直井下部钻具组合设计方法
石油钻井工程设计
2
尽量采用定向井、丛式井技术设计。对井斜严重的地区用一般的方法控制井斜困难时，应利用地 层自然造斜规律，移动地面井位，采用“中靶上环”的方法，使井底位置达到地质设计要求。 （14）费用预算和施工进度计划应建立在本地区切实可靠的定额基础上。每隔二至三年要对 定额指标进行修订与核算。
Байду номын сангаас
三、钻井工程设计的基本方法
一、钻井设计的内容
现场钻井设计的内容包括地质设计和钻井工程设计两大部分,其中地质设计的基本内容包括： （1）区域地质概况； （2）地理及环境资料； （3）设计依据与钻井目的； （4）设计地层、油气水及岩性矿物、物性； （5）取资料要求； （6）地层孔隙压力、破裂压力预测； （7）技术说明及要求； （8）地质附图。 钻井工程设计的基本内容包括： （1）确定合理的井身结构； （2）选择钻机类型； （3）钻柱组合和强度设计； （4）钻井参数设计； ①机械破岩参数：包括钻头类型、尺寸、数量、钻压、转数、洗井液排量等。 ②钻井液性能； ③水力参数设计； （5）固井工程： ①固井要求； ②套管柱强度设计； ③水泥浆性能参数设计； ④流变学注水泥浆设计； （6）油气井压力检测； （7）环境保护要求 （8）成本及材料预算； （9）技术经济指标及时效分析。
3
3．钻头资料 收集 3～5 口设计区块的全井实际钻头使用资料，包括每只钻头的类型，所钻地层井深、层、 段、主要岩性，钻头进尺、钻头工作时间，主要技术参数（钻压、转速、排量、钻井液密度） ，钻 头磨损特点，钻头成本。 4．钻井液资料 收集 1～2 口井的钻井液的资料，总结对分层钻井液性能的要求，使用过程中遇到的问题，如 何处理维护钻井液性能，全井钻井液材料及处理剂消耗情况，钻井液成本，钻井液净化系统情况、 数量、规格、使用效果和存在问题。 5．技术参数 收集 3～5 口井的钻井技术参数资料（钻压、转速、排量、钻井液密度、泵压、钻头尺寸） ， 同时，收集喷射钻井资料，钻具及井眼尺寸，钻头水眼尺寸，泵排量和泵压，喷射钻井的效果。 6．钻具结构资料 收集设计井油田的钻头尺寸与钻具尺寸的配合，常用钻具尺寸、类型、钢级、壁厚、国别、 合理使用钻具的措施，易斜井段所用的钻具结构的防斜效果，稳定器的使用情况。 7．压力控制资料 包括设计区块各地层的地层压力值，所采用的附加压力数值，井口装置及防喷设备、规格、 类型，除气设备，除气措施。 8．套管柱设计及注水泥 收集设计井油田所用的各种载荷的安全系数、设计方法，实际套管柱的区域、套管柱下部结 构，所用注水泥措施（替钻井液速度，隔离液、水泥浆密度，速凝剂，缓凝剂，放压与环空蹩压 候凝，注水泥计算，水泥量附加数，井径扩大情况，注水泥泵压的计算方法，提高固井质量的措 施与方法。 ）
钻具组合
常用钻具组合导向钻井技术的钻具组合选择1．单弯螺杆角度的选择，根据井眼曲率，最大井斜参数确定单弯螺杆的度数，根据经验，一般在0.75°~1.25°之间。
单弯螺杆是在两种工况下使用，造斜段滑动钻进单弯螺杆不仅提供井下动力，同时其单弯部分相当于原造斜段使用的单弯接头，其单弯角度决定了造斜率的大小。
复合钻进阶段单弯螺杆不仅提供井下动力和转盘一起工作提高钻头的转速，同时，其单弯部分相当于直井使用的偏轴接头，具有一定的防斜作用。
单弯角度过大，会使钻具承受较大的交变应力，而遭受疲劳破坏。
常规216mm井眼钻井参数的选择钻井方式钻压（kN）转盘转速（r）排量（L/s）立管压力（MP钻头转速（r）复合0~80≤8028~328~16转盘+螺杆滑动30~120028~328~16螺杆2．稳定器尺寸的选择：常规钻井中，216mm井眼稳定器外径一般要大于等于210mm；在导向钻井中单弯螺杆，上下两个稳定器如果同常规井一样大小，，会使钻具承受过大的弯曲应力，通过室内分析与实践，使用范围为208~210mm。
3．钻具结构的选择：常规定向井，在不同的工况段，是通过多次改变钻具而实现的，每改变一次钻具结构，就要起下一趟钻。
而导向钻井是造斜、增斜、稳斜、降斜几个工序使用一套钻具组合，而不用起下钻改变钻具结构。
因此，导向钻进的钻具结构要满足定向井不同工序的要求，不仅提高钻井速度，减少起下钻次数，在控制井身质量方面，更要优于常规钻井的井身质量。
“双稳定器稳斜型”：216mmPDC钻头+单弯螺杆（自带208~210mm上下扶正器）+159mm无磁钻铤+159mm钻铤15根+127mm钻杆4．钻头类型的选择：一般使用PDC钻头。
不仅速度快，在复合钻进中，也不存在掉牙轮的风险。
5．泥浆参数的选择：在滑动钻进阶段，要求摩擦阻力系数小于0.15。
防止粘钻具，造成钻压加不到钻头上，影响钻进速度。
