二、设计地质剖面1、设计井及依据井地层分层：地层名称设计井号依据井号界系统组段官2-斜22 官7-斜49 官2-斜2底垂深(m)厚度(m)底深(m)含油井段(m)底深(m)含油井段(m)新生界第四系更新统平原组275.00 275.00 未测274.00新近系上新统明化镇组960.00 685.00 972.00 962.00中新统馆陶组1395.00 435.00 1387.00 1398.00古近渐新东营组1760.00 365.00 1836.00 1794.00 沙河街组沙一段1990.00 230.00 2052.00 2006.00沙二段2165.00 175.00 2190.00 2170.00沙三上2370.00(未穿)205.00 2440.002352.0～2382.02481.002283.4～2480.5 沙三中2596.002522.6～2525.32511.00沙三下2742.002625.0～2630.8沙四上纯上亚段2833.00纯下亚段2922.00沙四下3008.00系统代表整合代表不整合代表假整合断层2、邻井测井及钻探成果：官7-斜49井井口位于设计井井口方位：149°距离：529m。
底部钻具组合的参数设计及优化方法
参数转换 , (s1 , s2 , s3 )T 为参数列向量 , 描述地层及 钻具力学特征参数的量 。
考虑常见的二维井眼轨道情况 , 利用矢量运算
法则 , 可由方程 (5)、(6)得到钻进趋势角的计算表
达式 , 如方程组 (7), 即文献 [ 7]中推导出的公式
mp cosZ p =Ir [ IbSb1 +(1 - Ib )cosAaf cosAa ] +
12
根据钻头与地层相互作用理论[ 6] , 并利用矢量
运算法则 , 可以得到计算钻具组合钻进趋势的计算
表达式
(cosαr , cosβr , cosγr )T =K r -1 (s1 , s2 , s3 )T (5) s1 , s2 , s3 =f1 (Ib , Ir , α, β, , φ, P a , Pb , Ab ) (6) 其中 αr , βr , γr 为钻进趋势方向在 O ″x″y ″z″坐标系中 的方向角 , K r 为系数计算矩阵 , 用于不同坐标系间
1 控制井眼轨迹的钻 具组合参数设计模型
1. 1 模型的建立 建立控制井眼轨迹的钻具组合参数设计优化模
型 , 需要采用以下假设 :(1)忽略井壁不规则因素 ,
井眼的大小取决于钻头 , 发生扩大的情形也是均匀
扩大 ;(2)井眼中心线为连续变化的曲线 ;(3)实际
钻出的井眼轨道由若干段 定曲率曲线光滑 连接而
关键词 :井眼轨迹 ;控制 ;底部钻具组合 ;参数设计 ;优化方法
中图分类号 :TE21 文献标识码 :A
如何有效地控制井眼轨迹一直是钻井业界研究 和探索的内容 , 从近些年发表的文献 [ 1 - 5] 来看 , 对井 眼轨迹控制问题的研究主要集中在 3 个方面 :底部 钻具组合力学分析 、钻具造斜率的计算及钻头与地 层交互作用分析 。通常采用的钻具组合设计方法是 从定性的角度进行的 , 能够基本保证钻进趋 势 (增 斜 降/ 斜 )的要求 , 但实际钻出的井眼轨道偏离设计 轨道的现象时常出现 , 必须投入额外的费用与工作 时间弥补这种偏差 。 以模拟计算的曲线与设计曲线 (或者实际要求曲线 )之间误差最小为目标函数 , 底 部钻具组合设计参数为决策变量 , 建立底部钻具组 合参数设计及优化方法 , 不仅实现了底部钻具组合 参数设计的定量化要求 , 也为底部钻具组合合理的 参数设计和操作参数的优选提供了新的理论依据和 分析手段 。
底部钻具组合设计
底部钻具组合设计
