钻井摩阻实时监测

摩阻和扭阻监测

1．为什么要监测摩阻?

➢帮助追踪井下环境和井眼不稳定性问题；

➢帮助在接立柱前的循环、循环一周或多周、用高粘/高密度/低粘等泥浆密度清洗井眼、短起下等作业时，判断井眼清洁效果；

➢帮助确认岩屑床（和ECD，震动筛上的岩屑返出量一起进行）；

➢帮助确定扭矩问题，钻井设备的负荷能力以及最大可钻达深度和最大套管可下入深度；

➢帮助判断泥浆的润滑性，泥浆比重的效果，泥浆性能的变化；

➢帮助确定每口井的裸眼和套管摩擦系数，为丛式井施工建立摩擦系数数据库；

➢判断井眼轨迹增/降斜、增/降方位井段对摩阻的影响；

➢帮助解决下套管/尾管时遇到的问题；

➢帮助优化BHA和套管串，以及是否需要使用降扭矩工具。

2．理论摩阻曲线

➢由D&M根据实际井眼尺寸，实际BHA结构，设计轨迹，正确的泥浆性能等参数建立理论上的摩阻曲线。如果能获得实际井眼测斜数据和实际BHA工具，最好根据这些参数重新绘制；

➢理论摩阻曲线应显示起钻，下钻和提离井底时的旋转扭矩；

➢确保考虑了套管和裸眼在根据泥浆性能和实际经验确定的摩擦系数；

➢非常重要的是，理论曲线中应有一条摩擦系数为0的悬重曲线，这条曲线将用于标定理论曲线。如果理论曲线是正确的，旋转时的悬重将和理论曲线完全吻合。

➢在理论摩阻表中加入最大悬重曲线，该曲线将用于表明钻具使用或钻井设备极限负荷。

注意：理论摩阻曲线是根据动态摩擦系数来确定的。监测摩阻时，悬重是在钻具开始运动且旋重稳定后的读数。

3．需要监测的参数

总共需要四个参数：

➢上提旋重：保持同样的速度，上提钻具至少5-6米。

➢下放旋重：保持同样的速度，下放钻具至少5-6米。

➢旋转悬重：离开井底至少1-2米后，旋转钻具时的悬重。

➢扭矩：离开井底以旋转钻进时的转速旋转钻具时的扭矩。

注意：在进行摩阻测试时，也需要记录开始上提钻具时最大的静态悬重，这一数据将用于确定从静态到动态的悬重是否会超过钻井设备或钻具的极限。确保任何时候悬重都不要超过钻具或钻井设备的极限负荷。

何时需要监测摩阻?

➢ 每次接单根的时候(每柱或每两柱，根据钻井设备的类型确定)； ➢ 钻头在套管内，即将钻出套管鞋进入新地层； ➢ 起钻或下钻其间，在套管内，特别是在裸眼内； ➢ 井斜或/和方位有较大幅度的变化； ➢ 短起下前，短起下过程中及短起下后； ➢ 循环后，或泵入清洁井眼的泥浆药品后；

➢ 泥浆比重增加或降低，泥浆性能发生变化，泥浆流体特性发生变化后； ➢ 增加减扭矩工具，如泵入润滑剂或使用减扭器前、后； ➢ 完钻后，清洗井眼前、后；

➢ 在下套管过程中，每3-5根套管监测一次。

➢

在下尾管的过程中，每1-2柱观察一次摩阻的情况。根据钻井设备的能力，确定是否需要旋转尾管以获取转动悬重。

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Hookloads (klbs)

M e a s u r e d D e p t h (f t )

