畢業(yè)論文--大位移鉆井技術(shù)與分析(編輯修改稿)
2025-06-27 18:05 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 4) (35) (36)式中—鉆柱單元的靜摩擦力，N；—摩擦系數(shù)；—鉆柱單元對(duì)井壁的擠壓力，N。為減小管柱在大位移井中的扭矩和摩阻，在大位移井的設(shè)計(jì)與施工中要采取各種必要的措施。(1)優(yōu)化井身剖面選擇管柱摩阻最小的井身剖面。(2)增強(qiáng)鉆井液的潤(rùn)滑性許多大位移井采用油基鉆井液，油水比越大，鉆井液的潤(rùn)滑性越好。(3)優(yōu)化鉆柱設(shè)計(jì)鉆柱設(shè)計(jì)包括底部鉆具組合設(shè)計(jì)和鉆桿設(shè)計(jì)。在大位移井中一般使用高強(qiáng)度薄壁鉆桿，以減少扭矩和摩阻。對(duì)底部鉆具組合（BHA），尺寸越大，鉆柱的扭矩和摩阻也越大，這并不利于大位移井的鉆進(jìn)，所以在保證鉆壓需要的前提下應(yīng)使底部鉆具組合的尺寸盡量減小。(4)使用降扭矩工具使用不轉(zhuǎn)動(dòng)的鉆桿護(hù)箍和減摩接頭可有效地減小扭矩。（5）使用滾輪式套管扶正器使常規(guī)的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦。（6）漂浮法下套管國(guó)外應(yīng)用漂浮法下套管技術(shù)，可降低套管的摩阻。這種技術(shù)的原理是在套管內(nèi)全部或部分地充滿空氣，通過(guò)降低套管在井內(nèi)的重量來(lái)降低套管的摩阻。用的較多的是部分充氣，這種方法可使套管的法向力大大降低。（7）提高地面設(shè)備的功率（8）使用頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)起下鉆時(shí)可適當(dāng)旋轉(zhuǎn)鉆柱，改變摩阻方向(倒劃眼時(shí)要特別謹(jǐn)慎) [10].鉆柱設(shè)計(jì)包括底部鉆具組合設(shè)計(jì)和鉆桿設(shè)計(jì)。在大位移井中一般使用高強(qiáng)度薄壁鉆桿，以減少扭矩和摩阻。對(duì)底部鉆具組合（BHA），尺寸越大，鉆柱的扭矩和摩阻也越大，這并不利于大位移井的鉆進(jìn)，所以在保證鉆壓需要的前提下應(yīng)使底部鉆具組合的尺寸盡量減小[8]。 鉆柱設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素（1）盡量減小壓差卡鉆的可能性；（2）使用螺旋鉆鋌和螺旋扶正器，以增大環(huán)空間隙和減少鉆柱與井壁直接的接觸面積（3）盡量減少絲扣連接的數(shù)量；（4）采用井下可調(diào)穩(wěn)定器；（5）盡量減少在大斜度井段使用加重鉆桿的數(shù)量 ；（6）選用高強(qiáng)度鉆桿，使之具有足夠的抗扭轉(zhuǎn)力和抗磨能力；（7）給鉆頭施壓時(shí)盡量不使鉆桿發(fā)生彎曲。鉆壓設(shè)計(jì)大位移井的鉆柱設(shè)計(jì)主要是鉆壓設(shè)計(jì)。在直井段底部和彎曲井段，鉆柱的彎曲是不可避免的。在斜井段，可通過(guò)底部鉆具的足夠重量給鉆頭施加足夠的鉆壓來(lái)避免鉆柱的彎曲。為減少鉆柱的扭矩和摩阻，在大位移井中底部鉆具組合可部分的或全部的使用加重鉆桿施加鉆壓。 若用常規(guī)鉆桿對(duì)鉆頭施加鉆壓，要考慮鉆桿的彎曲問題。設(shè)計(jì)的原則是鉆桿某點(diǎn)受到的壓力載荷，不應(yīng)超過(guò)鉆桿的臨界彎曲載荷。在大斜度井中，井斜角有利于鉆桿的穩(wěn)定性，所以鉆桿在直井中的臨界彎曲載荷適用于大斜度井。在直井中，鉆桿的臨界彎曲載荷用下式計(jì)算， （37）式中—臨界彎曲載荷，lb；—楊氏模量，psi；—慣性矩，in4；—鉆桿在空氣中的重量，lb/ft；—浮力系數(shù)，無(wú)因次；—井斜角，度；—鉆桿和井眼間的徑向間隙，in上式提供了加重鉆桿在直井中施加鉆壓的限制范圍。鉆桿所受的壓力與上式計(jì)算的臨界彎曲載荷相比，可以確定鉆桿是否發(fā)生彎曲，如果發(fā)生彎曲，則要降低鉆壓，或更換具有更大的臨界彎曲載荷的鉆桿。如上所述，鉆桿所能施加的鉆壓可由下式確定， (38)式中—設(shè)計(jì)鉆壓；—鉆桿的浮重。軌道設(shè)計(jì)的原則：大位移井軌道設(shè)計(jì)，要求對(duì)所有參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，盡量降低井眼對(duì)管柱的扭矩和摩阻，提高管柱和測(cè)量工具的下入能力，并能盡量增大大位移井的延伸距離[8]。國(guó)外大位移井井身剖面的主要類型：（1）增斜—穩(wěn)斜剖面。這種剖面的造斜率低，井斜角及測(cè)深增幅緩慢，但可降低鉆柱的扭矩、摩阻和套管的磨損。（2）小曲率造斜剖面。這種剖面的特點(diǎn)是造斜點(diǎn)較深，井斜角大，能降低扭矩和摩阻，而且隨目標(biāo)深度的增加，旋轉(zhuǎn)扭矩的增幅較小。（3）準(zhǔn)懸鏈線剖面。