涡轮钻具水力设计与分析方法应用现状研究_姚坚毅

涡轮钻具水力设计与分析方法应用现状研究_姚坚毅
涡轮钻具水力设计与分析方法应用现状研究_姚坚毅

JPH-373井钻井工程设计(有导眼)

鄂尔多斯盆地杭锦旗东胜气田锦58井区JPH-373井钻井工程设计 中国石油化工股份有限公司华北油气分公司 二○一七年八月

鄂尔多斯盆地杭锦旗东胜气田锦58井区JPH-373井钻井工程设计 设计单位:华北油气分公司石油工程技术研究院设计人: 初审人: 审批单位:华北油气分公司 审核人:梁文龙 审批人: 中国石油化工股份有限公司华北油气分公司 二○一七年八月

设计审批意见 原则同意该设计,同时提出以下要求,请一并执行。 1、本井施工斜导眼完后,着陆点深度均要根据地层变化作相关调整。为加快作业 进度对回填部分斜导眼的轨迹符合率在满足中靶前提下不做严格要求;钻穿导眼目的层后,可根据快速钻进需要改变钻井方式和钻具组合。 2、二开下技术套管间隙较小,井队和固定队应根据实钻情况制定完善的通井、下 套管及固井措施;钻井过程中出现漏失的,下套管前通井需堵漏并做不低于3MPa的承压试验,否则不能下套管,确保固井质量符合要求,特别注意下完套管后固井前循环钻井液排量要控制在环空返速在1.2m/s以上。 3、技术套管固井前钻井队充分作好井眼准备工作,通井正常后方可进行下套管作 业,水泥浆性能试验要取现场水质进行检测。 4、本井完井管柱结合实钻情况和投产方式另行通知。 中国石油化工股份有限公司华北油气分公司 2017年8月

目录 1.设计依据 (1) 2.地质概况 (2) 3.井身结构及套管程序 (6) 4.井眼轨道设计 (8) 5.测量方案及轨迹计算方法 (13) 6.钻井设备及管理要点 (14) 7.钻具组合及强度校核 (16) 8.钻井完井液设计 (21) 9.钻头及钻井参数设计 (26) 10.钻开水平段目的层技术措施 (27) 11.井身质量要求 (27) 12.固井设计 (28) 13.油气井压力控制 (33) 14.复杂情况对策 (47) 15.健康、安全与环境管理要点 (49) 16 弃井要求 (52) 17 风险识别及削减措施 (54) 18.施工进度预测 (57) 19.钻井主要材料计划 (57) 20.资料提交 (58) 附录1:工程应急预案 (59)

螺杆钻具使用说明书

DT螺杆钻具使用说明书 A螺杆钻具标识说明 □□×□□--□□□□□ 钻具型式-钻具规格(外径mm)×钻头压降-改进次数— D:单弯钻具 T:同向双弯钻具 S:异向双弯钻具 P:大偏移同向双弯钻具 J:绞接钻具无:直型钻具K:可调角度钻具无:固定弯角钻具W:带稳定器钻具无:不带稳定器钻具F:中空分流钻具无:不分流钻具G:允许最高工作温度(150o) 无: 允许最高工作温度(120o) 常规螺杆钻具主要由以下部件组成: 1)旁通阀总成2)马达总成3)万向轴总成4)传动轴总成 在常规螺杆钻具的基础上还可提供以下特殊用途部件以组成满足各种钻井需要的导向螺杆钻具: 1)定向接头;2)弯接头;3) 特殊马达(中空分流`耐高温`大功率马达);4) 万向轴弯壳体 (0-3.5o间的固定角度,单弯螺杆钻具用);5) 可调角度弯壳体(可调螺杆钻具用);6) 传动轴上轴承壳稳定器(直棱`螺旋或对称`非对称及垫块等形式);7)可换稳定器(部 分型号有);8) 壳体防掉装置(根据需要有)。 B螺杆钻具工作原理 螺杆钻具是一种容积式井底马达(PDM)。高压钻井液由钻杆进入螺杆钻具后,液体的压力迫使转子旋转,从而把扭矩传递到钻头上,达到钻井的目的。 C螺杆钻具结构及其作用 2)螺杆钻具主要部件如下:旁通阀总成;马达总成;万向轴总成(有花瓣式和挠轴 式两种结构供选择);传动轴总成;导向总成(花瓣式`挠轴花瓣式`可调式三种 结构供选择)。 c-1旁通阀总成 旁通阀总成安装在螺杆钻具的最上部,其作用是:a)下钻时使钻井液进入钻柱内从而减少下钻阻力;b)起钻时使钻柱内的钻井液流入环空从而避免钻井液溢于井台。 当泥浆泵启动后,高压泥浆流经旁通阀总成,推动阀芯向下运动,压缩弹簧,关闭旁通孔,使所有泥浆都流经马达。 当泥浆泵关闭后,阀芯在弹簧的作用下向上运动,开启旁通孔,允许钻井液通过旁通孔进入钻柱内或由钻柱流入环空。 c-2马达总成 马达总成是螺杆钻具的核心,它的作用是把高压液体能转换为旋转的机械能。 马达总成由定子和转子两部分组成。 定子是内衬橡胶的金属钢管,其内孔呈螺旋状,与转子相啮合形成密封腔。 转子是由合金钢加工而成的具有特殊曲面的螺旋杆,它的表面有特殊的涂层以起到耐磨和防腐作用。 每种规格的螺杆钻具都具有一定范围的额定流量,流量过大或过小均不能使螺杆钻具处于最佳工作状态。 c-3万向轴总成 万向轴总成的作用是把转子的行星运动转换为传动轴总成的定轴转动。它把马达和传动轴联成一体并把马达提供的转速和扭矩传递给传动轴和钻头。

