玉果区块钟摆钻具组合降斜性能分析及优化
定向井中降斜段最优钟摆钻具组合与技术改进

定向井中降斜段最优钟摆钻具组合与技术改进作者:王庆峰来源:《科技信息·下旬刊》2018年第02期摘要:常规的钟摆钻具必须在低钻压下吊打才能表现出较好的降斜效果,这样极大地影响了钻井速度,若将钟摆钻具和偏心钻具结合起来设计一套钟摆偏心防斜降斜钻具组合,适合大钻压下降井斜,不失为一种新的思路。
最优的降斜钻具组合在直井和斜井中是不一样的,组合1适合于直井,组合2适合于定向井,说明井斜角对钟摆钻具组合的应用效果影响很大。
在需要降斜施工时,要视具体井型选择适合的钟摆钻具组合。
改进后的钻具组合2的降斜效果明显优于钻具组合1的,通过研究钻具组合2,可以设计新型铰接式钻具组合,以达到快速优质钻井的目的。
关键词:井身设计;定向井;降斜段;最优钟摆钻具组合;快速优质钻井油田正处于开发中后期,为挖潜剩余油,井身设计由原来直增稳的“三段制”(见图2)变为直增稳降稳的“五段制”(见图1),在现场施工过程中,利用稳斜钻具组合打降斜段,就算是轻压吊打也降不下来井斜,所以需要设计定向井降斜段比较理想的钟摆钻具组合。
1下部钻具静力分析的力学模型“五段制”的定向井井眼轴线为一条曲率无规则变化的三维空间螺旋线,可由测斜数据经数学回归得出。
在五段制井身剖面的降斜段,处于高速旋转的钟摆钻具,在井眼内受到的载荷主要有轴向力、径向挤压力、弯曲力矩、离心力、旋转扭矩、纵向震动、横向摆振。
钻柱在井眼内的状态是动态的、多变的。
在不同的井段,钻具在井眼圆周的任一方向上都可能与井壁发生大面积接触,若接触必定存在接触反力和摩擦阻力、阻力矩作用,其接触状态随井眼形状、钻井参数的变化而改变,接触边界范围、位置及接触力的大小和分布不能事先确定,必须依赖于整个问题的求解,因此这是一个大面积随机接触非线性力学问题。
钻具与井壁的摩擦接触状态用间隙元来模拟。
由于钻具的截面尺寸各段不一样及在载荷作用下钻柱发生了一定程度的位移和转动,存在屈曲和扰度,不宜采用纵横弯曲连续梁法计算,对于这种几何非线性的杆件结构,采用有限元法对整个钻柱进行空间离散。
倒装钟摆钻具组合设计方法

2 稳定器以上钻铤尺寸的影响
在 分析稳定器 以上钻铤尺寸不 同对倒装钻具 组合
1 倒装钟摆钻具组合设计原则
倒装钟摆钻具组合防斜 机理 是钻头到稳定器之 间 钻铤靠上井壁向下弯曲,钻头转角指 向下井壁 ,使钻压 的作用变为降斜。要达到这样的效果,就必须使稳定器 处的弯矩足以克服稳定器 以下钻铤垂直下井壁的重力分
3稳定器以下钻铤尺寸的影响
在 图1 示的倒装钟摆 钻具组合 中 ,稳定器 以下 所 钻铤尺寸 由①1 8 7 mm变为①1 9mm和 2 3 5 0 mm。取 10 0 N ~2 0k 几个不同钻压值 ,计算这两套钻具组合的 4 各种力学性能,并进行对 比。 通过分析 比较 ,在相 同钻压 条件 下,钻头到稳定
5结论
( 倒 装钟摆钻具组合设计 的核心是稳定器上下采 1 ) 用不同刚度 的钻铤 ,高钻压使钻铤弯曲 ,钻头转角指向 下井壁 ,达到控制井斜的 目的。 () 2要提高倒装钻具组合的防斜能力可以从 以下几 个方面对钻具组合进行改进 :增 加稳定器 以上钻铤尺 寸 :降低稳定器 以下钻铤尺寸 ;增加第一跨钻铤长度。 () 3进行倒装钟 摆钻具 组合 设计时 ,应避免稳定器 以下钻铤与井壁接触。 () 4倒装钟摆钻具防斜效 果有待于现场实践进~步
拳 l l 黼n 3 I 5 链囊
稔定器
