新型防斜打快技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,新型防斜打快技术,1,汇报内容：,1、防斜打直技术的发展方向；,2、造成井斜的主要原因；,3、井斜产生；,4,、常规防斜、降斜钻具组合力学特性分析,5、不同防斜打直方法的机理探讨；,6、预弯曲动力学防斜打直机理研究；,7、预弯曲动力学防斜打快技术的主要研究内容；,8、已进行工作；,9、研究成果；,10 、滑动导向钻具组合连续导向钻井技术。,2,一、防斜打直技术的发展方向-1,解放钻压；,良好的防斜效果；,适合于各种高陡地质构造。,新型的防斜打直技术应具备以下特点：,3,一、防斜打直技术的发展方向-2,预弯曲动力学防斜打快技术,符合以上条件的有两种：,1、动力学防斜打快技术；2、主动式防斜打快工具，如VDS系统等；从经济性和可推广性角度讲，发展方向应为：,4,二、造成井斜的主要原因,1、地层的造斜特征；,2、钻具组合的使用不当；,3、操作者的主动原因。,5,三、井斜的产生-1,钻头上的作用力,6,三、井斜的产生-2,钻头偏向不平衡造成的增斜力,7,三、井斜的产生-3,8,三、井斜的产生-4,从受力分解中不难发现，在主动力中，有两部分力十分重要：,1) BHA变形和运动产生的侧向力；,2）BHA变形造成的指向不确定性。,目前的所有防斜打直技术都是回绕这两点去进行的。,9,四、常规防斜、降斜钻具组合力学特性分析,10,1、,常用,防斜、降斜,钻具组合分类,：,四、常规防斜、降斜钻具组合力学特性分析,11,2、常用钻具组合力学特性分析：,1）双稳定器钟摆钻具组合力学特性分析：,四、常规防斜、降斜钻具组合力学特性分析,12,双稳定器钟摆钻具组合力学特性分析1-1,：,表1,：,表2,：,表3,：,四、常规防斜、降斜钻具组合力学特性分析,13,双稳定器钟摆钻具组合力学特性分析1-2,：,表4,：,表5,：,表6,：,四、常规防斜、降斜钻具组合力学特性分析,14,（1）、随井斜角增加，2-1结构钟摆钻具组合的降斜力逐渐增加。,（2）、随钻压增加，2-1结构钟摆钻具组合的降斜力逐渐增加。因此，在大钻压下，钟摆钻具可能有效，也可能失效，原因不在降斜力是否下降，而在于下部钻柱发生了变形。,（3）、随,L,1,增加，2-1结构钟摆钻具组合的降斜力先逐渐增加，在24m处达到最大，随后迅速下降。因此，对于2-1结构钟摆钻具组合而言，在一定的参数和井眼条件下，存在降斜力最大的结构参数。,结论1-1,：,四、常规防斜、降斜钻具组合力学特性分析,15,4）、随L,2,增加，2-1结构钟摆钻具组合的降斜力先逐渐增加，在12m 处达到最大，随后下降。因此，同样可以优化2-1结构钟摆钻具组合的结构参数。,5）、随 增加，2-1结构钟摆钻具组合的降斜力逐渐增加。因此，2-1结构钟摆钻具组合的近钻头稳定器应选欠尺寸。,6）、随 增加，2-1结构钟摆钻具组合的降斜力逐渐降低。因此，2-1结构钟摆钻具组合的上稳定器应选满尺寸。,7）、以上计算是以2-1结构钟摆钻具组合为特例进行计算的，但通过改变参数，实际上可基本包含所有的双稳定器结构钟摆钻具组合。,结论1-2,：,四、常规防斜、降斜钻具组合力学特性分析,16,2）、双稳定器满眼钻具组合力学特性分析：,四、常规防斜、降斜钻具组合力学特性分析,17,双稳定器满眼钻具组合力学特性分析2-1：,表7,：,表8,：,表9,：,四、常规防斜、降斜钻具组合力学特性分析,18,双稳定器满眼钻具组合力学特性分析2-2：,表10,：,表11,：,表12,：,四、常规防斜、降斜钻具组合力学特性分析,19,结论2-1：,四、常规防斜、降斜钻具组合力学特性分析,20,结论2-2：,四、常规防斜、降斜钻具组合力学特性分析,21,五、不同防斜打直方法的机理探讨-1,钟摆钻具组合防斜打直机理：,尽量使BHA变形和运动产生的侧向力为降斜力，特点：1）、降斜力F1较小。