使用到向钻进技术后，钻井速度明显提高，整个节奏加快，要求泥浆性能的调整满足快速钻井的需求。
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。
三扶“四合一”钻具的优化
三扶“四合一”钻具的优化摘要：在陇东部分区块上部洛河地层增斜能力较强，延安中上部及长2以下地层降斜较快，增大了轨迹控制难度。
致使四合一钻具在实际的使用中轨迹控制表现为洛河大增、下部地层增降斜规律不稳定，导致下部大幅度滑动，低效施工，严重影响钻井速度及一趟钻的实现，进而试验推广三扶四合一钻具组合。
关键词：轨迹控制三扶四合一PDC钻头泥浆性能一、三扶“四合一”钻具组合1.四合一钻具的原理四合一钻具本身为双扶稳斜钻具，目前使用的四合一钻具组合为：PDC钻头+单弯螺杆+短钻铤+稳定器+钻铤+钻杆，其依靠单弯螺杆的滑动能力实现定向增斜，在洛河地层复合钻进微增斜，进入安定、直罗稳斜，延安及下部地层稳、微降斜。
通过调节短钻铤的长度，选择合适的钻具结构、造斜点、初始井斜角及钻进过程中的及时微调，达到实现二开一趟钻的目的。
四合一钻具的精髓在于钻具结构本身要体现“稳-微降斜”的特性，其目的是为了提高下部轨迹的可预见性，减少下部井段的调整，提高钻井的效率。
2.三扶四合一的理论依据四合一钻具组合本身相当双扶稳斜钻具组合，三扶四合一钻具相当于三扶稳斜钻具结构。
理论上三扶四合一稳斜钻具较四合一钻具下部刚性更强，钻具更居中，其稳斜、稳方位的能力较四合一钻具更强。
二、三扶四合一钻具组合的选择1.三扶四合一钻具的选择考虑到四合一钻具中单弯螺杆的长度及长井段稳斜的难度，借鉴常规三扶稳斜钻具组合②，优选三扶四合一钻具组合为：Φ222mmPDC+7LZ172mm*1.25°+Φ165SDC*1.5-3m+Φ212-213mmSTAB+Φ165无磁+Φ210-212mmSTAB+Φ165DC9～11根+……单弯螺杆扶正器外径>212mm。
螺杆扶正器的外径偏小会影响到三扶四合一钻具组合稳斜、稳方位的能力。
中稳定器外径要大于上稳定器。
三、施工要点及保障技术措施1.优化钻井设计三扶四合一钻具的设计思路与四合一基本一致，在防碰许可的情况下，尽量提高造斜点，一般放在二开后30~100m，最大井斜尽量控制在15度以下，大位移井通过提高初始井斜角，最大井斜控制在20度左右。
定向井钻井工艺及井身质量要求
条文。本标准出版时，所示版本均为有效。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/T5088—93 评定井身质量的项目和计算方法 SY/T5416—1997 随钻测斜仪测量规程 SY/T5472—92 电子陀螺测斜仪测量规程 SY/T5619—1999 定向井下部钻具组合设计方法 SY/T5955—1999 定向井钻井工艺及井身质量要求 3 定义 本标准采用下列定义。 3.1 中靶 targeting 实钻井眼轨迹进入预定的靶区。 3.2 靶区 target area 包括通常意义的靶圆以及地质规定的特殊目标范围。 3.3 中靶预测 target prediction 根据实钻井眼轨迹达到的位置及方向，对靶前待钻井眼的造斜率、方 位调整率、井斜角和井斜方位角和长度进行预测。
4.3.1 配备动力钻具、弯接头、无磁钻铤、螺旋稳定器、随钻震击器、 加重钻杆和短钻铤等。
4.3.2 根据实际需要，可选用螺旋钻铤、无磁承压钻杆、高强度铝合金 钻杆等新型钻具和可变径稳定器、导向钻具、键槽破坏器等新型工具。 5 井眼轨迹控制
5.1 直井段钻进过程中按设计要求监测井眼轨迹，严格控制井身质量。 5.2 造斜点 根据设计及造斜点实测井斜角、井斜方位角，计算出井底位置坐标，结 合地层方位漂移规律确定定向方位角。 5.3 斜井段 5.3.1 井眼轨迹的计算和作图按 ST/T5435 的规定进行。 5.3.2 根据测斜数据和轨迹图，参照邻井资料，预测待钻井眼轨道，及 时改变钻进参数或钻具组合。 5.3.3 定向、扭方位装置角可按沙尼金图解法确定。 5.3.4 造斜和扭方位角施工时，测斜间距不超过 30m；增斜、降斜施工 时，测斜距不超过 50mm；稳斜段施工时，测斜间距不超过 80m，必要时 加密测点。 5.3.5 防碰井段施工中，有磁干扰时应用陀螺测斜仪监测井眼轨迹。 5.3.6 三维绕障井的实钻垂直投影图采用沿设计铅垂曲面投影展开的方 法作出。 5.3.7 施工中随钻作图分析井眼轨迹。 6 施工要求
钻具的识别、组成及组合
目录
• 钻具的识别 • 钻具的组成 • 钻具的组合 • 钻具的选择与使用 • 钻具的发展趋势
01
钻具的识别
钻具的种类
钻头
01
根据地层和钻井需求选择不同类型的钻头，如刮刀钻头、牙轮