图 1 ①3 .5 1 1 mm井眼倒装钟摆钻具组合 1
s s P A Tc 系统实践 Y R c ,E
f9 3
器之间钻铤尺寸越小 ,钻头转角越大。钻压1 0k 时采 N 4 用 1 8 mm和 @2 3 m钻铤钻头转角分别是~O0 2 7 0r a .3 。 和一00 1 . 。;钻压2 0 N]钻头转角分别为一017 和 3 0kI  ̄ . 。 8 00 9 。钻压越大 ,两者的差值越 大 ,说 明尺 寸越 .5 。 小 的钻铤对钻压的敏感程度越大 ,受钻压 的影响越大。 适 当减小钻头 到稳定器 之间钻 铤尺寸可 以增加钻头转 角 ,提高钻具纠斜能力。但钻铤尺寸也不宜太小 ,因为 尺寸太小的钻铤,刚度较小,在高钻压下容易与井壁接 触。因此在使用倒装钟摆钻具组合前 ,一定要根据钻具 组合和钻压条件进行仔细计算 ,防止钻头到稳定器之间 钻铤与井壁接触。
钻井技术试题

钻井技术一、填空1、近钻头扶正器直径较大,与钻头直径差()mm。
(石大)(难度系数2)答案:1~22、在使用满眼钻具时,稳定器与井眼的间隙超过()mm时应及时更换稳定器。
(石大)(难度系数3)答案: 4.83、现场监督应要求施工单位定期检查套管头(),防止套管头内镗孔磨损。
(钻井监督中石化)(难度系数2)答案:防磨套4、在钻开油气层后的起钻作业前,应测(),在保证井控安全的情况下才允许起钻作业。
(钻井监督中石化)(难度系数2)答案:后效(油气上窜速度)5、如果要停钻检修或保养设备,必须将钻头下至或起到()处进行。
(钻井监督中石化)(难度系数2)答案:套管鞋6、起下钻铤、取心筒等无台阶钻具必须上好()。
(钻井监督中石化)(难度系数1)答案:安全卡瓦7、钻进、起下钻时,坐岗人员认真观察钻井液面,并做好记录,发现溢流,按( )动作实施关井。
(钻井监督中石化)(难度系数2)答案:“四七”8、人们常说司钻手中掌握着三条命,是指人身、设备、( )。
(钻井安全手册)(难度系数2)答案:井下安全(井)9、开钻前,循环系统试运转压力按钻井设计最大工作压力的( )倍进行。
(勘探与生产工程监督)(难度系数2)答案:1.2~1.510、开钻前,钻井设备试运转时间不少于( ) min,各部分工作正常,所有管线不刺、不漏,油气水路畅通。
(监督管理办法)(难度系数1)答案:9011、下钻遇阻不能硬压,原则上采用( )的办法通过。
(监督管理办法)(难度系数2)答案:一通、二冲、三划眼12、在钻井工程中,( )、地层破裂压力和坍塌压力是科学地进行钻井设计和施工的基本依据。
(石大)(难度系数1)答案:地层压力13、单位高度或单位深度的压力增加值,称为( )。
(石大)(难度系数1)答案:压力梯度14、地层某处的( )是指该处以上地层岩石基质和孔隙中流体的总重力所产生的压力。
(石大)(难度系数2)答案:上覆岩层压力15、上覆岩层压力随深度增加而( )。
国产自动垂直钻井系统的改进与优化

服 务价 格 昂贵 , 造成 钻井 成本居 高不 下 。 了降低 钻井 为
成 本 、 破 国外公 司的垄 断 , 国石 化 自主研 发 了捷 联 打 中
外 径 2 8 m, 用 井 眼尺 寸 3 1 q 总 长 74 2 .m 适 6 1 . mn, 2 .2m,
支 撑 翼块 尺寸 ( 伸 出/ 出 )9 . /2 .8 未 伸 2 97 mm 3 2 2 5 mm。 巴
稳 定平 台测 控短节 输 出井斜 角 、井斜 工具 面 角 的精度 不足。 特别 是在 黏滑 条件 下引起 的钻 铤震 动 , 钻铤转 速 不 均匀 , 而输 出井斜 、 从 井斜 工具 面与 静态 测量 的数据
