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。

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( )。

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。

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。

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]。

利用四因素三水平正交回归分析法进行钻具造斜率预测研究柳贡慧;刘伟;刘忠;吴振江
【期刊名称】《石油天然气学报》
【年(卷),期】2010(032)003
【摘要】钻具造斜率是影响定向井设计和施工的关键因素,可以通过几何、统计和力学等方法进行分析预测,但是目前这些分析方法还存在许多的缺陷.任何一种单一的方法都无法完成准确预测造斜率的任务,因此提出在力学法(极限曲率法)的基础上,考虑多种因素(如钻压、井眼直径、装置角、井斜角)的波动范围对钻具造斜率影响,使用四因素三水平正交回归分析法计算造斜率的新方法.该方法不但可以通过极限曲率法计算出地层影响因子,而且可以反映出多种因素波动对钻具造斜率的影响,对提高钻具造斜率的精度具有十分重要的意义.
【总页数】5页(P108-112)
【作者】柳贡慧;刘伟;刘忠;吴振江
【作者单位】中国石油大学(北京)石油与天然气工程学院,北京,102249;中国石油集团钻井工程技术研究院,北京,100195;中国石油大学(北京)石油与天然气工程学院,北京,102249;中国石油大学(北京)石油与天然气工程学院,北京,102249
【正文语种】中文
【中图分类】TE22
【相关文献】
1.小口径孔底动力螺杆钻具组合造斜率预测实验研究 [J], 于宗仁;张微坤;张建明;张家喻;赵小翠
2.直螺杆的钻具组合在水平分支井侧钻中造斜率预测 [J], 梁浩
3.小口径孔底动力钻具组合造斜率预测研究 [J], 于宗仁;李巨龙
4.中短半径水平井弯壳螺杆钻具造斜率预测方法研究 [J], 唐雪平;陈祖锡;汪光太;郭自力
5.小口径孔底动力钻具组合造斜率预测研究 [J], 于宗仁;李巨龙
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盐下水平井YM7-H4大井眼段钻井技术王兴武【摘要】YM7-H4井是一口盐下水平井,因盐膏层距目的层垂深约25 m,设计用φ311.1 mm钻头在易垮塌的吉迪克组地层进行定向,在盐膏层内一直增斜达到73.62°,直至钻穿盐膏层至井深4 770 m,然后下入φ273.1 mm厚壁套管封固盐膏层.该井φ311.1 mm井眼在钻井与中完施工过程中存在很多难点:一是吉迪克组地层泥岩严重垮塌,定向难度大;二是大井眼轨迹控制困难;三是盐膏层段长、井深、钻井液密度高达1.80 kg/L,易卡钻;四是厚壁套管直径大、刚性强、下入困难等.通过技术攻关,该井应用了大井眼轨迹控制技术、吉迪克组地层泥岩防塌钻井液技术、盐膏层钻井技术和大尺寸套管下入井眼准备技术等,顺利完成了该井大井眼段的钻井施工.【期刊名称】《石油钻探技术》【年(卷),期】2010(038)001【总页数】4页(P97-100)【关键词】大井眼;水平井;钻井;完井;盐膏层;塔里木油田;YM7-H4井【作者】王兴武【作者单位】中原石油勘探局,钻井工程技术研究院,河南,濮阳,457001【正文语种】中文【中图分类】TE243;TE247近年来,随着深层油气勘探开发及钻井技术水平的不断进步,盐下水平井越来越多,并且盐膏层底与目的层的垂直间距越来越近。

为了简化井身结构,缩短钻井周期和节约钻井成本,同时提高井的寿命,尽量将盐下水平井的技术难题放在上部井眼,YM7-H4井在钻井设计上进行了大胆尝试。

用Φ311.1 mm钻头在易垮塌的吉迪克组地层进行定向,在盐膏层内一直增斜达到73.62°,直至钻穿盐膏层,然后下入Φ273.1 mm厚壁套管封固盐膏层,这在国内石油钻井中没有先例。

该井在施工中克服了诸多困难,成功完成了钻井任务。

1 钻井难点1)下第三系的吉迪克组地层泥岩掉块严重。

实钻井段3 775～4 475 m,地层岩性主要是棕褐色及褐色泥岩,井壁剥落掉块,导致钻进憋泵、钻头断齿,影响钻井效率,钻头单只进尺少;由于井身结构的限制,还要从吉迪克组地层进行定向,定向造斜困难。

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。

倒装钟摆钻具组合设计方法
尹虎;李黔
【期刊名称】《西南石油大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2007(029)006
【摘要】倒装钟摆钻具组合是一种新型的直井防斜钻具组合,在小井斜角高钻压下表现出了较好的防斜特性.以311.5mm井眼为例对倒装钟摆钻具组合的设计方法进行了研究.通过对稳定器上下钻铤尺寸搭配以及不同钟摆长度的分析可知,适当增加稳定器以上钻铤尺寸,降低稳定器以下钻铤尺寸以及增加稳定器与钻头之间钻铤的长度将有助于提高倒装钟摆钻具组合的防斜能力.倒装钟摆钻具组合设计时,在钻头与稳定器之间的钻铤不与井壁接触的前提下,应该使设计的钻具组合得到尽量大的钻头转角.研究为倒装钟摆钻具组合的优化设计提供依据.
【总页数】3页(P168-170)
【作者】尹虎;李黔
【作者单位】四川大学水利水电学院,四川,成都,610065;南石油大学石油工程学院,四川,成都,610500
【正文语种】中文
【中图分类】TE921
【相关文献】
1.定向井降斜段钟摆钻具组合的改进 [J], 杜森林
2.玉果区块钟摆钻具组合降斜性能分析及优化 [J], 朱亮;姬辉;蒋鸿
3.钟摆钻具带偏轴钻具组合防斜技术试验研究 [J], 刘德平;吴宗国;谭宾
4.钟摆钻具带偏轴钻具组合防斜技术试验研究 [J], 刘德平;吴宗国;谭宾
5.倒装钟摆钻具组合设计方法 [J], 孙同兰
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柔性钟摆钻具组合的应用
王德良;钱冠江;魏汝光;李伟廷
【期刊名称】《石油钻探技术》
【年(卷),期】1995(000)003
【摘要】在易斜地层钻进时，带扶正器的防斜钻具组合的防科效果往往不甚理想。

通过不断的实践和摸索，发现柔性钟摆钻具组合可取得比较满意的效果。

其特点是钟摆力强、防斜降斜效果好，而且可在常压下钻进，既保证了井身质量又提高了机械钻速。

文中对其防斜、纠斜机理及应用概况作了简短的分析，并提出几点结论和建议。

【总页数】3页(P)
【作者】王德良;钱冠江;魏汝光;李伟廷
【作者单位】中原油田吐哈钻井公司;中原油田钻井三公司
【正文语种】中文
【中图分类】TE921.2
【相关文献】
1.钟摆钻具带偏轴钻具组合防斜技术试验研究 [J], 刘德平;吴宗国;谭宾
2.钟摆钻具带偏轴钻具组合防斜技术试验研究 [J], 刘德平;吴宗国;谭宾
3.柔性钟摆钻具纠斜的理论分析 [J], 楼一珊
4.柔性钟摆钻具纠斜的理论分析 [J], 楼一珊
5.新型钟摆钻具组合防斜打快技术及在风城011井的应用 [J], 张伟;马登宝;杨洪;
孙展利;钟文建
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