一旦P1是增斜力且超过钟摆力F1 ，连起码的靠牺牲钻速为代价取得的一点降斜效果都将失去，这就是有时钟摆钻具组合失效的原因之一。,22,五、不同防斜打直方法的机理探讨-2,2）、有时，钟摆钻具组合在一定的钻压和井眼条件下，钻头指向造成的合力成为降斜力，此时就可能具备较好的降斜效果。大钻压理论就是在这一特定条件下才能成立。但这种情况很难控制。,23,五、不同防斜打直方法的机理探讨-3,满眼钻具组合防斜打直机理：,尽量使BHA变形后的轴线与井眼轴线一致，从而减小由P1形成的合力。特点：1）、由于很难消除稳定器与井眼的间隙，因而，这种钻头指向造成的力 P1不可能消除。2）、满眼钻具的特征是钻压大，并且没有“钟摆力”，使得这种钻头指向所造成的分量可能较大。,24,五、不同防斜打直方法的机理探讨-4,由于井眼的偏斜，重力作用使得变形后的钻具组合在下井壁一侧的运动轨迹密度超过上井壁，这样钻头向上偏斜的几率大于向下偏斜的几率。这种行为的后果使得钻压的侧向分量的合力成为增斜力。,偏向角=1度时，20吨钻压在钻头侧向形成的分量达3.5 kN,偏向角为2度时，20吨钻压在钻头侧向形成的分量达7.0 kN,满眼和钟摆钻具组合在大钻压下有时难以很好控制井斜的根本原因在于：,25,五、不同防斜打直方法的机理探讨-5,26,五、不同防斜打直方法的机理探讨-6,VDS系统打直机理：,从井眼高边向钻头施加一个主动的降斜力。当钻头上的合降斜力大于地层的增斜力时，就能使井斜角减小，达到垂直钻井的目的。,27,五、不同防斜打直方法的机理探讨-7,VDS系统打直机理：,28,五、不同防斜打直方法的机理探讨-8,29,五、不同防斜打直方法的机理探讨-9,VertiTrak的结构示意图,30,五、不同防斜打直方法的机理探讨-10,GEO-Pilot系统打直机理：,使钻头指向一直指向下井壁，从而通过钻进方向来减小井斜。,31,六、预弯曲动力学防斜打快技术机理-1,通过钻具组合的预弯曲变形，使钻头侧向力成为降斜力，而且这种降斜力远远大于钟摆钻具组合的降斜力；,通过预弯曲变形来消除钻头偏向造成的不利于井斜控制的侧向力；,32,六、预弯曲动力学防斜打快技术机理-2,钻柱在井眼中的,运动特征,33,34,35,36,钻头涡动,钻柱涡动,37,钻头涡动,38,向前涡动,由于质量偏心引起,39,向后涡动,由于井壁接触引起,40,不规则运动,41,向前涡动,5度倾斜井眼,42,5度倾斜井眼,向前涡动,向后涡动,43,向后涡动,20度倾斜井眼,44,向前涡动,45度倾斜井眼,45,钻柱运动仿真,46,47,六、预弯曲动力学防斜打快技术机理-2,主要特征：,1）、降斜力远远大于钟摆钻具组合的降斜力；,2）、井斜角越小，降斜力越大，因此预弯曲动力学防斜打快技术的防斜效果更为突出；,3）、预弯曲变形特征对降斜力的大小有重要影响。,48,七、预弯曲动力学防斜打快技术的研究内容：,1）、预弯曲钻具组合的动力学行为描述；,2）、预弯曲形状对钻头降斜力的影响规律；,3）、预弯曲动力学防斜打快钻具组合钻头侧向力计算；,4）、参数对预弯曲动力学防斜打快钻具组合钻头侧向力的影响规律；,5）、预弯曲动力学钻具组合结构参数、施工参数的优化；,49,七、预弯曲动力学防斜打快技术的研究内容：,6）、带动力钻具的预弯曲动力学钻具组合的现场试验研究；,7）、专用工具的研制；,8）、专用工具的现场试验；,9）、相关计算模型及机理探讨，计算软件的研制；,10)、预弯曲动力学防斜打快技术的适用范围；,11）、预弯曲动力学防斜打快技术的推广应用。