差别较 大 靠机 构不 能在 准确 的位 置进行 推 靠 , 成 推 造
纠斜 、 防斜 的 目的。 转变压 器在伺 服 短节 中作为 无刷 旋 力矩 电机 的角 度传 感器 ,对无 刷力矩 电机 的转 子位 置
[ O 徐 泓 . 1] Vr K垂 直 钻 井 系 统 在 大 湾 1井 的应 用 l] 采 工 艺 ,0 0 3 J. 钻 2 1 ,3
进行 检测 .完 成对 无刷 力矩 电机 的换 相 控制 和盘 阀角
度 控 制
系统 降斜效 率 降低 。
总之 . 从试 验情 况看 , 国产捷 联 式 自动 垂 直钻 井 系 统 的纠斜效 果不 好 , 提速 效果亦 不 明显 , 要 从 系统结 需
防斜 纠斜 执行 机构 主要 由盘 阀组件 和推 靠组 件组
测 控 短 节上 安装 有 采 集板 、 向板 、 定 电机 板 、 表 加
势为 先降斜 , 稳斜 , 再 最后 是缓慢 增斜 状态 。原 因是稳
定平 台发 电机 端 K l 密封磨 损较 严重 . 转密 封面 已 as i 旋
大港油田深层钻井提速提效关键技术研究刘恩山

大港油田深层钻井提速提效关键技术研究刘恩山发布时间:2021-07-29T02:31:25.299Z 来源:《中国科技人才》2021年第12期作者:刘恩山[导读] 大港油田部分区块油藏目的层埋藏深、井身结构复杂,沙河街地层含有泥岩和油页岩,易坍塌掉块,特别是孔一段存在大段石膏层,实钻中易发生各种事故复杂,钻头选型不合理,严重影响了钻井周期,钻井液体系选择不合理,引发了事故复杂较多等突出问题,针对存在的问题,通过简化井身结构、进行地层可钻性分析、优选个性化 PDC 钻头,优选钻井液体系等措施,在现场施工过程中取得了较好的效果,有效提高了机械钻速,大大降低了钻井周期,有效降低了钻井成本。
刘恩山中国石油大港油田分公司第五采油厂天津 300280摘要:大港油田部分区块油藏目的层埋藏深、井身结构复杂,沙河街地层含有泥岩和油页岩,易坍塌掉块,特别是孔一段存在大段石膏层,实钻中易发生各种事故复杂,钻头选型不合理,严重影响了钻井周期,钻井液体系选择不合理,引发了事故复杂较多等突出问题,针对存在的问题,通过简化井身结构、进行地层可钻性分析、优选个性化 PDC 钻头,优选钻井液体系等措施,在现场施工过程中取得了较好的效果,有效提高了机械钻速,大大降低了钻井周期,有效降低了钻井成本。
前言通过对大港油田某区块的年完钻井数据进行统计发现部分探井钻井过程中其事故共损失时间多大数百小时,占钻井总时间的5%左右,影响了钻井时效。
因此减少事故复杂率,并形成适合大港油田深层油藏综合配套的钻井提速增效关键技术,对提高钻井速度尤为重要。
1 大港油田深层油藏影响钻井速度的难点分析1.1 目的层深,井身结构复杂对于大港油田一般目的层为孔一段的探井来说,垂深普遍在3200m以上,一些井斜深达 3700 m 左右。
而该地区完钻的井均为三开井身结构,更影响了钻井速度和钻井周期。
1.2 地层岩性复杂目标区沙河街地层含有泥岩和油页岩,易坍塌掉块,孔一段含有大段石膏层易发生石膏侵,因此施工中极易发生各种复杂事故,制约了钻井速度的提高。
钟摆钻具在苏里格区块钻井中的应用

文章编号:1673-9035(2010)04-0038-03
天然气技术
Natural Gas Technology
Vol.4,No.4
Aug.2010
