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      高陡構(gòu)造上部地層鐘擺鉆具帶偏軸鉆具組合應(yīng)用對策

      2017-05-25 18:01:40王松
      中國科技博覽 2017年10期
      關(guān)鍵詞:鉆壓

      王松

      [摘 要]高陡構(gòu)造井上部地層傾角一般在50°~80°之間,巖性為泥巖、頁巖及粉砂巖,鉆進(jìn)中極易井斜,采用鐘擺鉆具鉆壓控制在120~140kN的情況下井斜仍然嚴(yán)重超標(biāo),為此有必要將偏軸鉆具組合防斜技術(shù)與鐘擺鉆具相結(jié)合進(jìn)行研究應(yīng)用。鐘擺鉆具帶偏軸鉆具組合在大傾角地層鉆進(jìn),具有較強(qiáng)的防斜能力,鉆壓較鐘擺鉆具組合提高30%~50%,機(jī)械鉆速明顯提高。該鉆具組合較單純的鐘擺鉆具組合具有更好的防斜、糾斜效果,在大傾角易斜地層推廣應(yīng)用該技術(shù)可較大地解放鉆壓,具有較大的推廣應(yīng)用價值。

      [關(guān)鍵詞]高陡構(gòu)造;易漏地層;鐘擺鉆具;偏軸鉆具組合;鉆壓;鉆井速度

      中圖分類號:TP117 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-914X(2017)10-0067-01

      高陡構(gòu)造上部地層傾角一般在50°以上,最高達(dá)85°,鉆井中易塌、易漏、易斜,鉆壓是平緩地層的30%~50%,由于鉆壓受到限制,嚴(yán)重影響了鉆井速度的提高。鐘擺鉆具帶偏軸鉆具組合在相同井斜控制的情況下,鉆壓可提高30%~50%,該組合應(yīng)用取得了較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益,平均機(jī)械鉆速提高1倍以上。

      1 偏軸鉆具組合防斜原理

      偏軸接頭接在鉆柱上,使偏軸接頭上下鉆具不在同一條軸線上,鉆具在轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生離心力效應(yīng),“重邊”從井眼上側(cè)轉(zhuǎn)向下側(cè)時下落,產(chǎn)生有利于降斜的沖擊力效應(yīng)。

      1.1 側(cè)向離心力效應(yīng)

      鉆柱旋轉(zhuǎn)中,側(cè)向離心力大小由下式確定:

      由式(1)可知,側(cè)向離心力效應(yīng)的大小與偏軸接頭以下的鉆鋌尺寸、偏軸距、轉(zhuǎn)速有關(guān)。

      1.2 沖擊效應(yīng)

      鐘擺鉆具帶偏軸鉆具組合的“重邊”下落帶動鉆頭對井眼下側(cè)產(chǎn)生沖擊力,該力將克服地層的造斜趨勢。鉆頭對上下井壁都有脈動沖擊力,但對下側(cè)井壁的側(cè)向沖擊力的平均值高于對上側(cè)的沖擊力。

      2 鐘擺鉆具帶偏軸鉆具組合防斜技術(shù)

      鐘擺鉆具帶偏軸鉆具組合結(jié)合了鐘擺鉆具和偏軸鉆具組合的優(yōu)勢,一方面是利用了鐘擺鉆具帶偏軸鉆具組合的公轉(zhuǎn)使鉆頭產(chǎn)生側(cè)向離心力效應(yīng);另一方面加穩(wěn)定器可以獲得較大的鐘擺力(見圖2)。

      2.1 鉆壓。偏軸鉆具組合鉆壓在100~150kN范圍內(nèi)鉆頭的平均側(cè)向力變化不大,效果較好。經(jīng)試驗研究表明,鐘擺鉆具帶偏軸鉆具組合鉆壓在180~200kN范圍內(nèi)鉆頭的平均側(cè)向力變化不大。

      2.2 偏軸接頭的安放高度

      偏軸接頭的安放高度對偏軸鉆具組合的性能影響很大,位置低于6m時鉆柱震動很大,轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)。位置過高,鉆頭對下井壁的側(cè)向力大幅降低,分析認(rèn)為安放高度宜在9~14m內(nèi)。

      2.3 穩(wěn)定器的安放高度計算

      具組合穩(wěn)定器的合理安放高度將直接影響防斜、降斜效果,穩(wěn)定器合理安放位置可由式(2)計算:

      2.4 轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速對偏軸鉆具組合防斜效果影響顯著,在條件允許的情況下,盡量提高轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速的提高不僅有利于形成穩(wěn)定的公轉(zhuǎn)狀態(tài),而鉆頭對下井壁的沖擊效應(yīng)隨轉(zhuǎn)速增加增大。

      2.5 偏軸距。根據(jù)地層造斜力、井斜控制目標(biāo)合理選擇,311.2mm井眼偏軸距一般在25~32mm。

      3 現(xiàn)場應(yīng)用

      3.1 鉆具結(jié)構(gòu)及鉆井參數(shù)

      1)鉆具結(jié)構(gòu)。高陡構(gòu)造上部地層主要井眼段為311.2mm井眼,鉆具組合為:311.2mm鉆頭+228.6~254mm鉆鋌8~10m+偏軸接頭+228.6mm鉆鋌18m左右+311.2mm穩(wěn)定器+鉆柱。2)鉆壓。根據(jù)地層傾角、井斜控制要求、偏軸距大小確定合理的鉆壓,可依據(jù)以下原則確定鉆壓:①根據(jù)單穩(wěn)定器鐘擺鉆具組合定量控制井斜計算鉆壓,并在此基礎(chǔ)上鉆壓增加30%~50%;②根據(jù)測斜情況及時調(diào)整鉆壓;③加壓后在偏軸接頭處不形成切點(diǎn)。3)轉(zhuǎn)速。偏軸鉆具組合產(chǎn)生的離心力效應(yīng)與鉆柱轉(zhuǎn)速的平方成正比,在設(shè)備能力、鉆柱強(qiáng)度滿足的情況下,轉(zhuǎn)速提高到80~100r/min以上。

      3.2 偏軸鉆具組合安全鉆進(jìn)技術(shù)措施。鉆具組合由于側(cè)向離心力效應(yīng),加大鉆柱先期疲勞損壞,采用該組合鉆進(jìn)應(yīng)采取以下技術(shù)措施:①偏軸接頭上下鉆鋌應(yīng)使用新鉆鋌或質(zhì)量較好、等級較高的鉆鋌;②在偏軸鉆具組合上鉆鋌與鉆桿間加3~5柱加重鉆桿或在鉆柱中加入減震工具,起減震、過渡作用,減小鉆具先期疲勞損壞;③定期檢查、倒換偏軸接頭附近鉆鋌。

      3.3 現(xiàn)場試驗效果。高陡構(gòu)造上部地層傾角均在60°以上,平均鉆井速度低于1m/h,偏軸鉆具組合防斜技術(shù)在高陡構(gòu)造帶進(jìn)行試驗研究,較好地解決了井眼軌跡控制和提高鉆井速度的矛盾,該鉆具組合鉆壓較鐘擺鉆具提高了30%~50%,平均機(jī)械鉆速較鄰井同井段提高102.83%。

      參考文獻(xiàn)

      [1] 空氣錘鉆具防斜機(jī)理研究[J].鄭德帥,高德利.石油鉆探技術(shù).2011(02).

      [2] 單彎螺桿鉆具組合防斜打快技術(shù)研究[J].姜興福.長江大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版).2011(10).

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