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
底部钻具组合设计
二、定向井底部钻具组合设计
稳、降斜钻具实例-长庆小井眼
稳斜钻进:
165bit*0.18+311*310*0.56+163变径扶正器
*1.17+(121NDC+121DC)*125.44+311*310*0.35+ 88.9DP 钻压80kN， 转速90rpm
降斜钻进:
165bit*0.18+(121NDC+121DC)*125.44+88.9DP 钻压：50KN 转速：90rpm
（2）钻具组合二：
8-1/2 " PDC钻头 + 涡轮16.37m + 8-1/2 "扶正器 + 6-1/4"钻铤9m + 8-1/2 "扶正器 + 6-1/4"钻铤108.56m + …… 使用井段：4437.46～4494.8m， 4580.51～4649.68m。
（3）钻具组合三：
8-1/2 "钻头 + 6-1/4 "钻铤18根 + …… 使用井段：6106.16m以后。
底部钻具组合设计
自自 动动 垂垂 孔孔 钻钻 进进 系系 统统
防斜钻具
钻铤
测控装置
小刚度钻铤
轴向滑动 配合面
井下马达 10米 偏置装置 8米
中心管
外壳
异径接头
稳定器
钻头 钻头
底部钻具组合设计
勘探院研制的国内首台空气锤
底部钻具组合设计
动力学防斜
C B'
B
A
底部钻具组合设计
动力学防斜
有井斜时： • BHA贴下井壁时轴向力小；
3#
4# 5# 6#
0.0095
-0.218 0.0977 -0.0067
-0.0671
1.0543 0.1415 -0.0039
-0.5274
3.9418 0.1948 -0.0159
-1.097
4.2046 0.128 -0.0347
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
底部钻具组合设计
三、大位移井钻具组合设计
大位移井配套工具
国外主要配套工具：高扭矩顶驱、高抗扭钻杆、加
长马达、可变径扶正器、旋转导向工具、MWD、LWD、 PWD、高精度陀螺测斜仪、水力加压器、不旋转钻杆护 箍、减扭接箍、漂浮套管接箍、滚轮扶正器、可切削式
套管鞋。
国内主要配套工具：顶驱、MWD、LWD、可变径扶正
底部钻具组合设计
防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术
二开实钻井斜变化
井斜（度）
井深（米）
底部钻具组合设计
防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术
1951～2194米纠斜钻进分析
钻具组合 12-1/4 "钻头 + 8 "钻铤18米 + 12-1/4 " 扶正器 + 8 "钻铤9米 + 12-1/4 "扶正器 + 8" 钻铤130.77米 + … 钻井参数 钻压4～10吨 转速 60～80 转/分 泥浆密度1.25克/立方厘米
底部钻具组合设计
防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术
1951～2194米纠斜实际情况
井斜（度）
井深（米）
底部钻具组合设计
防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术
1951～2194米纠斜失败原因
纠斜钻头轮廓
底部钻具组合设计
防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术
1951～2194米纠斜失败原因
牙轮钻头轮廓例
+φ228.6mm (9")钻铤1根
+φ444mm扶正器2 +φ228.6mm (9")钻铤2根
+φ444mm扶正器3
+φ203.2mm (8")钻铤6柱 +φ127mm加重钻杆5柱 +φ127mm钻杆
底部钻具组合设计
防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术
一开：
钻井参数： 钻压160～200kN 转速55～65rpm 排量45 L/s 钻井液密度1.1～1.2g/cm 粘度35～45″ 泵压15MPa
• BHA靠上井壁时轴向力大； • 受力不均匀，切削不均匀。 W
底部钻具组合设计
动力学防斜
上切点：靠轴向力平衡重力分量
B A C B'
下切点：靠井壁平衡重力分量
底部钻具组合设计
防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术
一开:(~500m) 刚性满眼钻具组合： φ444.5mm (17-1/2")钻头(PDC) +φ444mm扶正器1
定向钻具：
6"（或6-1/2 " ）钻头+4-3/4 " （1°单弯螺杆） + 4-3/4 "无磁钻铤1根+ 4-3/4 "钻铤12根+ 3-1/2 "钻杆 Φ 158.75SH22R0.2 + 330X310X0.6m +
Φ120螺杆3.33m+1.5°弯接头331X310X0.355m+
Φ120 钻铤15根
底部钻具组合设计
防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术
新井眼形成到二开结束
从1336米开始使用塔式钻具，钻压从5吨逐渐增加
到20吨以上，一直打到3671.81米。 从3671.81米到4403.5米二开结束，使用光钻铤。 由于使用的钻具组合和钻井参数得当，这段井的 井斜基本在3°以下，而且越往下打井斜越小，很好 地控制了井斜，为三开钻进奠定了基础。
防斜钻具
刚性满眼钻具：
•原理：提高底部钻具组合的刚度，
以防止其弯曲 •主要包括：满眼钻具组合、方钻铤
•特点：
结构原理简单，现场易操作 强造斜趋势地层难以控制井斜 无纠斜能力 对井壁要求严格
底部钻具组合设计
防斜钻具