螺杆钻具壳体联接螺纹的强度分析及优化

螺杆钻具壳体联接螺纹的强度分析及优化本文针对当前螺杆钻具失效问题,以壳体联接螺纹为研究对象,从钻具振动入手,对于螺纹参数优选问题展开研究。螺杆钻具被称为定排量马达(PDM),它是一种容积式井下动力钻具,主要包括以下几部分:旁通阀、马达总成、万向轴总成和传动轴总成等。 工作原理是将高压钻井液压入马达,使其旋转,从而驱动钻头钻进,这一过程是高压钻井液压力能转化为机械能。与其他动力钻具相比,螺杆钻具本身的结构特点及性能优势决定着其应用范围广、效率高、操作简单等优点。 目前,螺杆钻具失效概率居高不下,钻具振动较大,钻具联接螺纹断裂时有发生。因此,对于螺杆钻具失效问题的研究非常有必要。 螺杆钻具失效类型主要有:壳体断裂、定子橡胶失效、联接螺纹断裂等,多半都是疲劳引起的失效,现如今针对螺杆钻具联接螺纹疲劳寿命及可靠性的研究,还有许多方面要完善,如在联接螺纹寿命计算中将环境载荷及材料性能等看作为常值而不是服从分布的变量,得出寿命值为一固定值;对螺杆钻具联接螺纹寿命的可靠性研究仅限于数据统计和理论计算上,并没有从其振动冲击动态响应方面进行分析研究。因此螺杆钻具联接螺纹强度与寿命可靠性方面研究还需进一步完善。 国内外大量钻井现场显示,螺杆钻具联接螺纹的疲劳破坏主要存在两种失效形式:疲劳断裂和牙齿剪切失效,一般来说最大应力出现于公扣和母扣的最后几牙螺纹附近,螺纹多从此处开始出现裂纹而发生断裂。螺杆钻具壳体承受复杂的交变弯曲应力,由于钻具壳体比其联接螺纹的刚性大,所以应力集中在联接螺纹上,因此极易发生联接螺纹疲劳断裂。

本文针对螺杆钻具壳体联接螺纹结构问题展开分析,分别从螺纹失效、钻柱力学、钻具振动、螺纹强度等几个方面分析问题。查阅国内外相关文献资料,首先了解到螺纹失效类型、失效机理,从螺杆钻具失效问题中得到其联接螺纹失效的原因,分析可能导致此类失效的静态或动态特性,然后通过对钻柱力学和钻具振动的了解,钻具联接螺纹主要受到钻柱动态载荷的作用。 因此在分析螺纹结构强度问题之前,必须对于钻柱力学和振动问题进行分析,以得出螺纹强度分析的初始条件。通过对钻柱力学的分析模拟复杂的钻柱系统的实际受力状态,简化力学数学模型,以提出假设条件,为钻柱建模分析提供了理论支撑。 钻具振动是导致钻具失效的主要原因,在研究螺纹结构之前必须对钻具振动机理及其求解方法进行较为细致的研究,文中列举了多种求解方式,提出较为合理的假设条件,强调了纵向振动对钻柱的寿命影响最大,然后根据实际钻具组合建立了钻柱纵向振动模型,借助于有限元分析软件对钻具组合进行受迫振动分析(谐响应分析),初步得出了钻柱振动规律与特征,同时也为螺杆钻具壳体联接螺纹强度分析提出了初始载荷条件。本文以φ244螺杆钻具为研究对象,对其壳体联接螺纹结构分别从牙型角、螺距、锥度等参数的不同来优选出最佳设计,借助于有限元分析软件进行螺纹几何建模,定义合理边界条件,加载求解分析,提取数据结果(所有齿根位置等效应力、轴向应力,危险点应力值和最大接触应力值等)。 文中针对大量方案组合分析出的庞大结果数据,首先采用正交设计方案三因素三水平进行分析,以减少对三种因素的细化分析方案,然后运用正交数据分析方法(均值化、极差法)进行结果数据整理,在效应折线图上可较为明显地看出各因素各水平的变化特征,进而优化各因素的水平值。最后分别对螺纹锥度和牙型