钻头和金刚石钻头等。
钻柱
02
包括钻杆、钻铤和钻杆扶正器等，用于传递扭矩和承受钻压。
井口工具
03
钻杆的维护和保养对于保证钻 井安全和提高钻井效率具有重 要意义。
钻铤
钻铤是用于增加钻柱刚性和提供一定重量的工具，通常 由厚壁钢管制成。
在深井和超深井钻井中，钻铤的使用更加重要，可以提 高钻柱的整体刚性和稳定性。
钻铤的重量和尺寸根据实际需要选择，其表面通常经过 防腐处理。
在使用过程中，应定期检查钻铤的磨损和腐蚀情况，及 时更换损坏的钻铤。
使用前应对钻具进行质量检查，包括外观、尺寸和性能等方 面的检测，以确保其符合标准和要求。
02
钻具的组成
钻头
钻头是钻具中最重要的组成 部分，负责破碎岩石，形成
井眼。
1
钻头有多种类型，如刮刀钻 头、牙轮钻头和金刚石钻头 等，根据地层特性和钻井要
求选择合适的钻头。
钻头的质量和性能直接影响 到钻井效率、钻井成本和井 身质量。
对钻具进行清洗、润滑、 保养和维修，延长其使
用寿命。
合理存放钻具，避免潮 湿、腐蚀和碰撞，保持
其性能稳定。
05
钻具的发展趋势
高强度钻具的发展
高强度钻具能够承受更高的钻压和扭矩，提高钻井效率，减少钻具磨损和损坏。
高强度钻具的发展主要依赖于材料科学的进步，如高强度钢材、合金钢等材料的研 发和应用。
高强度钻具的应用范围不断扩大，不仅用于石油和天然气钻井，还可用于地热井、 水井等领域的钻井作业。
螺杆加PDC钻头复合钻进技术
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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 。
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 。
“四合一”钻具组合在镇泾油田的应用
图５ 为对 地震 资料 解释层 面数 据进 行 拟合 后所 形
成 的构造形态 ， 其拟合 程度达 到 ９ ， ０／ 因此 能 够 比较 好 ９ ６
Ｅ － 应裕林． ｌ １ 微分几何Ｅ ． Ｍ］ 四川大学出版社 ，０ ６ ２０． ［ ］ ＯｚａａＳ ＵＲ Ｚａｐｏ ｒｍ ａｃｌ ｅ ｇ ｉ ｄ ｎ ２ ｋ ｙ ．Ｃ ＶＡ ｒｇａ ｔ ｃｌ ａ ｎｔ ｅ ｄ Ｏ ｕ ｔ ｍａ ｕ ａ
收 稿 日期 ：０ ９０—０ ２ ０ —４１
作者简介： 李小玉（ ９ ６） 男（ １ ７一 ， 汉族 ）陕西成 阳人 ， ， 石油钻井助理工程师 ， 现从事现场生产技术管理工作 。
（） ２钻井 时 间的压缩 ， 少 了钻 井 液对 低压 低渗 油 减
（ 上接 第 ４ ８页）
参考文献 ：
２１ ００年第 ５ 期
西 部探矿 工程
４ ９
“ 四合 一 ’ 具 组 合在 镇 泾油 田的应 用 ’ 钻
李 小 玉
（ 中国石化 华北石 油局 三普钻 井公 司 ４８ ９ ０ ３ ＨＢ井 队， 肃 西 峰 ７ ５Ｏ ） 甘 ４ ＯＯ 摘 要 ： 北石 油局镇 泾油田位 于甘 肃 省镇原 县和 泾川县 交界 处 ， 了节约钻 井成本 和减 少施 工 占用 华 为
期缩 短 ３ ｄ使 在本工 区施 工定 向井 “ ～５ ， 一趟 钻” 钻成 完 为可 能 ， 大大 提高 了钻 井速度 。
３ 结论与认 识
层 的污染 ， 对提 高单井 原油产 量有 明显的效果 。
参考文献 ：
［］ 黄文学． １ 长庆姬塬油 田定向井下部钻具组合研究 Ｉ３ 科技 －． Ｊ 信息 ，０ ７ ３ ） ２ ０ （４ ．
井深结构。井位布置均在黄土塬上或河床沟底位置 ， 表
二开直井段施工措施
二开直井段技术措施一、PDC钻头+小钟摆钻具组合二、钻井参数：钻压：20-60KN根据实际情况调整转速：Ⅰ档—III档泵压：16MPa 排量：40l/s三、技术措施：1、调整钻头水眼，到底泵压不小于15MPa。
充分利用水力喷射作用，形成一定的井眼扩大率，利于下步施工。
2、执行PDC钻头操作规范，起下钻、钻进用好刮泥器。
3、钻头过套管头时特别注意，防止碰坏牙齿。
下钻时要控制下放速度，特别探水泥塞面时，防止在套管内硬遇阻损坏钻头，到底后须冲洗井底，防焊渣损坏钻头牙齿。
4、下钻到底开泵正常后加压10-20KN做井底造型后，小钻压钻完水泥塞，注意观察钻时及震动筛返砂有无铁屑。
5、送钻均匀、防溜、防顿，绝对防止出现井下落物情况。
6、提前做好做单根的准备工作，接单根前进行套划眼，接单根的速度要快，早开泵晚摘泵，防止堵水眼。
7、提前做好钻具地面检查工作，保证入井钻具的入井质量（水眼、公扣、母扣、本体、台肩面等）；钻杆上钻台把钻杆内的铁锈震掉，防止堵水眼。
