空气钻井井斜与钻柱失效机理初探ppt课件.ppt

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1、空气钻井井斜与钻柱失效机理初探上海大学狄勤丰长庆石油勘探局赵业荣空气钻井两大问题：井斜控制难；钻柱失效严重。第一个问题：空气钻井直井易斜机理？1、长庆油田空气钻井易斜特征分析具体特征如下：1）、苏38－19井与苏39－14－4井都在2775m处和3080m左右井斜有急增的趋势；而且在3080m左右井斜的急增趋势更明显；两口井都在2775m后地层出水，井下情况开始复杂。与出水密切相关！2）、苏38－19井与苏39－14－4井相比，3000m以前，钻压前者大于后者，但井斜小于后者。超过3000m后，井斜才超过后者。

2、井斜增长规律基本一致。在苏6-11-8井中，采用了较小的钻压（50～70kN），井斜变化规律基本一致，并在3050m时达到7º（其它两口井在等效井深处约为8º左右）。对钻压并不十分敏感！3）、在泥浆放入井眼后，井斜快速下降。2、空气钻井和泥浆钻井时光钻铤钻具组合动态降斜力及动态特性分析钻具组合：155.6mmBit+120.7mmDC（内径50.8mm）×81m+88.9mmDP（内径50.8mm）。计算条件：转速60rpm；井下空气密度：35kg/m^3,泥浆密度为1050kg/m^3，井斜角为1º，转速为6

3、0rpm。泥浆钻井和空气钻井时光钻铤钻具组合都是沿井壁满眼涡动，但前者为向前涡动，后者为向后涡动。这种差异造成:前者为降斜力(-0.10605kN)，后者为增斜力(＋0.11272kN)。钻压为60kN前者有些偏斜－－泥浆的阻力较大；后者为正圆形－－空气阻力较小。正是由于泥浆的阻力造成泥浆的侧向力相图向负值“偏置”。钻压为60kN向前涡动：井壁相对较光滑，摩擦阻力系数小；涡动频率低：泥浆阻力大；向后涡动：井壁粗糙，摩擦阻力系数大。涡动频率高：空气阻力小。钻压为60kN钻压影响：空气钻井在150kN时已经转换为增

4、斜力；泥浆钻井在170kN时才转换为增斜力。动态降斜力比较：3、岩屑堆积对光钻铤钻具组合动态降斜力的影响空气钻井时地层出水造成岩屑结团、下沉、堆积，从而对光钻铤钻具组合的动力学特性造成很大影响，并使钻头上形成很大的增斜力！1°井斜角，地层不出水，下井壁无岩屑堆积，钻头上为降斜力:－0.075966kN1°井斜角，钻压为140kN,钻头上为增斜力:0.39732kN1°井斜角，钻压为140kN,钻头上形成增斜力：0.41176kN1°井斜角，钻压为80kN,钻头上形成增斜力：0.26903kN1°井斜角，钻压为8

5、0kN,钻头上侧向力相图重要规律地层出水后，在下井壁形成残留物堆积，设堆积高度分别为钻柱间隙的15%和25%，则计算结果表明，原来的降斜变为增斜。特别注意的是，当钻压较大时，致使钻柱可能贴死在残留堆积物上只作自转。这种特殊情况类似于单弯螺杆造斜状况。当钻压较小时，钻柱涡动，能滚过残留堆积物表面，但也起增斜作用。增斜力随残留物堆积增高而变大，而随着井斜的增高，这种堆积将会逐渐增加。钻具组合涡动能量的来源：钻具组合本身的偏心；钻井液提供的附加质量。钻具组合提供降斜力的本质：空气钻井时钻井液可提供的附加质量几乎为0。

6、结论解决空气钻井防斜打快的关键：－－如何有效地清洁井眼，使井眼内不出现垫层。－－采用预弯曲动力学防斜打快技术。第二个问题空气钻井钻柱失效机理分析现有的钻柱失效防治措施1、提高钻具材质；2、优化钻具本身结构；降低钻柱动态工作应力，改善工作环境。都已认识到，但没有落实！－－难度太大！！1、钻柱的动态工作环境旋转钻井的钻柱动态工作环境旋转钻井的钻柱动态工作环境旋转钻井的钻柱动态工作环境质量偏心引起的向后涡动0度倾斜井眼0°倾斜井眼旋转钻井的钻柱动态工作环境0°倾斜井眼旋转钻井的钻柱动态工作环境2、空气钻井与泥浆钻井

7、钻柱动力学特征的比较钻柱结构：311.2mmBit+228.6mmDC×54m+203.2mmDC×108m+127mmDP×1683m。计算参数：井斜角为3°；钻压为60kN；转速为60r/min；空气钻井时钻井液密度为0.035g/cm3；泥浆钻井时钻井液密度为1.20g/cm3；钻柱结构及计算参数：2014空气钻井和泥浆钻井条件下，钻柱在不同时刻的动态应力与静力学条件下计算的结果有宏观上的一致性；空气钻井时钻柱的应力波动较泥浆钻井要大，而且钻柱涡动更加频繁；这种综合效果使得空气钻井时钻柱更容易发生疲劳破坏

8、。小结3、解决方法？改变下部钻具组合的动力学特性！请各位专家批评指正！谢谢！