常用钻具组合

一、常规钻井(直井)钻具组合: BIT钻头;DC钻铤;SDC 螺旋钻铤;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: Φ×0.50m+Φ229mmDC×27.24m +Φ203mmDC×54.94m+Φ165mmDC×54.51m+Φ Φ×0.40m+Φ229mmDC×54.38m+Φ203mmDC×82.23m+Φ165mmDC×81.83m+Φ Ф×0.32m+Ф×9.50m+Ф229mmDC×45.40m+Ф203mmDC×73.13m+Ф165mmDC×81.83 m+Ф Φ×0.30m+Φ229mm SJ×6.62m+Ф229mmDC×53.94m+Ф203mmDC×81.75m+Ф165mmDC ×81.83m+Ф 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Φ×0.25m+430/4A10+Ф165mmSDC×161.56m+4A11/410+Ф165mmDJ×8.81m+411/4A1 0+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: Φ×0.50m+730/NC61母+Φ229mm SJ×9.24m+Φ229mmSDC×18.24m+730/NC61公+2 6″LF+731/NC61母+Φ229mmSDC×9.24m+730/NC61公+26″LF +731/NC56母+Φ203mmD C×94.94m+410/NC56公+Φ+顶驱 Φ×0.50m+730/NC61母+Φ229mmSJ×9.24m+Φ229mm SDC×18.24m+171/2″LF+Φ2 29mmSDC×9.24m+171/2″LF +NC61公/NC56母+Φ203mmDC×121.94m+8″随震+8″DC ×18.94m+410/NC56公+Φ127mmH WOP×141.94m +Φ+顶驱 Φ×0.46m+Φ229mmDC×18.08m+Φ308mmLF×1.82m+Φ203mmDC×9.10m+Φ308mmL F×1.51m+Φ229mmDC×27.32m+203mmDC×73.13m+Φ178mmDC×81.83m+Φ+顶驱Φ×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×27.94m+410/NC56公+Φ×141.94m +Φ+顶驱Φ×0.50m+630/731+95/8″LZ+Φ229mmSJ×18.64m+ 121/4″LF ++Φ229mm SDC ×9.24m +121/4″LF+Φ203mmDC×148.94m+410/NC56公+Φ×141.94m +Φ+顶驱Φ×0.33m+Φ172mmLZ×8.55m+Φ165mmSDC×1.39m+Φ165mmSDC×1.39m+Φ214mmS TB×1.38m+Φ165mmDC× 236.14m+Φ×141.94m +Φ+顶驱 3、满眼钻具组合: Φ×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×18.24m+NC61公/NC56母+121/4″LF +Φ203mmDC×121.94m+8″随震+8″SDC×18.94m+410/NC56公+Φ×141.94m +Φ+顶驱Φ215.9mm牙轮BIT×0.24m+Φ190mm LB×1.10m+Φ214mmSTB×1.39m+Ф165mm SDC ×1.39m+Φ214mmSTB×1.40m+Ф165mm DC×8.53m+Φ214mmSTB×1.39m+Φ165mm SJ×5.08 m+Ф165mm DC×244.63m+Φ×141.94m +Φ+顶驱 Φ215.9mm牙轮BIT×0.24m+Φ214mmLF×1.49m+Ф165mmSDC×1.39m+Φ214mmLF×1.40m+Ф165mmDC×8.53m+Φ214mmLF×1.39m+Φ165mm SJ×5.08m+Ф165mmDC×244.63m+Φ×141.94m +Φ+顶驱

定向井下部钻具组合设计方法

SY/T5619—1999 定向井下部钻具组合设计方法 代替SY/T5619—93 Method of bottom hole assembly design in directional wells 1范围 本标准规定了井斜角小于60°的定向井下部钻具组合的设计方法。 本标准适用于陆上石油、天然气及地质勘探钻定向井钻具组合设计,侧钻井及大斜度井的下部钻具组合设计也可参照使用。 2引用标准 下列标准所包含的条文,通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时。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/T5051—91 钻具稳定器 SY/T5172—1996 直井下部钻具组合设计方法 3钻铤尺寸及重量的确定 3.1钻铤尺寸的确定 3.1.1在斜井段使用的最下一段(应大于27m)钻铤的刚度应适用于设计的井眼曲率。 3.1.2入井的下部钻具组合中,钻铤的外径应能满足打捞作业。 3.1.3钻头直径与相应钻铤尺寸范围的要求见表1。

表1 钻头直径与相应的钻铤尺寸 mm(in) 钻头直径钻铤直径钻头直径钻铤直径 120.7(4 3/4) 79.4(3 1/8) 241.3(9 1/2) 158.8(6 1/4) 177.8(7) 152.4(6) 104.8(4 1/8) 311.2(12 1/4) 203.2(8) 228.6(9) 215.9(8 1/2) 158.8(6 1/4) 444.5(17 1/2) 228.6(9) 3.2无磁钻铤安放位置及长度的确定 3.2.1无磁钻铤安放位置 无磁钻铤的安放位置应根据钻具组合的特性(造斜、增斜、稳斜或降斜)、具体尺寸和连接螺纹类型,使之尽可能接近钻头。 3.2.2无磁钻铤长度的确定 3.2.2.1根据图1确定施工井所在区域。 3.2.2.2施工井在1区时,无磁钻铤长度根据图2进行确定。 图2(a)为光钻铤组合。 在曲线A以下:

螺杆钻具使用说明书 2

螺杆钻具 使 用 说 明 书 江苏长城石油装备制造有限公司 https://www.360docs.net/doc/861181508.html, 手机:137 **** ****