8、根据定向单位要求配合好测斜，提前做好测斜工作，循环泥浆不少于一个循环周，循环时要大幅度活动钻具，严禁定点循环，以防出现大肚子和糖葫芦井眼。
9、针对区块易漏特点（上部地层就有可能），防止出现因开泵过猛、钻具下放速度过快等操作不当导致井漏。
10、加强坐岗观察，调整好报警器间隙，按时测量液面并认真填写坐岗记录本，震动筛前不得离人，司钻注意观察泵压变化，发现异常及时汇报技术员。
11、加强固控设备的维护保养，认真测量监督无固相泥浆性能，注意坂含、固含的控制是否在设计范围，泥浆的抑制性能是否达到要求（在起下钻、短起下时能得到验证）。
12、按300-500米中途进行短起下，保证下定向钻具前井眼畅通。
0171.5-2006标准配备规范：钻井、井下作业
丛式井井场布置原则及要求
表 2 井 下 作 业 施 工 管 理 标 准 配 备（续）
表 1 钻 井 施 工 管 理 标 准 配 备 (续)
标准名称
类别 施工管理
类别
49 SY/T6551-2003 50 SY/T6566-2003 51 Q/CNPC52-2001 52 Q/SY66-2003 53 Q/SYTZ0075-2001 54 SY/T5088-2002 55 SY/T5313-93 56 SY/T5333-96 57 SY/T5431-96 58 SY/T5435-2003 59 SY/T5619-99 60 SY/T5698-95 61 SY/T5724-95 62 SY/T5731-95 63 SY/T6268-96 64 SY/T6288-97 65 SY/T6417-99 66 SY/T6427-99 67 SY/T6543.1-2003 68 Q/SY71-2003 69 Q/SY83-2003 70 Q/SY122-2005 71 SY/T5954-2004 72 SY/T5518-2000 73 SY/T6586-2003 74 SY/T5972-94 75 SY/T5025-99 76 SY/T6202-96 77 SY6043-94 78 SY/T6199-96 79 SY/T5466-97 80 Q/CNPC63.1-2002
序号
标准编号
1 SY/T5053.1-2000
2 SY/T5053.2-2001
3 SY/T5443-2001
4 SY/T6616-2005
5 SY/T5323-2004
6 SY/T6543.2-2003
7 SY5742-95 8 SY/T6160-95 9 SY/T5964-2003 10 SY/T6426-2005 11 Q/SYTZ0146-2005 12 Q/SYTZ0147-2005
钻柱设计
第二节钻柱与下部钻具组合设计一、钻柱设计与计算合理的钻柱设计是确保优质、快速、安全钻井的重要条件。
尤其是对深井钻井，钻柱在井下的工作条件十分复杂与恶劣，钻柱设计就显得更加重要。
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：第一，满足强度（抗拉强度、抗击强度等）要求，保证钻柱安全工作；第二，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2-21供参考。
表2-21 钻头尺寸与钻柱尺寸配合从上表可以看出，一种尺寸的钻头可以使用两种尺寸的钻具，具体选择就要依据实际条件。
选择的基本原则是：1．钻杆由于受到扭矩和拉力最大，在供应可能的情况下，应尽量选用大尺寸方钻杆。
2．钻机提升能力允许的情况下，选择大尺寸钻杆是有利的。
因为大尺寸钻杆强度大，水眼大，钻井液流动阻力小，且由于环空较小，钻井液上返速度高，有利于携带岩屑。
入境的钻柱结构力求简单，以便于起下钻操作。
国内各油田目前大都用127mm(5 in)钻杆。
3．钻铤尺寸决定着井眼的有效直径，为了保证所钻井眼能使套管或套铣筒的顺利下入，钻铤中最下部一段（一般应不少一立柱）的外径应不小于允许最小外径，其允许最小钻铤外径为允许最小钻铤外径＝2×套管接箍外径－钻头直径当钻铤柱中采用了稳定器，可以选用稍小外径的钻铤。
钻铤柱中选用的最大外径钻铤应以保证在可能发生的打捞作业中能够被套铣为前提。
在大于241.3mm的井眼中，应采用复合钻铤结构。
但相邻两段钻铤的外径一般以不超过25.4mm为宜。
4．钻铤尺寸一般选用与钻杆接头外径相等或相近的尺寸，有时根据防斜措施来选用钻铤的直径。
近些年来，在下部钻具组合中更多的使用大直径钻铤，因为使用大直径钻铤具有下列优点：1）用较少的钻铤满足所需钻压的要求，减少钻铤，也可减少起下钻时连接钻铤的时间；2）高了钻头附近钻柱的刚度，有利于改善钻头工况；3）铤和井壁的间隙较小，可减少连接部分的疲劳破坏；4）利于放斜。
长庆姬塬油田定向井下部钻具组合研究