钟摆钻具在苏里格区块钻井中的应用∗
杨胜军 1 陈 荣 2 朱礼平 3 袁 卓 1 李瑞波 1 兰祥华 4
(1. 中国石油川庆钻探工程公司长庆钻井总公司,陕西 西安 710015; 2. 中国石油勘探开发研究院,北京 100083;3. 中国石化西南油气分公司,四川 成都
(编辑:周娟)
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(资料来源:中国环境报)
2.1 稳定器安放高度计算
对钟摆钻具来说,稳定器安放位置十分重要。 如果安放位置偏低则降斜力小,效果差;安放位置 偏高,则稳定器以下钻铤与井壁形成新的切点,使 钟摆钻具失效。通过分析稳定器安放高度与降斜力 关系可知,稳定器安放高度主要取决于井眼和钻铤 尺寸、钻压大小、井斜等因素。
哈山区块防斜打直技术研究

哈山区块防斜打直技术研究作者:肖永军来源:《商情》2019年第11期【摘要】新疆克拉玛依市乌尔禾区西北部哈山区块石炭系蕴含丰富的石油资源,胜利新疆勘探项目部2012年在该区块布井16口,设计井深在2000米左右,钻遇地层主要为中生界、上古生界,岩性致密,地层级值为6—10级,地层倾角为60°—70°,由于地层倾角过大,钻进过程中井斜控制难度极大。
针对这一技术难点,通过塔式钟摆钻具组合、直螺杆钻具组合、垂直钻井工具、复合钻进等技术的研究应用,探索得出复合钻进技术在哈山区域具有较好的降斜、稳斜效果,同时可保证较高的机械钻速。
【关键词】防斜打直钟摆钻具螺杆钻具垂直钻井工具复合钻进技术1塔式钟摆钻具组合的使用塔式钟摆钻具组合是基于静力学的防斜打直技术,其降斜原理是利用倾斜井眼中钻头与稳定器或切点之间的钻铤重力之横向分力,迫使钻头趋向井眼低边降斜钻进,以达到纠斜和防斜的效果。
因此,钟摆钻具的钟摆长度、钻铤的抗弯刚度以及所钻地层、所用钻头及施加钻压等是影响井斜控制的重要因素。
哈山2井使用一套塔式钟摆钻具组合:钻具结构:Φ311.2mm*3A+Φ203.2mm钻铤*18.15m+Φ311mm螺旋扶正器*+Φ9203.2mm钻铤*27.41m+Φ9177.8mm钻铤*73.74m+Φ127mm加重钻杆*91.23m+Φ127mm钻杆,钻进地层为石炭系。
钻进参数为:钻压60—100KN,泵压12MPa,排量60L/s,转速80r/min;钻进井段为152m—314m;使用效果:井斜由0.76°增至1.39°,增斜率为0.39°/100m,機械钻速为2.79m/h。
可以看出,采用塔式钟摆钻具组合,增斜不是很明显,但机械钻速为2.79m/h。
由此可以说明,在地层倾角较大、易斜井段较长时,单纯地使用塔式钟摆钻具组合可以在一定程度上控制井斜,但是会极大的牺牲钻井速度和钻井效益。
浅谈钻前设计优化技术的理论与实践

134钻井优化是科学钻井的重要标志之一,它是应用最优化理论和技术寻求使钻井速度最快、钻井成本最低的钻井参数、工具、工艺、技术、措施等[1]。
对一口井全过程进行最优化处理,称为全局最优化;对一口井的某一过程进行最优化处理,称为局部最优化;对钻井过程的某些参数进行最优化处理,称为钻参优化。
钻参优化是应用优化理论分析影响钻井速度的因素,建立钻速方程,钻头磨损方程,钻井成本方程(目标函数),在此基础上确定相应的约束条件,用最优化方法确定达到最优化目标的解向量,即最优化钻井参数和技术措施。
1 钻井优化的主要目的钻井优化的主要目的是在极值条件和约束条件,最优化数学方法,求解钻井成本最低的一组最优钻压、转速和钻头磨损量[2]。
