大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2026-01-04 10:19 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 我國(guó)的大位移井技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)水平相比 ,存在相當(dāng)大的差距 ,鉆一口水平位移 3000m 左右的大位移井 ,與國(guó)外鉆一口水平位移10000m 的鉆井速度相當(dāng)。尤其是在鉆井技術(shù)裝備上 :鉆機(jī)、高強(qiáng)度鉆具、專用井下工具、測(cè)量?jī)x器 ,基本上依賴進(jìn)口 ,我國(guó)的大位移井技術(shù)還有很長(zhǎng)的路要走 [2]。 對(duì)井下工具、儀器和裝備的要求，表現(xiàn)在 10 個(gè)方面 : (1)選好鉆機(jī)，克服大摩阻，保證鉆出長(zhǎng)井段。 (2)選好鉆井泵，保證排量，清潔井眼，降低摩阻。 大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 (3)選好驅(qū)動(dòng)裝置，保證井眼質(zhì)量。 (4)選好鉆井方式，提高鉆速，減小摩阻和井下作業(yè)時(shí)間。 (5)選好鉆井工具，保證有足夠扭矩克服摩阻鉆出長(zhǎng)井段。 (6)選好測(cè)控系統(tǒng)，保證測(cè)量傳輸導(dǎo)向能力，控制好軌跡。 (7)選好井下工具，保證鉆頭加上足夠鉆壓，快速鉆進(jìn)。 (8)助選好井下工具，減少摩阻與套管磨損。 (9)選好鉆井液，減少摩擦，增大攜屑能力。 (10)選好下套管方法，保證順利下入和居中。 總而言之，這一系列要求的核心在于，用工程手段 (工藝、工具、儀器、裝備 )，克服大摩阻，提高鉆速，減少作業(yè)時(shí)間，保證成功，兼顧成本。而我國(guó)的技術(shù)與國(guó)外技術(shù)差距很大 [4]。 大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 3 章 大位移井的關(guān)鍵技術(shù) 鉆大位移井時(shí)，由于井斜角和水平位移的增加而摩阻和扭矩增大是非常突出的問(wèn)題，它是限制位移增加的主要因素。管柱 的摩阻和扭矩是指鉆進(jìn)時(shí)鉆柱的摩阻和扭矩，下套管時(shí)套管的摩阻和扭矩。 鉆柱扭矩和摩阻力的計(jì)算 為簡(jiǎn)化計(jì)算，作如下假設(shè)： 在垂直井段，鉆柱和井壁無(wú)接觸；鉆柱與鉆井液之間的摩擦力忽略不計(jì)； 在斜井段，鉆柱與井壁的接觸點(diǎn)連續(xù)，且不發(fā)生失穩(wěn)彎曲。計(jì)算時(shí)，將鉆柱劃分為若干個(gè)小單元，從鉆柱底部的已知力開(kāi)始逐步向上計(jì)算。若要知道鉆柱上某點(diǎn)的扭矩或摩阻力，只要把這點(diǎn)以下各單元的扭矩和摩阻力分別疊加，再分別加上鉆柱底部的已知力。 ⑴鉆柱扭矩的計(jì)算 在斜井段中取一鉆柱單元，其受力狀態(tài)單元所處的井斜角和方位角分別為θ和φ ，單元鉆柱底部的扭矩為 M，拉力 T。 該單元的扭矩增量為 rRFM?? （ 31） 式中 M? — 鉆柱單元的扭矩增量， N m。 R — 鉆柱的半徑， m。 rF — 鉆柱單元與井壁間的周向摩檫力， N 大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 該單元上端的扭矩為 （ 32） 式中 jM — 從鉆頭算起，第 j 個(gè)單元的上端的扭矩， N m。 oM — 鉆頭扭矩（起下鉆時(shí)為零）， N m； iM? — 第 i 段的扭矩增量， N m。 ⑵鉆柱摩阻力的計(jì)算（轉(zhuǎn)盤(pán)鉆） 轉(zhuǎn)盤(pán)鉆進(jìn)時(shí)，鉆柱既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又有沿井眼軸向運(yùn)動(dòng)，因此 ，鉆柱表面某點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)為螺線運(yùn)動(dòng)。在斜井段中取一鉆柱單元，如圖 31。圖 31 中， V 為鉆柱表面 C 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度， Vt 和 Vr 分別為 V 沿鉆柱軸向和周向的速度分量； F 為 C 點(diǎn)處鉆柱所受井壁的摩擦力，其方向與 V 相反； Ft， Fr 分別為 F 沿鉆柱軸向和周向的摩擦力的分量，即鉆柱的軸向摩擦力和周向摩擦力。 圖 31鉆柱摩阻力 由圖 31 可知： VVFVF rtstt 22/ ?? (33) VVFVF rtsrr 22/ ?? (34) 22 rt FFF ?? (35) C Fr F Ft Vr Vt V ?? ??? ji ioj MMM 1大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 fNFS ? (36) 式中 SF — 鉆柱單元的靜摩擦力， N； f — 摩擦系數(shù)； N — 鉆柱單元對(duì)井壁的擠壓力， N。 減小管柱扭矩和摩阻的措施 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 大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 （ 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]. 影響大位移井井壁不穩(wěn)定的因素 （ 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
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