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Ｓ ＩＮＣ Ｃ Ｅ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｏ Ｏ Ｆ ＭＡ Ｉ Ｅ ＨＮ Ｌ ＧＹＩ ＯＲ ＴＯＮ Ｎ
２０ ０ ７年
第３ ４期
长庆姬塬油 田定向井下部钻具组合研究
黄 文学 （ 长庆 钻 井工程 总公 司 陕西 西安
【 摘
【 关键词 】 钻具组合 ； 四舍一 ； 轨迹控 制； 井提速 钻
一
、
姬 塬 油 田 的工 程 情 况
２２５ １． ｍｍ）３ 短 钻 铤 ＋ ２ １稳 定 器 １ Ｏ ＋＋ ６ ＋ｍ １ ． ｒ １５ｍｍ 无 磁 钻 铤 ＋ ６ｅ
姬 塬 油 田位 于 鄂 尔 多 斯 盆 地 伊 陕 斜 坡 姬 塬 隆 起 ，０ ６年 开 发 的 １５ ｍ 钻 铤 １ ２０ ６ｒ ａ ３根 。 钻 具 二 开 入 井 （８ ｍ） 合 钻 进 至 ６ ０ 开 始 滑 该 １８ 复 ３ｍ 主力 油 层 长 ４ ５ 平 均 垂 深 ２０ ～ ５０ 位移 一 般都 在 ５ ０ 左 右 ， ＋ ， ３０ ２ ０ｍ， ０ｍ 近 动 导 向 钻进 两 个 单 根 ， 别 在 ６ ８ ８ ０ 滑 动 导 向 钻 进 两 个 单 根 ， 分 ７ ｍ、７ ｍ 井 Ｏ后 开 １０ 由 １ ／ 井 位 移 超 过 ６ ０ 完 钻 最 深 的 井 达 到 ２ ８ ｍ（ ７ — ５井 ）最 大 斜 增 至 １。 ， 转 钻 盘 复 合 钻 进 至 ２ ４ ｍ， 于 方 位 微 大 于设 计 方 ３的 ０ ｍ， ８ １ 地 ８９ ．
各种钻井条件下的钻具组合
一、常规钻井（直井）钻具组合：BIT钻头；DC钻鋌；SDC 螺旋钻鋌；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：Φ444.5mmBIT×0.50m+Φ229mmDC×27.24m +Φ203mmDC×54.94m+Φ165 mmDC×54.51m+Φ139.7mmDPΦ311.1mmBIT×0.40m+Φ229mmDC×54.38m+Φ203mmDC×82.23m+Φ165m mDC×81.83m+Φ139.7mmDPФ311.1mmBIT×0.32m+Ф244.5mm LZ×9.50m+Ф229mmDC×45.40m+Ф203 mmDC×73.13m+Ф165mmDC×81.83m+Ф139.7mmDPΦ311.1mmBIT×0.30m+Φ229mm SJ×6.62m+Ф229mmDC×53.94m+Ф203mm DC×81.75m+Ф165mmDC×81.83m+Ф139.7mmDP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Φ215.9mmBIT×0.25m+430/4A10+Ф165mmSDC×161.56m+4A11/410+Ф165 mmDJ×8.81m+411/4A10＋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：Φ660.4mmP2×0.50m+730/NC61母+Φ229mm SJ×9.24m+Φ229mmSDC×1 8.24m+730/NC61公+26″LF+731/NC61母+Φ229mmSDC×9.24m+730/NC61公+ 26″LF+731/NC56母+Φ203mmDC×94.94m+410/NC56公+Φ139.7mmDP+顶驱Φ444.5mmGA114×0.50m+730/NC61母+Φ229mmSJ×9.24m+Φ229mm SDC ×18.24m+171/2″LF+Φ229mmSDC×9.24m+171/2″LF+NC61公/NC56母+Φ2 03mmDC×121.94m+8″随震+8″DC×18.94m+410/NC56公+Φ127mmH WOP×141. 94m +Φ139.7mmDP+顶驱Φ311.1mmBIT×0.46m+Φ229mmDC×18.08m+Φ308mmLF×1.82m+Φ203 mmDC×9.10m+Φ308mmLF×1.51m+Φ229mmDC×27.32m+203mmDC×73.13m+Φ178mmDC×81.83m+Φ139.7mmDP+顶驱Φ311.1mmDB535Z×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×27.9 4m+410/NC56公+Φ139.7mmHWOP×141.94m +Φ139.7mmDP+顶驱Φ311.1mmDB535FG2×0.50m+630/731+95/8″LZ+Φ229mmSJ×18.64m+ 