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大位移摩阻及其解决.doc

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20041124 由于大斜度井的突出特点是水平位移较大， 且大部分井段井斜超过60°，这使得在钻 进、起下钻和下套管等作业过程中摩阻扭 矩问题非常突出； 摩阻扭矩过大，轻则会增加施工难度，延 长作业时间，重则使作业无法进行，导致 井眼提前完钻或报废。 1. 2. 3. . 1.管柱与井壁或套管间的摩擦系数和正 压力 NF F：总的摩阻力；M：总的摩扭矩； N：总的正压力；D o ：管柱的外径； ?：摩擦系数。 2/ o DNM 摩擦系数?和正压力N越 大，摩阻力F和摩扭矩M 就越大。 . 2.井眼的水平长度S和钻柱的每米重量q  dssS dsssqN L L     0 0 sin sin   管柱重量 N 管柱重量 ：管柱重量产生的正压力； L：井深； ：井斜角。 井眼的水平长度S和每米重量 q越大，管柱自身重量产生的 正压力就越大，摩阻力F和摩 扭矩M就越大。 . 3.井眼的狗腿角和管柱中的轴向力T 2/sin2TN 弯曲井眼  N 弯曲井眼 T T 井眼的狗腿角和钻柱中 的轴向力T越大，井眼弯 曲产生的正压力就越大， 摩阻力F和摩扭豈就越 大。 . 4.井眼曲率K、管柱刚度EI和井眼与管柱 的直径差D w -D o K、EI越大，D w - D o 越小，管柱刚 性力产生的正压 力就越大，摩阻 力F和摩扭矩M就 越大。 N G1 N G2 N G3  3 )cos(1 96 L DD K LK EI N ow G           K DD L ow   24 . 5.井眼清洁状况、粘卡、刮削作用等 井眼清洁状况、粘卡、刮削作用等会引起管柱 摩阻扭矩显著增大，且很难进行计算。 现场通常根据摩阻扭矩预测值和实测值的差别 大小来判断井眼清洁状况。 . 钻柱起钻负荷很大，下钻阻力很大； 滑动钻进时加不上钻压，钻速很低； 旋转钻进时扭矩很大，导致钻柱强度破坏； 钻柱与套管摩擦，套管磨损严重，甚至被 磨穿； 套管下入困难，甚至下不到底。 . 1.使用顶驱系统，提高控制摩阻扭矩的 能力 ?顶驱在起下钻具的同时可循环钻井液、转 动钻具，减小了起下钻遇阻的概率，同时 起下钻时适当旋转钻柱可改变摩阻方向， 减小轴向摩阻； ?顶驱重量可以作为下钻、滑动钻进和下套 管的附加动力。 . 2.优化井眼轨道形状，减小接触正压力 –据国外文献介绍，采用准悬链线可使下套 管重量增加25～27% ?准悬链线轨道增斜段的曲率是变化的，开始的 曲率1～1.5°/30米，最后增到2.5°/30米。曲 率增加的方式是连续的，每400米曲率增加 0.5°/30米。 –提高造斜点位置，降低造斜率； –控制稳斜角：α w =arctg(1/μ)； . 3.提高泥浆润滑性，减小摩阻系数 –提高油水比： ?试验表明，90：10的油水比与62：38的油水比 进行比较，前者比后者摩阻降低50% –使用塑料小球： ?据试验，使用塑料小球，可降低摩阻摩扭15%。 –西江24-3-A14井采取上述措施后，摩阻系数很小， 根据实钻数据用计算机软件进行拟合，钻柱在套 管内的摩阻系数为0.19，在裸眼井段内为0.17。 （值得注意的是：裸眼井段内摩阻系数竟然小于 套管内的摩阻系数） . 4.严格控制井眼轨迹，保证井眼光滑 –轨道设计得再好，实钻轨道不光滑，也不 能降低摩阻扭矩； –使用可变径稳定器和可调弯角的弯外壳动 力钻具，通过勤测量、勤调整，避免“急 拐弯”； –使用旋转导向钻井系统。 . 5.采取各种措施，保持井眼清洁 –井眼清洁问题是大斜度井摩阻扭矩很大的重要原 因之一； –解决井眼清洁问题的主要方法有： ?要有足够大的钻井液排量； ?要有强大的地面固相控制系统； ?钻柱旋转的作用； ?泥浆要有好的流变性能； ?起钻前的充分循环； ?必要的“短起下钻”； ?PWD环空压力监测； . 6.提高钻杆的抗扭能力 –使用高抗扭的螺纹脂；据说可提高抗扭27%； –采用高扭矩的螺纹联接 ?多级螺纹或多级台肩，可增大扭矩； –采用高强度钻杆： ?铝合金、钛合金钻杆等，重量小，强度高； –实现钻杆接头的应力平衡(见下面两张片