,50,八、已做研究工作,51,八、已进行工作,1）、目前正建立常规钻具组合的动力学方程，并进行数值仿真；,2）、已建立了一静力仿真平台和一动力学仿真初级平台；,3）、已利用带动力钻具的BHA进行了四口井的先导性试验（亲自两口井）；,52,九、研究成果,53,成果1：预弯曲动力学防斜打快技术研究,54,利用,预弯曲动力学防斜打快钻具组合-,PBDFV BHA ( Pre-Bending Dynamic Fast and Vertical Drilling BHA),进行防斜打快钻井；,预弯曲动力学防斜打快技术研究,55,常规钟摆钻具组合降斜力计算,主要参数：,预弯曲动力学防斜打快技术研究,56,常规钟摆钻具组合降斜力计算,计算结果：,预弯曲动力学防斜打快技术研究,57,主要参数,预弯曲动力学防斜打快技术降斜力计算,钻具组合： PBDFV BHA(Pre-Bending Dynamic Fast and Vertical Drilling BHA),预弯曲动力学防斜打快钻具组合,预弯曲动力学防斜打快技术研究,58,预弯曲动力学防斜打快技术研究,59,计算结果：,井斜角（度）,降斜力（kN）,1,2,3,-1.17,-0.81,-0.53,偏心距为1mm时PBDFV BHA的降斜力,：,预弯曲动力学防斜打快技术降斜力计算,预弯曲动力学防斜打快技术研究,60,计算结果：,井斜角（度）,降斜力（kN）,1,2,3,-3.39,-2.91,-2.72,偏心距为2mm时PBDFV BHA的降斜力,：,预弯曲动力学防斜打快技术降斜力计算,预弯曲动力学防斜打快技术研究,61,降斜力比较：,预弯曲动力学防斜打快钻具组合,的降斜力随井斜角增加而,减小，钟摆钻具,的降斜力随井斜角增加而,增加,；,偏心距为1mm、井斜角1度时,预弯曲动力学防斜打快钻具组合,(PBDFV BHA),的降斜力是钟摆钻具降斜力的,1.197:0.197, 约,6,倍；,偏心距为1mm、井斜角2度时,预弯曲动力学防斜打快钻具组合,(PBDFV BHA),的降斜力是钟摆钻具降斜力的,0.81: 0.381,，约,2.12,倍；,偏心距为,2mm,、井斜角,1,度时,预弯曲动力学防斜打快钻具组合,(PBDFV BHA),的降斜力是钟摆钻具降斜力的,3.39:0.197, 约,17.2,倍；,62,预弯曲动力学防斜打快技术的现场试验1,钻具组合：,PBDFV BHA,；,地层倾角：,25-40度；,井眼倾斜特征：,长钟摆钻具在钻压10kN时有降斜效果；,在20kN时则有增斜效果。,63,预弯曲动力学防斜打快技术的现场试验1,在12671300m井段，采用10kN钻压，井斜角由2.4度下降到1.4度；,13001330m，采用20kN钻压，井斜角又由1.4度（1300m）增加到2.2度（1330m）；,将钻压又降为10kN，井斜角又降为1.9度（1353m）；,由于钻压偏小，造成机械钻速严重偏小（,小于3m/h,）。,64,预弯曲动力学防斜打快技术,现场试验时间：7月23日1:30；,钻完34m后，开始第一次测斜（3:153:50），测得井斜角为1.9度/1378.74m；,钻到1455m，进行第二次测量，测量结果为1.9度/1446m；,试验参数：这一段的钻压为4050kN,转速为一档（60rpm）, Q=33L/S, P=13.514.5MPa；,机械钻速有了明显提高，达到25m/h左右。,现场试验 1,65,预弯曲动力学防斜打快技术,现场试验 1,在随后的井段中采用5070kN钻压进行钻进，泵压P=17MPa.井段为：14551683m。在1534和1674m进行了两次测量，井斜角都为2.0度；,在16831750m井段，采用80kN钻压，泵压为17.5MPa. 在1741m处测得井斜角为2.5度，说明钻压增大到80kN后，井斜有增斜的趋势；,在17501863.5m井段，采用5070kN钻压、17MPa 泵压进行钻井。在1854.72m测得井斜角为2.3度。