12 1/4″LF ++Φ229mm SDC×9.24m +121/4″LF+Φ203mmDC×148.94m+410/NC56公+Φ139.7mmHWOP×141.94m +Φ139.7mmDP+顶驱Φ215.9mmBIT×0.33m+Φ172mmLZ×8.55m+Φ165mmSDC×1.39m+Φ165mmSD C×1.39m+Φ214mmSTB×1.38m+Φ165mmDC× 236.14m+Φ139.7mmHWOP×141.94 m +Φ139.7mmDP+顶驱3、满眼钻具组合：Φ311.1mmH136×0.30m+121/4″LF +NC56 公/ NC61母+Φ229mmSJ×9.24m+NC61公/NC56母+121/4″LF + NC56 公/ NC61母+Φ229mm SDC×18.24 m+NC61公/NC56母+121/4″LF+Φ203mmDC×121.94m+8″随震+8″SDC×18.94m +410/NC56公+Φ139.7mmHWOP×141.94m +Φ139.7mmDP+顶驱Φ215.9mm牙轮BIT×0.24m+Φ190mm LB×1.10m+Φ214mmSTB×1.39m+Ф16 5mm SDC×1.39m+Φ214mmSTB×1.40m+Ф165mm DC×8.53m+Φ214mmSTB×1.39m+Φ165mm SJ×5.08m+Ф165mm DC×244.63m+Φ139.7mmHWOP×141.94m +Φ139.7m mDP+顶驱Φ215.9mm牙轮BIT×0.24m+Φ214mmLF×1.49m+Ф165mmSDC×1.39m+Φ21 4mmLF×1.40m+Ф165mmDC×8.53m+Φ214mmLF×1.39m+Φ165mm SJ×5.08m+Ф16 5mmDC×244.63m+Φ139.7mmHWOP×141.94m +Φ139.7mmDP+顶驱Φ215.9mm牙轮BIT×0.25m+Φ214mmSTB×1.50m+Ф165mmSDC×1.38m+Φ2 14mmSTB×1.40m+Ф165mmDC×8.81m+Φ214mmSTB×1.40m+Ф165mm SJ×6.11m+Ф165mmDC×229.22m+Φ139.7mmHWOP×141.94m +Φ139.7mmDP+顶驱二、定向井（水平井）钻具组合：1、直井段钻具组合：采用塔式钻具组合、钟摆钻具组合、满眼钻具组合。
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
“四合一”钻具组合优选与应用
“四合一”的钻具组合，这是广大钻井科技工作者，历经多 年来的实践、总结、发展的一种新技术，是钻具组合结晶，建议 根据各区域施工特点可以推广试用本钻具组合。
表 1 地质分层及油气水层表
层位
系
统
组
段
第四系
侏罗系
下统
延安组
上统
延长组
三叠系
中统 下统
纸坊组 和尚沟组 刘家沟组
系
统
组
段
上统
石千峰组
中统
石盒子组
深灰、灰色泥岩、煤，灰白色砂岩
深灰色泥岩、灰岩、煤，灰色砂岩
铝土质泥岩、煤，灰色灰岩
防漏、防斜 防漏、防涌 防塌、防卡
防卡 防泥包、防卡
防漏
故障提示
防漏
防
硫
防喷
化
防塌
氢
、
防
防塌
有
防喷
毒
防漏
有
害
气
防塌防喷
体
2017 年 11 月
97
3“四合一”钻具结构的选用原则
“四合一”钻具结构是一种微增斜钻具结构，增斜率较小。
实钻中是以提高造斜点达到提前增斜的目的，斜井段控制井段 长，井眼曲率小，也有利于下部井眼轨迹控制时调整工具面。 3.1 螺杆的选用
1°单弯螺杆定向或扭方位施工需要井段较长，定向或扭方 位速度相对较慢；1.25°单弯螺杆定向或扭方位施工需要井段较 短，定向或扭方位速度相对较快，时效明显较快。可以根据位 移大小选择不同弯曲度的单弯螺杆。 3.2 扶正器的选用
四合一钻具钻井技术
长庆油田定向井二开“一趟钻”钻井技术--长庆石油勘探局四合一钻井技术主要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,实现直井段防斜打快,斜井段轨迹控制。
配合高效PDC钻头与MWD等工具,可简化施工工序、实现一套钻具组合就能完成定向、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。
四合一钻井技术主要的钻具组合为PDC钻头+螺杆钻具+定向接头+短钻铤+扶正器+钻铤+钻杆。
一、基本情况长庆石油勘探局采用“四合一”钻具,在油井定向井施工实现了二开“一趟钻”完钻，“四合一”钻具是复合钻井技术的继承和发展,是四种工具、四种性能的集成。