螺杆钻具使用说明 一、结构及原理: 螺杆钻具主要由旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成四部分组成。钻具通过转子和定子将高压液体的能量转变成机械能,当高压液体通过钻具内孔进入钻具后,旁通阀关闭,从而进入转子与定子形成的各个密封腔,液体在各腔中的压力差推动转子沿定子的螺旋通道滚动,转子在沿自身轴线转动的同时,还绕与转子轴线平行,并与一偏心距的定子中心线公转,这就是所谓的螺杆钻具的行星传动原理,由于转子和定子都采用反向螺旋线,因而转子绕定子轴线作逆时针转动,并以自身轴线作顺时针转动带动钻头旋转。钻具的输出扭距与高压液体流经马达的压力降成正比;输出转速与输出排量成正比。 1.1旁通阀总成: 旁通阀由阀体、阀芯、阀套、弹簧及“O”圈组成,其作用是在起下钻时沟通钻柱内外工作液通道,当无循环时,弹簧使阀芯处于原始位置,此时旁通孔道开启,当泥浆排量达到一定值时液压力克服弹簧力,使阀芯移动,此时旁通孔封闭,泥浆流进马达,如果停泵,弹簧再将阀芯顶回到原来位置旁通孔道又被开启,使钻柱内与环空中的工作液连通。 1.2马达总成: 马达为多级容积式马达,由定子和转子组成。定子是优质合金钢外壳和内衬橡胶组成,橡胶内腔为左螺旋面型腔,具有耐油、耐磨、耐高温(定子安全工作温度-29~120℃、-29~150℃);转子经热处理无应力的合金钢制成,表面镀了一层硬铬,以防钻井液体的

磨损及腐蚀。转子与定子型腔组成许多连续的互不相通的密封腔,当工作液进入马达时,工作液的液能转变为机械能,在转子的螺旋曲面上形成动力距,迫使转子在定子内作行星运动。 1.3万向轴总成: 万向轴部件由万向轴壳体和万向轴组成,壳体的上下端分别与马达定子与传动轴壳体相连接,万向轴上下端分别与马达转子、传动轴相连接,主要作用是将马达产生的扭距和转速传递给轴承总成的传动轴及钻头,它将转子的行星运动转变为传动轴的定轴转动,万向轴经特殊加工而成,使驱动更圆滑,恒速而摩擦更小,振动更小,这一结构形式有效地完成了能量、运动的转换、能量的传递这三个重要环节。 1.4传动轴总成: 螺杆钻具主要部件之一。外壳体上端和万向轴壳体相连,传动轴导流水帽与万向轴相连,下端接钻头。多列推力球轴承承受钻压引起的轴向载荷。用硬质合金烧结而成的径向轴承,分别装在传动轴体的上下两端,用来承受钻具偏斜力距造成的径向载荷。 由马达排出的大部分泥浆通过传动轴内孔经钻头水眼喷出,以利冷却清洗钻头而另一部分泥浆通过上下径向轴承和多列推力球轴承组从传动轴外侧流出,冷却和润滑轴承系统。 二.规格及技术参数: 2.1系列钻井钻具规格及参数: 表一

弯外壳螺杆钻具窗口通过能力有限元分析

?钻井技术与装备? 弯外壳螺杆钻具窗口通过能力有限元分析? 王晓鹏1一谢一涛1一张一强2一张彬奇1一韩耀图1一蒋一豹2 (1 中海石油(中国)有限公司天津分公司一2 东北石油大学机械科学与工程学院)摘要:大弯角螺杆钻具组合能否通过开窗侧钻窗口是决定工程顺利作业的关键因素三基于此,开展了弯外壳螺杆钻具窗口通过能力有限元分析三根据SY-4试验井相关参数,考虑下部螺杆钻具刚度二马达弯角二斜向器角度二重力和扶正器等参数的影响,建立了螺杆钻具动态下入套管开窗段力学模型,利用有限元法进行模拟计算三计算结果表明:螺杆钻具强度二接触力和摩阻力均满足要求,结果与SY-4试验井非常接近三研究结果对侧钻水平井套管开窗后螺杆钻具下入通过能力分析具有理论指导作用三 关键词:螺杆钻具;短半径;马达弯角;窗口通过能力;有限元 中图分类号:TE931 2一文献标识码:A一doi:10 16082/j cnki issn 1001-4578 2017 07 008FiniteElementAnalysisofPass?throughCapability ofPDMinSidetrackedCasedHole WangXiaopeng1一XieTao1一ZhangQiang2一ZhangBinqi1一HanYaotu1一JiangBao2(1 TianjinBranchofCNOOC;2 MachineryScienceandEngineeringCollege,NortheastPetroleumUniversity)Abstract:ThekeyfactorofthesidetrackingoperationiswhethertheBHAwithbigtiltanglebendhousemo?torcanpassthroughthesidetrackedcasedholewindow.Therefore,finiteelementanalysisofpass?throughcapacityofPDMinsidetrackedcasedholehasbeencarriedout.BasedontherelatedparametersofWellSY-4,andconsid?eringtheeffectofthestiffnessofPDM,tiltangleofmotor,whipstockangle,gravityandstabilizer,thedynamicmechanicalmodelofPDMpass?throughthesidetrackedcasedholehasbeenestablished,andthencalculatedbythefiniteelementmethod.Thecalculationresultsshowthatthestrength,contactforceandfrictionforceofthePDMallmettherequirements,whichareconsistentwiththetestresultsofWellSY-4.Thestudyresultscouldprovidetheo?reticalguidingforanalysisonPDMrunningthroughthecased?holesidetrackedhorizontalwell.Keywords:PDM;shortradius;tiltangleofmotor;windowpass?throughcapacity;finiteelement 0一引一言 在短半径侧钻水平井钻井过程中,套管开窗后, 弯外壳螺杆钻具下入套管开窗段,由于钻具与套管 开窗环空空间较小,而螺杆钻具结构弯角较大,弯 螺杆钻具过套管开窗窗口存在通过困难问题[1]三人们对侧钻水平井套管内螺杆钻具下入通过性 问题做了大量研究三卫增杰和陈祖锡等[2-3]分别采用纵横弯曲法和最小变形能原理,分析了侧钻中短半径水平井双弯螺杆钻具在套管内的通过能力三刘永辉二祝效华二刘巨保和孙健等[4-7]采用有限元法,研究了侧钻水平井单弯螺杆钻具在套管内的通过能力三李维等[8]采用有限元法,建立了分支井开窗时下部钻具组合有限元模型,计算了开窗时下部钻具组合的造斜能力,分析了下部钻具组合结构及工具面角对造斜能力的影响三然而,套管内侧钻水平井螺杆钻具能否通过套管开窗窗口还鲜有研究三为此,笔者以SY-4试验井为基础,考虑下部螺杆钻具刚度二马达弯角二斜向器角度二重力和扶 43 一一一一一一石一油一机一械 CHINAPETROLEUMMACHINERY 一一 2017年一第45卷一第7期 ?基金项目:国家科技重大专项 渤海油田高效钻完井及配套技术示范 (2016ZX05058-002)的部分研究成果三万方数据