,66,PowerPak Motors,67,复合钻井防斜打快技术现场试验-2,68,成果2、下部钻具组合三维力学分析模型建立,69,下部钻具组合三维力学分析模型,方法：三维小挠度模型的加权余量解法优点：计算速度快，计算精度高，是计算力学中针对一些特殊问题 提出的一种新型解法，目前发展很快。假设：针对本项目的特点，我们共作了13条假设。 对于位移法旋转导向系统，共有14条假设。模型：三维小挠度模型； 弯曲平面倾角模型； 复合钻井导向力计算模型（非等力合成模型）； 平衡侧向力法导向能力预测模型。,70,下部钻具组合三维力学分析模型,1）、坐标系：,1、三维力学模型：,71,下部钻具组合三维力学分析模型,钻头的增井斜力：,钻头的增方位力：,72,下部钻具组合三维力学分析模型,弯曲平面倾角：,井眼高边方向顺时针转到井眼弯曲方向的夹角，,变化范围为0360，计算模型：,方向判定矢量：,法线矢量与井眼高边方向矢量间的夹角,：,方向判定系数,：,2、弯曲平面倾角模型：,73,下部钻具组合三维力学分析模型,弯曲平面倾角示意图：,74,3、复合钻井导向力计算模型：,下部钻具组合三维力学分析模型,75,下部钻具组合三维力学分析模型,钻头上的有效增井斜力：,4、导向能力平衡侧向力法计算模型：,建立有效增井斜力与井眼曲率的对应关系：,钻头上的有效增井斜力为0时对应的井眼曲率即为下部钻具组合的导向能力：,76,令：,可得：,77,成果3：下部钻具组合三维力学分析软件系统,SABHA,研制,78,编程环境：Windows 系统；,编程语言： VB6.0（Visual Basic 6.0）,SABHA的使用环境：,1) 586以上微机一台；,2) 16MB内存或以上；,3) VGA显示器；,4) 鼠标一个；,5) Windows 98以上系统。,下部钻具组合三维力学分析软件系统SABHA研制,79,极限井斜角：,80,-The Steering Ability Of Bottom Hole Assembly,简 介,大型专用下部钻具组合三维力学分析软件系统,SABHA,81,82,大型专用下部钻具组合三维力学分析软件系统,SABHA,简介：,可以完成各种常规钻具组合钻头导向力计算分析；,可以分析各种参数-井眼轨迹参数、钻具结构参数、施工参数对导向力的影响；,功 能 之 一,83,大型专用下部钻具组合三维力学分析软件系统,SABHA,简介：,可以完成各种带动力钻具的导向钻具组合,滑动导向,时的钻头导向力计算分析；,可以分析各种参数-井眼轨迹参数、钻具结构参数、施工参数对导向力的影响；,功 能 之 二,84,大型专用下部钻具组合三维力学分析软件系统,SABHA,简介：,可以完成滑动导向钻具组合,复合钻进,时钻头导向力计算分析；,可以分析各种参数-井眼轨迹参数、钻具结构参数、施工参数对复合钻井导向力的影响；,这部分在国内外属,首创,，并得到现场试验的验证,。,功 能 之 三,85,86,大型专用下部钻具组合三维力学分析软件系统,SABHA,简介：,可以完成平衡侧向力计算分析；,可以实现平衡侧向力法导向能力预测。,功能之四,87,大型专用下部钻具组合三维力学分析软件系统,SABHA,简介：,可以完成,复合钻井防斜打快,时钻头导向力计算分析；,这部分在国内外属,首创,，并得到现场试验的验证),。,功 能 之 五,88,成果4：下部钻具组合 三维力学分析,89,下部钻具组合三维力学分析,主要工作：,1、井眼条件下钻头导向力的计算分析；,2、钻井参数对钻头导向力的影响规律研究；,-用于优选施工参数；,3、井眼轨迹参数对钻头导向力的影响规律研究；,-研究已钻井眼的影响；,4、钻具组合结构参数对钻头导向力的影响规律研究,-优化钻具组合结构；,90,十、滑动导向钻具组合连续导向钻井技术,91,滑动导向：,定向造斜 轨迹调整：扭方位作业、滑动增斜,旋转导向,：,复合钻井,连续导向：,滑动导向+旋转导向 即：,定向造斜+复合钻井+轨迹调整,92,1、利用现有设备，费用低；2、可以提高导向段钻井速度、缩 短建井周期；3、适用于定向井、水平井、和大 位移井中水平位移小于6000米 的井段。