具备了塔式钟摆的防斜性能、多稳定器结构稳斜稳方位能力、复合钻井的滑动可调性、PDC 钻头的快速钻进等综合优势，使定向井的二开直井段-造斜段-增斜段-稳斜段钻井实现“一趟钻”完钻，成为钻井提速的有效钻具组合。
2006年在姬塬区块试验应用后，刷新了长庆钻井历史上11项指标，钻机月速度提高23.95 %，一趟钻比例达到19.31 %。
2007年在油田各区块推广应用，再次刷新了长庆钻井历史上6项指标，截止6月26日油井开钻745口，完井691口钻井进尺145.7万米，二开“一趟钻”完钻185口，完钻比例达到27.24 %，钻机月速度提高27.45 %，机械钻速提高19.7 %，钻井周期下降12.39%。
二、“四合一”钻具结构形成的背景及技术思路(一) “四合一”钻具是提速的需要1、市场占有率低长庆钻井的内部市场占有率仅为50%，与长庆油田的大发展不相适应，靠增加设备，需要大量的投资，在设备有限的情况下，只有提高钻井速度，才能提高市场占有率，才能促进长庆油田的快速有效协调发展。
钻具组合
以上是濮城区块及同类型井设计以下是文72块区及同类型井设计一、井身结构二、钻头及钻井参数1、沙二及沙三地层使用大港或川石产高效PDC。
2、表中钻井参数可根据具体情况调整。
三、钻具组合注：表中钻具组合根据现场需要调整和选用，定向井斜井段钻具组合可增加随钻震击器和加重钻杆。
造斜钻具的螺杆类型或弯接头度数根据具体情况确定。
311.14mm井眼造斜钻具组合根据具体情况而定。
古云区块及同类型井设计一、井身结构二、钻头及钻井参数注：1、东营及沙一地层使用普通PDC，沙二及沙三地层使用大港或川石产高效PDC。
2、表中钻井参数可根据具体情况调整。
三、钻具组合注：表中钻具组合根据现场需要调整和选用，定向井斜井段钻具组合可增加随钻震击器和加重钻杆。
造斜钻具的螺杆类型或弯接头度数根据具体情况确定。
文92块及同类型井设计一、井身结构注：部分井二开设计311.1mm钻进1250m。
二、钻头及钻井参数注：1、使用大港或川石产高效PDC。
2、表中钻井参数可根据具体情况调整。
三、钻具组合文13、文203区块及同类型井设计一、井身结构二、钻头及钻井参数注：1、本区块使用川石或川克产高效PDC。
2、表中钻井参数可根据具体情况调整。
三、钻具组合注：1、表中钻具组合根据现场需要调整和选用，定向井斜井段钻具组合可增加随钻震击器和加重钻杆。
造斜钻具的螺杆类型或弯接头度数根据具体情况确定。
2、二开大井眼定向钻具组合根据具体情况而定。
四、重点提示文33块区及同类型井设计一、井身结构二、钻头及钻井参数注：1、东营及沙一地层使用普通PDC，沙二及沙三地层使用大港或川石产高效PDC。
2、表中钻井参数可根据具体情况调整。
三、钻具组合注：表中钻具组合根据现场需要调整和选用，定向井斜井段钻具组合可增加随钻震击器和加重钻杆。
造斜钻具的螺杆类型或弯接头度数根据具体情况确定。
文184块及同类型井设计一、井身结构。
QSH 0081-2022探井(直井)钻井工程设计
QSH 0081-2022探井(直井)钻井工程设计QSH 0081-2022探井(直井)钻井工程设计ICS 75.020E 13备案号：Q/SH中国石油化工集团公司发布QSH 0081-2022探井(直井)钻井工程设计QSH 0081-2022探井(直井)钻井工程设计目次前言 (II)1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 设计原则 (1)4 设计内容与要求 (2)5 设计的审批与更改 (4)6 设计格式 (4)附录A （规范性附录）探井（直井）钻井设计格式 (5)QSH 0081-2022探井(直井)钻井工程设计前言本标准的附录A为规范性附录。
本标准由中国石油化工股份有限公司科技开发部提出。
本标准由中国石油化工集团公司油田企业经营管理部归口。
本标准起草单位：胜利石油管理局钻井工艺研究院。
本标准主要起草人：陈明边培明窦玉玲王介坤张春涛QSH 0081-2022探井(直井)钻井工程设计探井（直井）钻井工程设计1 范围本标准规定了探井（直井）钻井工程设计的内容与要求。
本标准适用于中国石油化工集团公司暨股份公司所属的陆上探井（直井）钻井工程设计。
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。