以寻求钻井速度最快、钻井成本最低的钻井参数、工具、工艺、技术、措施,以最低的成本钻出高质量的井眼。
(1)降低生产时间(提高机速、提高趟钻进尺、提高油层钻遇率、优选工具、优化工艺、优化技术措施等);(2)降低非生产时间(降低井下复杂事故损失时间、降低设备工具维修时间);(3)控制生产成本(优选设备及工具、泥浆体系、优化工艺流程、缩短生产/非生产时间等)。
2 钻井优化分析的特点(1)钻井优化分析的特点就是通过建立若干数学理论模型,包括修正杨格钻速方程、改进的修正杨格钻速方程、计算机仿真方法、修正的软杆模型、水力载荷模型、井筒清洁模型、环空返速模型等,或把经验、测量与理论计算结合起来,反映钻井中的客观规律,及寻找最优钻井参数和工艺技术。
(2)利用大数据分析技术,通过软件算法理论模拟计算+数据分析模型+机器学习(理论+实践+智能专家),实现单位进尺成本最低。
对钻井大数据进行处理,建立贝叶斯、聚类分析、标准差、EMA指数波动平均值、箱线图等数据分析模型,优化最优机速、最低机械比能钻井参数、工具、钻具组合,及监测井下风险等。
形成“钻前设计优化、钻中实时优化分析、钻后单井分析及区块分析”的钻井持续优化闭[3]。
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式 中: F 厂
钻头侧 向力 , k N ( 这里规定F z > O 时为增斜
大, 降斜力迅速增加 。 ② 随着稳定器上移 , 钻头侧 向力逐渐增大 , 当稳定 器移至 L = 1 5 m时 , 降斜 力达到最大值 , 此时第一跨梁 将 于井 壁 产 生 新 的接触 点 。稳 定 器 继 续 上移 , 则 因出
井 眼直 径 , mm;
—
—
对于钻具组合的使用效果 的评价通常用钻头侧向 力 指标来进行 。求取钻头侧 向力 的方法较多 , 主要有 能量法 、 有限元法 、 差分法和纵横弯曲梁法等 。由于纵 横弯 曲梁法具有求解精度高 、 运算速度快 、 便于在现场 推 广和普及等优点 , 因此本文采取纵横弯 曲梁法求解
钻 头侧 向力 Ⅲ 。
力, < 0 时为降斜力) ; v ——第一个稳定器中心点的纵坐标 ; 第 一跨钻 柱 在钻井 液 中 的线 重量 , N/ c m;
— —
M — —第 一个 稳定 器处 的 内弯矩 , N・ c m;
L ——第一跨钻柱的长度 , m;
e l — —第 一稳 定 器与井 眼 的间 隙 , mm;
¥收稿 日期 : 2 0 1 3 — 0 9 — 0 2 修回 日期 : 2 0 1 3 — 0 9 —1 1
第一作 者简介 : 朱亮( 1 9 8 0 一 ) , 男( 汉族 ) , 湖北荆 州人 , 讲师 , 现从事石油工程的教学与研究工作 。
3 8
西部 探矿 工程
2 0 1 4 年第 2 期
如下 特点 :
根据纵横弯曲理论 , 不论有多少个稳定器 , 都可根 据静力平衡条件 , 对第一个稳定器取力矩来确定钻头
侧 向力 。
( 1 ) 地 层倾 角 大 , 二 开 以后 特 别是 2 1 6 mm( 本 区块 二开 多 采用 2 4 1 mm和 2 1 6 am 的钻头 ) r 的井 眼钻 进过 程 中 由于 井 眼 直 径 小 , 井斜 不 易控 制 , 其 中 一 口井 在 , 性 能分 析 , 钟 摆 钻具 , 双扶 正 器 中 图分类 号 : T E 2 4 2 文献 标识 码 : A 文章编 号 : 1 0 0 4 — 5 7 1 6 ( 2 0 1 4 ) 0 2 — 0 0 3 7 - 0 3
