复合钻井技术研究及应用课件
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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ຫໍສະໝຸດ Baidu钻井钻具组合特性分析
侧向力（KN） -0.25
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
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
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
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：
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
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。
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）
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
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
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
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）
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）
-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
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ຫໍສະໝຸດ Baidu钻井钻具组合特性分析
侧向力（KN） -0.25
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
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
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
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：
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
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。
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）
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
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
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
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）
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）
-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