钻井工程设计(钻具组合部分已完成) 直井

《钻井工程》课程设计 乌39井 姓名 专业班级油工61302 学号201360043 班级序号18 指导教师张俊

1 井身结构 1.1井身结构示意图 1.2井下复杂情况提示 1.3井身结构设计数据表

1.4井身结构设计说明 1.5 钻机选型及钻井主要设备

2.钻具组合设计 2.1一开钻具组合设计 本井一开钻井液密度为ρd=1.15g/cm3,最大钻压Wmax=100KN,钻井深度D1=500m,井斜角为0°,钢材密度取7.85g/cm3,安全系数取S N=1.2。 2.1.1选择尺寸配合 一开井眼直径381mm,钻头尺寸选用直径381.0mm,根据钻头与钻柱尺寸配合关系,钻铤选用直径为228.6mm的钻铤,钻杆选用直径为127mm的钻杆。 2.1.2钻铤长度设计 (1)计算浮力系数K b=1-(ρd/ρs)=1-(1.15/7.85)=0.854 (2)计算第一段钻铤长度 本井选用NC61-90线密度q c=2.847kN/m,单根长度为9.1m的钻铤,根据中心点原则该钻铤需用长度为: L c=S N Wmax/(q c K b)=(1.2×100)/(2.847×0.854×1)=49.356m n=49.356/9.1=5.4 根据库存和防斜要求NC61-90钻铤实取6根,上接直径为203.2mm的钻铤9根,直径为177.8的钻铤12根,组成塔式钻具组合。 (3)钻铤参数计算 钻铤总长度为:Lc= L c1+ L c2+ L c3=(6+9+12)×9.1=245.7m 钻铤总浮重为: F mc=K b cosα(L c1q c1+ L c21q c2+ L c31q c3)

涡轮钻井技术起源与发展

涡轮钻井技术起源与发展X 赵志强 (西南石油大学) 摘 要:本文介绍了涡轮钻井技术的起源与发展,着重阐述了苏联到俄罗斯的涡轮钻井发展历程。涡轮钻井技术有比其他钻井技术更多的优点。涡轮钻井技术工艺的起源、革新、应用几乎都是发生在俄罗斯。随着世界能源经济的发展,油气地质的条件影响,世界各国的涡轮钻井技术的实践和应用逐步增多,我国在涡轮钻井技术方面迫切需要发展。在文章最后指出我国涡轮发展现状,分析存在的条件以及我国在涡轮钻井技术的科研和攻关方向。 关键词:涡轮钻井;钻具 中图分类号:T E242 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2011)15—0093—03 1 概述 21世纪到来之后,各国能源紧密围绕石油与天然气,随着各国工业的稳固发展和技术水平的提高,世界各国对石油的依赖程度日益加深。世界各国需素加大石油勘探的力度,过去50年中,国内外钻井技术的发展取得了长足进步,大大提高了钻井能力和效率,降低了钻井成本。 2 涡轮钻井技术的优越性 随着石油工业的发展就开始了日趋完善的和机械化的钻井方法。井下动力钻具有了良好的发展,有人称涡轮钻具,螺杆钻具,电动钻具及井下减速器是当今井下钻具的四大技术。近年来,动力钻具无论在结构、性能和寿命都有了重要的突破,平均寿命超过100h,机械钻速比转盘钻井平均高2~3倍,钻井成本低于转盘钻井。 涡轮钻井与转盘钻井不同之处是涡轮动力要下入井下,直接安装在钻头顶上,流过涡轮钻具的工作液体使钻头旋转,钻具壳体连同钻杆则保持不动。涡轮钻井的地面设备与转盘钻井不同,要求钻井泵组的功率比较大。决定涡轮钻具能在油气田广泛使用的主要优点有:1涡轮钻井能将比转盘钻井大很多倍的功率直接输送给钻头;o涡轮钻井中由于钻杆柱在井内不旋转,所以便于打定向井;?涡轮钻井方法为延长钻杆的使用寿命和减少事故创造了先决条件。 涡轮钻井时钻头功率的增强可以保障钻井的机械速度大大加快,特别是在钻硬岩石的时候更为明显。 3 涡轮钻井技术的国外发展 3.1 国外涡轮钻井的起步 在20世纪初油气井的旋转钻进方法得到普及,充分展示着它的优越性,并完全排挤了当时的冲击钻(顿钻方法)。但这中方法有显著缺点,就是容易出现钻具断裂的现象。所以直驱动电机装在钻头上部的想法就诞生了。 涡轮钻井方法的使用首先发生于1923年的苏联,那时科学家 . . ±á??Dê?o?à3í?, . . à?à?à?.o . . à????3í?三人真正发明了涡轮,并 固控设备方面,不断根据井下钻速及返砂情况调节钻井液性能,同时保证足够的排量和不定时旋转钻具洗井,并每趟钻至少进行一次短程起下钻,及时清出岩屑床。针对营城组火成岩气层的漏失问题,则利用非渗透钻井液能够在井壁上形成非渗透膜的特点,达到防漏的目的,非渗透剂可以在一定程度上提高地层的承压能力,对小裂缝(漏速小于10m3/h)有一定的封堵效果。腰平*井全井未发生钻井液漏失情况。 3 认识和建议 3.1 水平井设计斜井段较长时,井下摩阻扭矩大,后期钻压传递困难[3],适度混入原油会解决这一问题。 3.2 起下钻频繁,降低了钻井时效,建议开展该地区钻头选型研究,提高钻头单只进尺,减少起下钻次数。 3.3 欠尺寸扶正器的使用对于腰平*井水平井段轨迹控制起到了关键作用。 3.4 加强钻具组合的造斜性能分析,选择合适的动力钻具,在该地区施工,水平段尽量选质量可靠的1. 25°单弯螺杆钻具。 3.5 实时短起下钻,有利于破坏岩屑床,降低井下安全风险系数。 [参考文献] [1] 腰平*井钻井工程设计,2007. [2] 李固仁.现代石油复杂钻井关键技术应用手册 [M].北京:石油工业出版社,2006. [3] 张发展.复杂钻井工艺[J],2005. 93  2011年第15期 内蒙古石油化工 收稿日期:2011-05-15 作者简介:赵志强(1981-),男,现从事钻井工艺研究工作。