钟摆钻具： •原理是：使用钟摆底部钻具组合，靠钟摆降斜力纠斜 •主要包括：塔式钻具组合、钟摆钻具组合 •特点： 结构原理简单，现场易操作 强造斜趋势地层难以纠斜 需减压吊打，影响钻井效率 与钻头匹配问题
底部钻具组合设计
防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术
三开钻进
（1）钻具组合一：
8-1/2 "钻头 + 6-1/4 "钻铤18m + 8-1/2 " 扶正器 + 6-1/4 " 钻铤9m + 8-1/2 "扶正器 + 6-1/4 "钻铤135.34m + …… 使用井段：4409.46～4437.46m， 4494.8～4580.51m， 4649.68～6106.16m。
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
反扭角计算 定点造斜时的反扭角计算公式
180M = G
l1 + l2 I p1 I p2
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
变径扶正器增斜: 165bit*0.18+311*310*0.42+变径扶正器*1.17
防斜钻具
导向工具防斜： •原理：离心公转防斜，滑动钻进方式纠 斜 •主要包括：直马达或小度数弯外壳马达
复合导向钻井
•特点： 目前：马达寿命短，不经济 纠斜时需滑动钻进， 影响钻井 效率和井身质量
底部钻具组合设计
防斜钻具 自动控制垂孔钻进
KTB主孔施工采用自动垂钻系统， 在7000米内将孔斜控制在1度左右
底部钻具组合设计
防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术
2194～2347米井斜变化
井斜（） 度
井深（米）
底部钻具组合设计
防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术
2348米以后塔式钻具组合防斜钻进
钻具组合 12-1/2 "钻头 + 9 "钻铤2柱 + 8 "钻铤3柱 + 7 "钻铤4柱 + 5" 加重钻杆 + … 钻井参数 钻压26～28吨 转速 85 转/分 泥浆密度1.32克/立方厘米
器、滚轮扶正器、漂浮接箍、灌浆解卡装置、减扭接箍
底部钻具组合设计
三、大位移井钻具组合设计
大位移井钻具组合设计实例-西江
井眼轨迹垂直投影图
底部钻具组合设计
三、大位移井钻具组合设计
底部钻具组合设计
底部钻具组合设计
一、直井防斜钻具组合设计 二、定向井底部钻具组合设计
三、大位移井钻具组合设计
四、复合钻进钻具组合设计
底部钻具组合设计
一、直井防斜钻具组合设计
底部钻具组合设计
井斜原因
地层原因：层状沉积地层存在地层倾角和地 层不均质性 •垂直地层层面切削作用 •“小造斜器”作用 •其它地层因素：岩性软硬交替、地层各向 异性、断层
底部钻具组合设计
防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术
1951～2194米纠斜失败原因
PDC钻头轮廓例
底部钻具组合设计
防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术
2194～2347米井段纠斜情况
钻具组合 12-1/4 "钻头 +8 "钻铤18米 + 12-1/4 "扶正器 + 5" 加重钻杆 + … 钻井参数 钻压2～3吨 转速 85 转/分 泥浆密度1.3克/立方厘米
井斜情况
全井段井斜均为0°
底部钻具组合设计
防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术
一开：钻具分析
这种钻具组合的结构特点是刚性、满眼。要求扶正器外径接近井 眼尺寸，使钻具在井眼内居中，能抵抗地层造斜力的影响。即使钻
压在较大范围内变化，钻头侧向力基本不变，不致引起井斜。其刚
性特点可以保证井眼曲率变化很小，起到稳斜作用。 这种钻具组合具有如下弱点：
底部钻具组合设计
防斜钻具
底部钻具组合设计
防斜钻具
离心力防斜钻具： •原理是：靠离心力使底部钻具产生公转， 使φ和Fb的方向同步变化以防斜； 钟摆力纠斜 •主要包括：偏重钻铤、弯接头、偏轴钻具组合 •特点： 不需要减压吊打
切点高，纠斜能力好于钟摆钻具
不能从根本上解决井斜问题 容易引起跳钻现象
底部钻具组合设计
底部钻具组合设计
防斜钻具实例1-棋北三井防斜打直技术
回填吊打侧钻 钻具组合 12-1/4 "钻头 +8 "钻铤18米 + 12-1/4 "扶正器 + 5" 加重钻杆 + …
钻井参数
从井深1298米开始吊打侧钻新井眼。使用0.5吨钻压钻 进13米，然后用1吨钻压钻进8.76米，然后用2吨钻压 钻进16.69米。吊打至井深1336.45米，用3700测井仪 进行电测，测得井斜由1298米处的3.4°降到1336米处 的1.7°,吊打侧钻非常成功。
三、大位移井钻具组合设计
底部钻具组合设计
三、大位移井钻具组合设计
大位移井关键技术
10项关键技术: 扭矩/摩阻、钻柱设计、井壁稳定、井眼净化、
泥浆和固控、套管作业、定向钻井优化、测量、钻
柱振动及钻机设备。 大位移井钻井工艺的难点和重点集中在: 扭矩/摩阻、井眼净化、井壁稳定、井身剖面和
钻柱设计、套管作业等方面。
（1）要求扶正器外径接近井眼尺寸。国内外对新装配的满眼钻具，
要求扶正器与井眼直径间隙为0.8～1.6mm，间隙超过4.8mm时， 就要换扶正器，否则会引起井斜增加。
（2）一旦存在井斜，不能纠斜，而且还可能引起井斜慢慢增加。
（3）存在卡钻危险。
底部钻具组合设计
防斜钻具实例1Байду номын сангаас棋北三井防斜打直技术
二开: (~1951m) 钻具组合 12-1/4"钻头 + 12-1/4 " 扶正器1 +8 " 钻铤6米 + 12-1/4 " 扶正器2 + 8 " 钻铤18米 + 12-1/4 "扶正器3 + 8 "钻铤140米 + … 钻井参数 钻压10～22吨 转速 60～65 转/分 泥浆密度1.09～1.2克/立方厘米