二、定向井底部钻具组合设计
增斜钻具实例-长庆小井眼
5LZ120-7.0螺杆 钻具外径 钻头水眼压降 适合井眼尺寸 马达流量 钻头转速 马达压降 额定工作扭矩 最大扭矩 推荐钻压 最大钻压 钻具全长 120 1.4-7.0 150-200 5.78-15.8 70-200 2.5 1300 2275 55 72 4.8 mm MPa mm L/S r/min MPa N· m N· m kN kN m
+ 121DC*125.44 + 311*310*0.35 + 88.9DP
钻压80 kN，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80 kN，转速90rpm
底部钻具组合设计
二、定向井底部钻具组合设计
底部钻具组合设计
二、定向井底部钻具组合设计
增斜钻具
底部钻具组合设计
二、定向井底部钻具组合设计
增斜钻具
底部钻具组合设计
二、定向井底部钻具组合设计
增斜钻具
钻具增斜能力与井斜角的关系 单位：°/25m 2° 1# 2# 5.20 11.8 10° 5.3122 11.921 40° 5.6478 10.76 90° 6.0266 11.68
底部钻具组合设计
井斜原因
小台肩
井 眼
底部钻具组合设计
井斜原因
M
钻具因素 钻柱弯曲 钻柱运动状态 W Fp Fm P φ Fz
α
底部钻具组合设计
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 •导向钻井防斜、纠斜技术 •井下专用工具防斜、纠斜技术 •动力学防斜技术
钻柱与下部钻具组合设计
2．钻杆柱设计
1）单一钻杆柱长度设计。对同一尺寸、 壁厚和钢级的钻杆柱，我们可以计算出它 的最大安全静拉力Fa，从而算出该钻杆柱 的最大允许长度L。因为
Fa = （Lqp+Lcqc）KB
所以，最大允许长度为：
L =( Fa/ KB-Lcqc）/qp
式中: Fa——钻杆柱的最大安全静拉力，kN； L——钻杆柱的最大允许长度，m；
钻柱设计包括钻柱尺寸选择和强度设计两方面内 容。在设计中，一般遵循以下两个原则：
• 满足强度（抗拉强度、抗击强度等）要求，保证 钻柱安全工作；
• 尽量减轻整个钻柱的重力，以便在现有的抗负荷 能力下钻更深的井。
（一）钻柱尺寸选择
具体对一口井而言，钻柱尺寸的选择首 先取决于钻头尺寸和钻机的提升能力。同 时，还要考虑每个地区的特点，如地质条 件、井身结构、钻具供应及防斜措施等。 常用的钻头尺寸和钻柱尺寸配合列于表1供 参考。
0.14 3.18 1.14 1.17 1.21 1.25 1.28 1.32 1.365
注：摩擦系数用于正常润滑的情况。
三是拉力余量法。考虑钻柱被卡时的上体解 卡力，钻杆住的最大允许静拉力应小于其 最大安全拉伸力一个合适的数值，并以它 作为余量，称为“拉力余量”（记为 MOP），以确保钻柱不被拉断。 Fa = Fp－MOP
设计复合钻杆柱时，应自下而上逐段确定各段 钻杆的最大长度。承载能力最低的钻杆应置于钻 铤之上，承载能力较强的钻杆置于较弱钻杆之上。 自钻铤上面第一段钻杆起，各段钻杆的最大长度
注意：如果各段钻杆的实际长度不等于理论计 算长度，应进行修正。
3）抗外挤强度计算。有钻柱受力分析知，钻杆 在钻杆测试作业中承受很大的外挤力。此外，下 入带回压凡尔的钻柱或下入喷嘴被堵塞的钻头时， 若为向钻柱内灌钻井液，也会产生较大的外挤压 力，由于这些原因把钻杆击毁的情况并不少见。 因此，为了避免钻杆管体被击毁，要求钻杆柱某 部位所受最大外挤压力应小于该处钻杆的最小抗 挤强度。为安全起见，一般以一个适当的安全系 数去除钻杆的最小抗挤强度作为其允许外挤压力， 即：