1 煤层气水平井钻井工程作业规程

煤层气水平井钻井工程作业规程 The Operation Regulation of Coalbed Methane Horizontal Drilling 1 范围 本标准作为中联煤层气有限责任公司(以下简称中联公司)企业标准,规范了煤层气水平井钻井工程作业全过程的程序和要求。包括水平井钻井工程设计、钻前准备及验收、水平井井眼轨迹控制作业、水平井测量作业、水平井完井作业、水平井钻井工程质量要求、健康、安全与环境管理(HSE)要求、水平井钻井工程资料汇交要求等六项内容。 本标准适用于煤层气勘探开发过程中水平井钻井工程的设计、施工作业、工程质量要求、资料汇交和验收。 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。 Q/CUCBM 0301 煤层气钻井作业规程 GB/T 8979 污水排放要求 GB/T 11651 劳动保护用品 SY/T 5172 直井下部钻具组合设计方法 SY/T 5272 常规钻井安全技术规程 SY/T 5313 钻井工程术语 SY/T 5322 套管柱强度设计推荐方法 SY/T 5334 套管扶正器安装间距计算方法 SY/T 5358 砂岩储层敏感性评价实验方法 SY/T 5396 石油套管现场验收方法 SY/T 5411 固井设计格式 SY/T 5412 下套管作业规程 SY/T 5435 定向井轨道设计与轨迹控制 SY/T 5526 钻井设备安装技术、正确操作和维护 SY/T 5547 动力钻具使用、维修和管理 SY/T 5618 套管用浮箍、浮鞋 SY/T 5619 定向井下部钻具组合设计作法 SY/T 5672 钻井井下事故处理基本规则 SY/T 5724 套管串结构设计 SY 5876—93 石油钻井队安全生产检查规定 SY/T 5957—94 井场电器安装技术要求 SY/T 5958 井场布置原则和技术要求 SY/T 5964 钻井井控装置组合配套规范 SY/T 6075 评价入井流体与多层配伍性的基础数据 SY/T 6228—1996 油气井钻井及修井作业职业安全的推荐方法中第八章和第10.5、10.6款 SY/T 6283—1997 石油天然气钻井健康、安全与环境管理体系指南 SY/T 6426 钻井井控技术规程 3水平井钻井工程设计