1 概 述
地层 。
— —
现新接触点 , 降斜力逐渐减小 。 通 过 以上 分 析 , 单 稳 定器 钟 摆 钻 具 应 选 用 较 小 直
径 的扶正 器 , 钻 铤 长度应 选 2 根。 4 . 2 “ 双稳 ” 钟摆 钻具 降斜 性能 影 响因素 分析 “ 双稳” 钟 摆钻 具是 指具 有 2 个 扶正 器 的钟 摆钻 具 ,
的效 果 以及 井 眼轨 迹 质 量的好 坏 。在 分析 玉果 区块地 质构 造特 点和 钻 井 工程 难 点 的基 础 上 , 通 过 所
建立的钻具 效果评价模型 , 对玉果 区块所使 用的钟摆钻具组合的性能进行 了分析 , 并以此为基础进 行 了优化设计 , 推荐 了适合玉果区块特点的钻具组合 。经过现场验证表明 , 所推荐的钻具组合使 用
越来越大 , 如何控制 、 降低复杂地层的钻井复杂情况和 事故 的发生 , 提高钻井时效和井眼轨迹控制质量 , 是钻
井 工 程 中 的一个 重要 问题 。 玉 果 区块 是位 于我 国西 部 台北 凹陷 的一 个 山前 构 造带 , 受 多起 构造 运 动作 用 影 响 , 发育 冲 断背 斜 背景 下 的 断块 、 断褶 , 断层 发 育 , 从 目前解 释 及 钻井 情 况 分 析
一
_ ( +
K L
+ 普 ]
㈩
( 3 )
1 5 5 0 . 0 0 m井深处井斜达到 7 . 2 9 。 , 分析发现易斜井段集 中在 中上部 N 和 N 棚鱼 层 以及 2 8 0 0 m以下的 J 2 q - J  ̄ s
1=
T
一
去 ( D o — D s 1 )
眼轨迹控制难度高 , 钻井参数不合理等问题 , 导致机械 钻速慢 、 井斜大 、 复 杂时 效 高 、 钻井 周期 长 , 严 重 制约 了
对 玉 果 区块 的高 效钻 探开 发 。 2 玉果 地 区钻 井工 程难 点分 析 从 已钻 井 的 资料 分 析来 看 , 玉 果 块 钻 井 施 工 具 有
因此对 玉果地 区进行 防斜 、 降斜技术研究是十分 迫切和有必要的 , 对提高该地区井身质量 、 提升钻井效
率 具 有重要 意义 。 3 钻 具 组合 评价优 化 模型
认为, 玉果 区块整体为一个受两组 断层 复杂化 的背斜
构造 。从 该 区块 实 施 钻 井 的实 践 来 看 , 钻 井 表 现 出井
2 0 1 4 年第 2 期
西部探 矿 工程
3 7
玉果 区块钟摆钻 具组合 降斜性 能分析及优化
朱 亮 - 一 , 姬 辉 , 蒋 鸿 。
( 1 . 长江 大 学石油 工程 学 院 , 湖 北 荆州 4 3 4 0 2 3 ; 2 . 中石油钻 井 工程 重 点实验 室长 江大 学分 室, 湖北 荆 州 4 3 4 0 2 3 ; 3 . 中石 油西部 钻探 吐 哈钻 井公 司 , 新疆 鄯善 8 3 8 2 0 0 ) 摘 要: 在 钻 井施 工 中 , 提 高钻 井 时效 的 一个 重要 方 面就是 钻具 组合 的 选择 , 它 直接 关 系到 防斜 打 快
随 着油 气 钻探 开 发 不断 向深部 、 复杂 地层 发 展 , 在 钻 进 过 程 中所 遇 到 的钻 井 复杂 情 况或 事 故 的可 能性 也
( 2 ) 钻具 结 构较 为 单一 , 玉 果 区块 使用 的主要 钻具
有: 光钻铤以及单稳钟摆钻具 。从现场井斜数据来看 ,
钻 具 的 防斜 效 果不 理想 。