塔里木油田钻柱设计与操作限度推荐做法研究探究

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1、塔里木油田钻柱设计与操作限度推荐做法研究探究【摘要】针对塔里木油田储层埋藏深，高温、髙压，部分区块存在亦蠕变的大段岩膏层。因此，国家石油行业标准《SY/T6427钻柱设计和操作限度推荐做法》不完全适应塔里木油田的现场作业情况，针对塔里木油田企业建立相关标准做适应性分析研究，建议：1、在钻杆的选取方面，全部采用大钻杆或上部大钻杆、下部小钻杆的钻柱设计方法。2、在临界转速的确定方面，使用数学方法得到更准确的数据。【关键词】高温高压深井大规格钻杆临界转速1塔里木油田特点分析塔里木油田累计探明26个油气田，形成了轮南、东河、塔中、哈德等10个主要油气生产区。储层埋藏深，

2、地层较为复杂，高温高压，环境腐蚀性强。钻井过程中出现起下钻阻卡、井涌、井漏、井塌、处理剂高温失效等问题。例如塔北地区，按照地层结构来划分可大致分为：成岩性差的欠压实地层(约4000m以上)、成岩性好易坍塌地层(4000m〜5600m)、部分区块存在大段蠕变性强的岩膏层，最后是喷漏共存的主力储层(5600m以下)。所以国家石油行业标准《SY/T6427钻柱设计和操作限度推荐做法》不完全适应塔里木油田的现场情况。2钻杆设计2.1塔里木钻杆疲劳刺漏原因分析(1)通过计算得到，钻杆疲劳寿命随着井深的增加急剧而减少。在深度超过5000m以上井中的钻杆疲劳寿命显著低于300

3、0m以下的井。(2)钻柱转速可能与钻柱固有频率重合导致钻杆振动；(3)在塔里木较强的腐蚀环境下钻杆没有疲劳极限，任何大小的循环应力都可以发生腐蚀疲劳；(4)一些井有较大的狗腿，也是塔里木油田钻杆发生疲劳失效的原因之一。2.2塔里木油田钻杆选取通过对127mm、139mm钻杆及其组合时钻杆疲劳寿命计算对比结果。假设：井深=4000m,底部钻铤规格=159mm.长=200mm,泥浆比重=1.20g/cm3,钻压=10吨。计算结果表明139mm钻杆X800m+127mm钻杆X3200m组合时的钻杆疲劳寿命大幅提高。显然上部采用大规格钻杆、下部采用小规格钻杆是一个好的设

4、计思路。在API标准中,139mm钻杆与127mm钻杆相比明显提高了抗扭强度、抗拉强度、抗弯刚度，水利性能也有一定增加，但接头外径偏大，为了克服这个缺点可以采用美国Grant公司设计的非API标准149mm钻杆，作为过渡，该钻杆采用了高抗扭双台肩接头，所以减小了接头外径特别是增大了接头内径，是水力性能显著增加，并适合较小井眼。表1推荐了深井钻柱上部可用的大钻杆139mm、非API标准149mm钻杆,并与现用127mm钻杆性能进行比较。3临界转速的确定通过建立力学模型及临界转速计算模型求取临界转速：首先应计算出在各种条件下钻柱的3种振型（纵向振动、横向振动、扭转振

5、动)的固有频率，以便在钻井中采取相应的措施。下面只就钻柱的纵振和扭振进行分析。通过建立力学模型，根据边界条件，可得出钻柱纵振和钻柱扭振的固有频率谱方程(式1)和(式2)。即可得到临界转速Nc。4总结和建议考虑到塔里木油田实际情况，建议在钻柱设计方面标准制定过程中方面注意以下两点：(1)标准中127mm钻杆不适合深井、超深井的复杂工况;(2)建议塔里木标准中采用上部大钻杆、下不小钻杆或全部大钻杆的钻柱设计方法。(3)在标准中添加临界转速的计算方法，以得出较准确的临界转速以指导实际钻井。