,主要特点：,93,滑动导向钻具组合复合钻井导向力计算分析,94,1、复合钻井导向力计算机理：,滑动导向钻具组合,复合钻井,的特点可以归纳为一个导向工具面不断有规律改变的过程，其总体导向效果可用,钻柱旋转一周内的钻头上的合导向力矢量,来表述。,95,2、复合钻井导向力计算模型,96,3、滑动导向钻具组合,复合钻井导向力图-1,97,3、滑动导向钻具组合,复合钻井导向力图-2,98,4、主要参数对复合钻井导向力的影响,钻压的影响,弯角的影响,稳定器间距的影响,近钻头稳定器偏心距的影响,井斜角的影响,99,钻压影响,100,弯角影响,101,稳定器间距的影响,102,近钻头稳定器偏心距的影响,103,井斜角的影响,104,滑动导向钻具组合连续导向技术的,发展要点,衡量指标,：旋转井段/连续导向井段80%,发展思路,：,由于弯角越大、滑动导向能力越大，但复合钻井导向力越小，因此就存在一个平衡点，使其适合某一地区；,设计合理钻具组合，使其具有合适的导向能力，从而尽可能减少滑动导向时间。,105,滑动导向钻具组合连续导向技术的,关键工作,寻找某区块的地层平衡侧向力变化规律；,寻找一个区块上合适的螺杆弯角大小；,使滑动导向能力和复合钻井导向能力相匹配。,根据地层平衡侧向力优选合适的钻具组合，尽可能发挥连续导向能力；,优化轨迹剖面，使之既能适合导向工具的特征，又能满足甲方要求；,研究复合钻井时下部钻具组合的动力学特征，优化钻具结构参数。,106,107,实例-,1,：,吐哈油田L18-321井，时间7月24日晚上10点,背景：地层有增斜效果，常规钻具组合无法达到高机械钻速目的；反复起下钻更换钻具组合；,技术公司刘谦工程师要求，,L18-321,在2335.46米至靶点（约2700米井深）采用172mm、1度单弯螺杆进行连续导向试验。,利用该软件进行钻具组合设计，采用了双稳定器钻具组合，设计目的,：,稳斜,实钻效果：,5.4度/2337m，5,度/2539m， 5.2度/2705m,机械钻速由,8米/小时,左右增加到超过,15米/小时,。,108,实例-,2,：,辽河油田曙古11SP井,，时间12月1日；,水平井上使用的单稳定器滑动导向钻具组合，弯角1.75度；,结构参数：,L1=1.03m;L21=1.2m; D=197mm;,弯角=1.75度；W=80kN,109,实例-,2,：,实际钻井数据与计算结果：,测 深 井斜角 实际造斜率 计算结果 预测精度,（m） （度） （度/30m） （度/30m） （%）,1669.47m 9.53度,1678.97m 12.9度 10.64 10.38/11.07,96.1/97.5,1691.27m 18.0度 12.43 11.95/12.52,95.9/99.3,110,实例-,2,：,1669.47-1678.97m,井段 实际造斜率 10.64度/30m,Fm(kN) 0 1 2 3 4 5,Ka(度/30m),11.07 10.94 10.80 10.66 10.52 10.38,1678.97-1691.27m,井段 实际造斜率 12.43度/30m,Fm(kN) 0 1 2 3 4 5,Ka(度/30m),12.66,12.52 12.38 12.23 12.09 11.95,111,实例-,3,：,1、在江苏油田连续导向钻井中得到成功应用，实现了“,直井-定向造斜-复合钻井-轨迹调整,”“四合一”钻井；,2、在长庆油田进行“,一趟钻,”工程试验；找出了影响长庆油田“地层因素”的影响规律；,3、在吐哈油田进行了连续导向和新型防斜打直技术的研究；,4、在塔里木油田进行防斜打快技术研究。,112,谢 谢 ！,113,