摩阻监测方法

➢每柱钻进完毕，保持足够的排量和旋转速度活动钻具，确保井眼清洗到位、BHA 所在部位的岩屑基本被清除，井眼畅通（具体的判决标准要根据不同的钻井设备、

施工步骤、划眼情况、井眼尺寸、井眼角度、地层特性等来确定）。

➢将钻具提离井底2-3米，以正常钻进时的泥浆排量和旋转速度转动钻具，获取旋转时的悬重。如果摩阻模拟曲线正确，该悬重应在FF=0的曲线上。

➢将钻具提离井底2-3米，以正常钻进时的泥浆排量和旋转速度转动钻具，获取离开井底旋转时的扭矩。

➢停止旋转钻具，上提钻具体5-6米。记录最大上提悬重（刚开始上提钻具时的悬重，代表静态上提悬重）和上提拉力稳定后的悬重（动态上提悬重）。

➢下放钻具体5-6米。记录最小下放重量（刚开始下放钻具时的钻具重量，代表静态下放悬重）和下放拉力稳定后的悬重（动态下放悬重）。

补充事项

➢每次以同样的速度活动钻具会使数据更加可信。

➢在收集数据的时候，注意记录指重表/扭矩表在所有环境下的读数，例如上提最大值、稳定值，下放最小值、稳定值等。

➢如果开泵进行上提下放测试，则同一井眼保持同一排量，以防不同的水力对测试结果造成干扰。

➢摩阻测试可以在开泵或关泵的情况下进行：

➢开泵测量：可以用于评估可以钻达的最大井深，有助于确认是否需要起钻、循环或划眼等作业。

➢停泵测量：用于评估扩眼、短起等作业的效果，帮助确定井眼是否适合起下钻、下套管/尾管等作业。也有助于评估套管、尾管可下入的最大深度。

计量罐泥浆高度

计量罐泥浆高度也是表明井眼清洗好不好的一个参考，如果从井底的岩屑能有效的返出，那么泥浆计量罐里面的泥浆就会按比例减少。理论上来说，计量罐反应岩屑量的泥浆体积等于井眼体积减去钻杆体积。如果计量罐内的反应岩屑量的泥浆体积少于所期望的，那么证明环空有沉砂堆积，如果不采取措施清洗井眼则有可能发生事故。

上提/下放测试

上提下放最基本的测试井下摩阻的方法，由上提下放悬重可以确认井眼的清洗情况，由此决定是继续钻进还是需要循环或短起。如果上提下放的重量变化很大，则需要查找原因，

错误的解释往往会导致错误的结论。上提下放在每个井眼开始钻进之前就要进行，以获取这个井眼的参考数据。摩阻分析表可以分为三个区间：好，可以接受，坏。如果实际摩阻在“坏”的区间，证明井眼清洁不好，需要采取措施提高井眼清洗质量。

震动筛上的钻屑

钻井产生的钻屑量应等于震动筛上返出的钻屑加上留在泥浆（砂或固相）或井眼中的钻屑。如果环空中的钻屑含量达到最少，则证明井眼清洗效果好。钻速越高，产生的钻屑越多，在震动筛上返出的钻屑也就越多。如果返出的钻屑数量不足，剩下的钻屑就留在井内，达到一定的地步就有可能导致岩屑“雪崩”或卡钻。

降低摩阻的方法

➢井身轨迹的优化设计、最优化的润滑泥浆、低摩阻钻杆保护器。

➢确保井眼干净。高排量，高转速，定期用高粘或轻重组合泥浆洗井等。

➢如果摩阻与钻具的扭曲有关，则要考虑优化钻具组合以降低钻具的扭曲程度。必要时采用锥型钻具组合。

➢在接近直井的井段采用钻铤、加重钻杆等钻具加压，避免使用钻杆加压时钻具的扭曲，同时帮助推动下部钻具前进以实现马达定向钻进。

➢在某些马达定向的场合可以使用推进器或缓冲接头来传递钻压。

➢清洁井眼，活动钻具，清除岩屑，可以暂时提高马达定向钻进效果。

➢使用超长马达或双级马达可以增加马达的憋泵压降，提高定向钻进效率。

➢定向钻进时也可以利用游车和顶驱的重量来协助加压。采用这种方法必须特别小心，不要让钻杆过度扭曲。

➢精确控制井身轨迹，避免出现高狗腿。

降低扭阻的方法

➢井身轨迹：优化的井身结构是降低扭阻的重要措施。

➢降低套管内的扭阻：使用非旋转钻杆保护器。这些保护器最好放在钻杆/套管承受负荷最大的位置。

➢降低裸眼段的扭阻：使用在轴承外安装非旋转保护套的接头。

➢增加泥浆的润滑性，提高油/水比。

➢在泥浆中混入玻璃小球。但是需要连续加入，因为这种小球在地面回收很难。

➢另外可以参考的方法就是加入堵漏材料。实践表明LCM有降低摩阻的效果。

➢提高钻杆的抗扭能力。

➢使用高抗扭的螺纹脂；据说可提高抗扭27%；