準(zhǔn)懸鏈線剖面有許多優(yōu)點(diǎn)，它不但對(duì)管柱的扭矩和摩阻低（鉆柱與井壁之間的接觸力近似為零），而且使套管的下入重量增加。目前這種剖面在大位移井中廣為應(yīng)用[8]。石油大學(xué)的韓志勇教授在準(zhǔn)懸鏈線剖面的基礎(chǔ)上提出了側(cè)位懸鏈線剖面的設(shè)計(jì)方法，這種剖面比準(zhǔn)懸鏈線剖面的扭矩和摩阻小。（1）狹窄的鉆井液密度范圍一般來(lái)講，當(dāng)井眼傾角增加時(shí)，鉆井液要提供足夠大的壓力來(lái)防止井壁坍塌。與此同時(shí)，井壁出現(xiàn)裂縫的可能性也增加了。簡(jiǎn)言之，防止井壁坍塌的鉆井液密度范圍較小。（2）當(dāng)量循環(huán)密度高（ECD）大位移井井眼長(zhǎng)，鉆井液循環(huán)時(shí)環(huán)空壓降大，而鉆井液密度工作范圍窄，高的當(dāng)量循環(huán)密度容易達(dá)到井壁的破裂壓力，而使井壁破裂。（3）抽吸壓力和激動(dòng)壓力在大位移井中，由于狹窄的鉆井液密度范圍，井壁對(duì)抽吸壓力和激動(dòng)壓力相當(dāng)敏感，可能導(dǎo)至井壁坍塌或破裂。（4）時(shí)間關(guān)系井壁在低密度泥漿中長(zhǎng)期侵泡，特別是水基鉆井液的情況下，非穩(wěn)定性尤為明顯，常常會(huì)造成許多井下事故（5）化學(xué)反應(yīng)鉆井液和地層間的化學(xué)作用也影響井壁穩(wěn)定性，水基鉆井液和油層上部的泥頁(yè)巖經(jīng)常發(fā)生強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)，泥頁(yè)巖膨脹造成縮徑或井壁坍塌[7]。（1）井眼（井壁）應(yīng)力原始地應(yīng)力分為三項(xiàng)主應(yīng)力，即上復(fù)應(yīng)力Sv（亦稱最大主應(yīng)力）、最大水平應(yīng)力SH和最小水平應(yīng)力Sh，打開井眼之后，原始地應(yīng)力消失，而沿井壁重新分布，即平行于井眼軸線的應(yīng)力SZ、周向應(yīng)力Sθ和徑向應(yīng)力SR,如下圖32。ShSvSHSZSRSθ圖32地應(yīng)力變化圖（2）巖石的破壞1）壓縮破壞當(dāng)作用于巖石上的壓力大于巖石的抗壓強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生壓縮破壞。2）拉伸破壞當(dāng)作用于巖石的拉力大于巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生拉伸破壞.(巖石力學(xué)規(guī)定壓應(yīng)力為正，拉伸應(yīng)力為負(fù)。)（3）巖石的破壞在井筒內(nèi)的表現(xiàn)形式1）巖石的壓縮破壞在井筒內(nèi)表現(xiàn)為井壁坍塌。2）巖石的拉伸破壞在井筒內(nèi)表現(xiàn)為井壁破裂。（4）大位移井眼的不穩(wěn)定性。隨著井斜的增加，井壁的不穩(wěn)定性增加。井眼由垂直變?yōu)樗?。其?yīng)力狀態(tài)的變化如下圖33圖33應(yīng)力變化圖大位移井同其它類型井一樣，好的井眼清洗和凈化，有利于提高鉆速、降低摩阻和扭矩、縮短作業(yè)時(shí)間、節(jié)省鉆井費(fèi)用等。提高井眼清洗效率的措施[5]（1）高泵排量和環(huán)空返速都有利于井眼凈化通常要用井眼凈化模型來(lái)計(jì)算井眼凈化的最小排量和最優(yōu)鉆井液流變性。大排量可以提高鉆井液的流速，增加攜巖能力。然而，大排量需要高的泵壓，在大位移井中，泵壓可能會(huì)受到限制。為使鉆井液以紊流循環(huán)，可以增大鉆桿尺寸來(lái)增加給定泵壓下的環(huán)空返速。（2）鉆井液的流變性良好的鉆井液流變性對(duì)任何類型的井都非常重要，對(duì)大位移井更是如此。要保證鉆井液的流型為層流或紊流，避免過(guò)渡流，因?yàn)檫^(guò)渡流的攜巖能力差。在砂巖油層井段可能會(huì)發(fā)生漏失，鉆井液流變性應(yīng)保持較低值，以降低當(dāng)量循環(huán)密度。（3）鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)由于大位移井的位移不斷增加，井眼的最優(yōu)排量難以達(dá)到，這就需要其它的井眼凈化技術(shù)，如提高轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)速度和倒劃眼。（4）固相控制在大位移井中，鉆屑將在環(huán)空鉆井液中長(zhǎng)期滯留，使鉆屑變的更細(xì)，更難以攜帶，如要鉆井液保持良好狀態(tài)，就必須有良好的固相控制設(shè)備。在大位移井的固井、完井中，套管的摩阻和磨損是個(gè)嚴(yán)重的問題。套管磨損使套管的強(qiáng)度降低，套管摩阻會(huì)使套管難以下入到設(shè)計(jì)井深、
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