螺杆钻具水帽流体动力学分析及结构改进

第36卷第2期2008年3月 石油钻探技术 PETROLEUMDRII,LINGTECHNIQUES V01.36,No.2 Mar.,2008 .一工具与设备◆ 螺杆钻具水帽流体动力学分析及结构改进 祝效华1吴爱民1’2于万龙1’2刘永刚2藤照峰2 (1.西南石油大学机电工程学院,四川成都610500;2.大港油田集团中成机械公司,天津大港300280) 摘要:采用现代CAE技术进行了螺杆钻具水帽的结构力学和流体动力学分析,通过分析获知:在额定工况下水帽的静安全系数较高,内部流体最大流速主要集中在传动轴顶部螺纹处。结合现场失效情况和理论分析,提出了增大水帽入口流道流入角(<90。)的改进措施,经计算,采用改进后的结构可以较好地缓解水帽腔体、传动轴顶郝螺纹、传动轴上部腔体的冲蚀情况,从而提高了螺杆钻具整体的使用寿命。 关键词:螺杆钻具;水帽;结构力学;流体动力学;冲蚀作用 中图分类号:TE924文献标识码:A文章编号:1001—0890(2008)02-0051-03 螺杆钻具是钻井工程中常用的井下动力钻具, 随着定向井、水平井施工数量的增加和复合钻进技 术的发展,其用量也越来越大,对其使用寿命和适用 工况也提出了更高的要求。水帽是螺杆钻具的一个 主要部件,相对于其它主要零部件而言,水帽使用寿 命较长,不是易损件。但水帽内部也经常被严重冲 蚀;同时水帽内的流体对其下部连接件也产生严重图1水帽实体受力模型 冲蚀作用。在螺杆钻具事故中,传动轴顶部螺纹失具水帽为分析对象,采用有限元软件计算了其在额效时有发生,传动轴顶部螺纹失效的诱因之一便是定工况下(M----II568N?ITI,F:一73460N,下端施高速流体的冲蚀作用。因此,有必要对水帽开展结加固定的约束)的应力分布。水帽有限元网格模型构力学和流体动力学分析,并提出相应的改进措施,如图2所示,计算出的水帽上的yonMises应力分以提高国产螺杆钻具整体的使用寿命。布如图3所示。 1水帽负载分析 水帽上下分别连接万向轴和传动轴,其作用主 要有两方面:1)作为连接件,传递扭矩和轴向力;2) 作为导流件,将万向轴壳体内环空的大部分流体(约占总流体的93%)导入传动轴内环空,其余分流至传动轴轴承组件。工作中,水帽主要承受扭转载荷M和轴向载荷F:。受力模型如图1所示,其中M为实际输出扭矩,F:主要包括转子传递的水推力GCl]和转子与万向轴的自重G。,即: F:一G+Gg(1) 水帽结构力学分析 尽管水帽断裂的事故极少发生,但也有必要对其结构强度进行校核。笔者以5LZl72X7Y螺杆钻 图2水帽网格模型 从图3可看出,水帽的峰值应力出现在水帽外表面减应力槽根部,峰值应力为307.4MPa,水帽材质的屈服应力为930MPa,因此在此工况下其静安 收稿日期:2007-10-16;改回日期:2007—12—14 基金项目:中国博士后科学基金项目“基于钻井系统动力学的螺杆钻具力学特性分析及参数匹配研究”(编号:20060391034)部分研究内容 作者简介:祝效华(1978一),男,山东菏泽人,2005年毕业于西南石油大学机械设计厦理论专业,获博士学位,副教授,主要从事杆管柱力学及石油机械等方面的研究工作。 联系电话:(028)83035252 万方数据

定向井底钻具组合的类型

定向井底钻具组合的类型 吕永华 根据井底钻具组合的设计目的或作用效果不同,可分为以下三类:增斜、降斜、稳斜。实际上常规定向井的最基本钻具组合有四个,即马达造斜钻具,转盘增斜、降斜和稳斜。在渤海地区常用钻具组合的总结如下: 1、在12-1/4井眼中四套基本钻具组合有: 马达造斜: 12-1/4BIT+9-5/8Motor(1.15-1.5) +11-3/4STB+8NMDC+8HOS+8S.NMDC+F/V+7-3/4(F/J+JAR)+5HWDP(14) 转盘增斜: 12-1/4BIT+12-1/4STB+8NMDC(1)+8DC(2)+12-1/4STB+8DC(1)+12-1/4STB +8DC(5)+5HWDP(20) BOR:(2-4)o/30m 降斜: 12-1/4BIT+8NMDC(1)+12-1/4STB+8DC(1)+12-1/4STB +8DC(5)+5HWDP(20) BOR:-(2-3)o/30m 强降斜在钻头上加两根钻挺。 稳斜: 12-1/4BIT+12-1/4STB+8S.DC(2) +12-1/4STB+8DC(1)+12-1/4STB +8DC(5)+5HWDP(20) 2、可以通过调整扶正器扶正翼尺寸的大小、扶正器之间钻挺的长度和钻压的大

小达到不同的增降或者稳斜的效果如下: 微增组合: 12-1/4Bit+12-1/4STB+8DC(1)+12-1/4STB+8DC(1)+12-1/4STB +8DC(5)+5HWDP(20) 微降组合: 12-1/4Bit+8S.DC(1)+12-1/4STB+8DC(1)+12-1/4STB +8DC(5)+5HWDP(20) 井底钻具组合表现出不同的效果,是由于不同的钻具组合具有各自的力学特性,这主要是钻头处产生的侧向力的方向和大小的不同。从而使钻头按照预定的轨迹前进。 如果钻头不是按照预定的井眼轨迹前进,就需要在适当的时候,起钻调整钻具组合。调整钻具的原因有三个:1、井斜不合适 2、方位不合适 3、井斜方位都不合适 钻具组合的调整一般都在稳斜井段进行,调整钻具组合时应考虑以下几点: 1、经调整后的钻具入井后具有预料的性能 2、一般情况下采用微调的形式,以避免大幅度增斜/降斜导致稳斜段狗腿太大,造成井下事故 3、尽量争取调整后的钻具能有较长的井段的进尺,以避免反复起下钻调整钻具,一是保证快速钻进,二是避免波浪形井眼轨迹 地层因素同样影响着井眼轨迹,很明显同一套钻具组合在不同的地层表现出的性能是不一样的,或者说轨迹方位和井斜的变化率是不一样的,这是由于