SY/T 5087 含硫化氢油气井安全钻井推荐作法SY/T 5127 井口装置和采油树规范SY/T 5172 直井下部钻具组合设计方法SY/T 5234－2022 优选参数钻井基本方法及应用SY/T 5251－2022 油气探井地质录取项目及质量基本要求SY/T 5322 套管柱强度设计方法SY/T 5347 钻井取心作业规程SY/T 5430 地层破裂压力测定套管鞋试漏法SY/T 5431－1996 井身结构设计方法SY/T 5467 套管柱试压规范SY/T 5480 注水泥流变性设计SY/T 5593 钻井取心质量指标SY/T 5623 地层孔隙压力预测检测方法SY/T 5724 套管串结构设计SY/T 5729 稠油热采井固井作业规程SY/T 5730 常规注水泥作业规程SY/T 5954 开钻前验收项目及要求SY/T 5964 钻井井控装置组合配套、安装调试与维护SY/T 6026 双级注水泥作业规程SY/T 6199 钻井设施基础规范SY/T 6277 含硫油气田硫化氢监测与人身安全防护规程SY/T 6426－2022 钻井井控技术规程SY/T 6543.1 欠平衡钻井技术规范第1部分：设计方法SY/T 6616 含硫油气井钻井井控装置配套、安装和使用规范Q/SHS 0001.1 中国石油化工集团公司安全、环境与健康(HSE)管理体系Q/SHS 0003.1 天然气井工程安全技术规范第1部分：钻井与井下作业Q/SH 0034 空气钻井安全技术规范3 设计原则3.1 符合质量、安全、环境与健康体系要求。
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SY/T5172-1996
代替SY5172-87 直井下部钻具组合设计方法
1范围
本标准规定了石油与天然气钻井工程钻直井用下部钻具组合的设计原理及方法。
本标准适用于石油与天然气地层倾角小的常规直井钻井的下部钻具组合设计。
2钻铤尺寸及重力的确定
2.1钻铤尺寸的确定
2.1.1为保证套管能顺利下入井内，钻柱中最下段（一般不应少于一立柱）钻铤应有足够大的外径，推荐按表1选配。
表1 与钻头直径对应的推荐钻铤外径
钻头直径钻铤外径
142.9～152.4 104.7，120.6
158.8～171.4 120.6，127.0
190.5～200.0 127.0～158.8
212.7～222.2 158.8～171.4
241.3～250.8 177.8～203.2
269.9 177.8～228.6
311.2 228.6～254.0
374.6 228.6～254.0
444.5 228.6～279.4
508.0～660.4 254.0～279.4
2.1.2钻铤柱中最大钻铤外径应保证在打捞作业中能够套铣。
2.1.3在大于190.5mm的井眼中,应采用复合(塔式)钻铤结构(包括加重钻杆)，相邻两段钻铤的外径差一般不应大于25.4mm。
最上一段钻
铤的外径不应小于所连接的钻杆接头外径。
每段长度不应少于一立
柱。
2.1.4钻具组合的刚度应大于所下套管的刚度。
2.2钻铤重力的确定
根据设计的最大钻压计算确定所需钻铤的总重力,然后确定各种尺寸钻铤的长度,以确保中性点始终处于钻铤柱上，所需钻铤的总重
力可按式(1)计算：
PmaxKs
Wc= ……………………………
(1)
K f
其中：
ρm
K f=1－
ρs
式中：Wc——所需钻铤的总重力，kN；
Pmax——设计的最大钻压，kN；
Ks——安全系数，一般条件下取1.25，当钻铤柱中加钻具减振器时，取1.15；
K f——钻井液浮力减轻系数；
ρm——钻井液密度，g/cm3；
ρs——钻铤钢材密度，g/cm3。
3钟摆钻具组合设计
3.1无稳定器钟摆钻具组合设计
为了获得较大的钟摆降斜力,最下端1～2柱钻铤应尽可能采用大尺寸厚壁钻铤。
3.2单稳定器钟摆钻具组合设计
3.2.1稳定器安放高度的设计原则：
3.2.1.1在保证稳定器以下钻铤在纵横载荷作用下产生弯曲变形的最大挠度处不与井壁接触的前提下,尽可能高地安放稳定器。
3.2.1.2在使用牙轮钻头、钻铤尺寸小，井斜角大时，应低于理论高度安放稳定器，可参照表2安放稳定器。
表2 定长钻摆钻具组合的推荐稳定器高度
钻头直径稳定器高度
mm m
≥339.7 ≈36(四根钻铤单根)
244.5～311.2 ≈27(三根钻铤单根)
193.7～244.5 ≈18(两根钻铤单根)
≤152.4 ≈9(一根钻铤单根) 注:钻铤单根长度按9m计
3.2.2当稳定器以下采用同尺寸钻铤时,可用式(2)计算稳定器的理论
安放高度：
-b+ b2-4ac
Ls= (2)
2a
其中：
b=184.6P(0.667+0.333e/r)2(r-0.42e-0.08e2/r)
α=π2qsinα
c=-184.6π2EI(r-0.42e-0.08e2/r)
式中：Ls——稳定器的理论安放高度，m；
p——钻压，kN；
e——稳定器与井眼间的间隙值，即稳定器外径与钻头直径差值之半，m；
r——钻铤与井眼间的间隙值，即井眼直径与钻铤外径的差值。