涡轮钻井技术地新颖的进展

涡轮钻井技术的最新进展 (石油大学昌平102249) 摘要本文介绍了涡轮钻井最新技术成果,总结分析了近年来涡轮钻具的发展特点。随着钻井工艺的发展和钻头技术的进步,涡轮钻具在配合新型金刚石钻头、新型高速牙轮钻头钻井以及在定向井等新井领域的应用效果显著。涡轮钻具的性能和结构的改进,钻具寿命的提高,能满足不同类型钻头和不同钻井工艺的要求。我国涡轮钻井技术的发展,应围绕低压降大扭矩、能满足不同使用要求的新型涡轮钻具,提高使用寿命、改善钻井条件,完善钻井工艺等方面进行。 主题词涡轮钻井涡轮钻具性能结构应用 前言 自五十年代以来,涡轮钻井成为前联基本的钻井方法,井下动力钻具(主要是涡轮钻具)的年进尺量达到总进尺的80%,在西伯利亚的秋明油田则达到了100%,在前联的鞑靼地区,采用高速牙轮钻头配合涡轮钻具钻井,机械钻速比转盘钻井提高3-5倍。欧美地区在深井硬地层钻井中采用涡轮钻具配用金刚石钻头取得了良好的效果。实践证明,涡轮钻井可以取得较好的机械钻速。但作为主根破岩工具的牙轮钻头不能适应涡轮钻具过高的转速,钻头轴承的寿命很短,在深井段导致起下钻时间增加、行程钻速降低而使钻井成本提高限制了涡轮钻井技术在世界各地的推广应用。螺杆钻具由于其具有输出转速低,扭矩大,压耗低,长度短,结构简单,操作方便等优点,定向井和水平井钻井得到了广泛运用,在很多领域取代了涡轮钻具。 近年来,随着油气资源开发重心的转移,钻井工艺新技术的应用,新型金刚石钻头(包括PDC钻头、TSP钻头以及新型孕镶金刚石钻头)以及新型高速三牙轮钻头等破岩工具的发展,为涡轮钻井提供了发展机遇。以俄罗斯和法国为代表的世界各国一直致力于完善涡轮钻具技术的研究和开发,大大改进了涡轮钻具的性能和结构,开发出各种具有不同使用性能,满足不同钻井需要的新型涡轮钻具,将涡轮钻具的技术水平推向了一个新的阶段。我国在新型涡轮钻具的开发与研究方面也取得了一定进展。 近年来涡轮钻井技术发展动向 一.涡轮钻具配合金刚石钻头钻井取得了显著效果 1.深井钻井采用高速涡轮钻具配合金刚石钻头提高机械钻速 涡轮钻具的传统领域是配用金刚石钻头在深井特别是硬塑性难钻地层中钻井。深井钻井中钻井强化措施主要是遥遥高转速来提高深井机械钻速。美国在加里福尼亚一口7445米的深探井中采用涡轮钻具配天然金刚石钻头,机械钻速比牙轮钻头的0.152米/小时以及金刚石钻头用转盘钻井时的0.366米/小时分别提高5~6倍和1.3~2.5倍,达到0.762~1.067米/小时,同时,与牙轮钻头的使用相比,节约费用450

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) 套管下入深度的确定方法 1.确定各套管下入深度初选点H ni

螺杆钻具使用技术措施

编号:SY-AQ-08560 ( 安全管理) 单位:_____________________ 审批:_____________________ 日期:_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 螺杆钻具使用技术措施 Technical measures of screw drill

螺杆钻具使用技术措施 导语:进行安全管理的目的是预防、消灭事故,防止或消除事故伤害,保护劳动者的安全与健康。在安全管 理的四项主要内容中,虽然都是为了达到安全管理的目的,但是对生产因素状态的控制,与安全管理目的关 系更直接,显得更为突出。 1、螺杆到井后记录其型号、厂家、扣型;丈量其长度及外径;检查其水眼及丝扣,确保丝扣完好。螺杆上钻台要用双绞车抬上钻台,在起吊过程中,防止碰伤其丝扣。上扣时丝扣油涂好,扣要上紧,达到额定扭矩值。 2、下钻前螺杆在井口接方钻杆开泵检查旁通阀及传动轴,传动轴运转正常,旁通孔畅通,各连接螺纹完好;井口试运转,开泵后容易启动,旁通阀立即关闭,连接处无渗漏,停泵后旁通阀开启,传动轴逐渐停止转动,记录好泵压,检查完毕后开始下钻。 3、下钻时慢慢让螺杆通过井口、防溢管、防喷器、四通。下钻过程中控制好速度。离井底有一个单根时,提前挂好方钻杆开泵,井底循环好。确认钻头接触井底后,用10-20KN钻压磨合30分钟。磨合时间一定要充分,这对钻头的使用寿命很大的影响。 4、下钻遇阻时,应慢慢转动几个方向上提下放活动,不要轻易开泵,

不能用螺杆钻具长井段划眼。 5、磨合完毕井下正常后慢慢加压,加到80KN打完一根单根后,下一根单根将钻压加到180KN左右进行正常钻进,并视地层具体情况随时进行调整。 这里填写您的公司名字 Fill In Your Business Name Here

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