大斜度井摩阻扭矩問(wèn)題及其對(duì)策

1、大斜度井摩阻扭矩問(wèn)題大斜度井摩阻扭矩問(wèn)題 及其對(duì)策及其對(duì)策 黃根爐黃根爐 2004年年11月月24日日 摩阻摩扭問(wèn)題是大斜度井的摩阻摩扭問(wèn)題是大斜度井的 頭號(hào)問(wèn)題頭號(hào)問(wèn)題 由于大斜度井的突出特點(diǎn)是水平位移較大， 且大部分井段井斜超過(guò)60，這使得在鉆 進(jìn)、起下鉆和下套管等作業(yè)過(guò)程中摩阻扭 矩問(wèn)題非常突出； 摩阻扭矩過(guò)大，輕則會(huì)增加施工難度，延 長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間，重則使作業(yè)無(wú)法進(jìn)行，導(dǎo)致 井眼提前完鉆或報(bào)廢。 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 摩阻扭矩的影響因素摩阻扭矩的影響因素 摩阻扭矩對(duì)鉆井的危害摩阻扭矩對(duì)鉆井的危害 摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策 一一. 摩阻扭矩的影響因素摩阻扭矩的影響因素 管柱與井壁或套

2、管間的管柱與井壁或套管間的摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)和和正正 壓力壓力 NF F：總的摩阻力；：總的摩阻力；M：總的摩扭矩；：總的摩扭矩； N：總的正壓力；：總的正壓力；Do：管柱的外徑；：管柱的外徑； ：摩擦系數(shù)。：摩擦系數(shù)。 2/ o DNM 摩擦系數(shù)和正壓力N越 大，摩阻力F和摩扭矩M 就越大。 一一. 摩阻扭矩的影響因素摩阻扭矩的影響因素 井眼的井眼的水平長(zhǎng)度水平長(zhǎng)度S和鉆柱的和鉆柱的每米重量每米重量q dssS dsssqN L L 0 0 sin sin 管柱重量 N管柱重量 管柱重量：管柱重量產(chǎn)生的正壓力； ：管柱重量產(chǎn)生的正壓力； L：井深；：井深； ：井斜角。：井斜角。 井眼的水平長(zhǎng)度

3、S和每米重量 q越大，管柱自身重量產(chǎn)生的 正壓力就越大，摩阻力F和摩 扭矩M就越大。 一一. 摩阻扭矩的影響因素摩阻扭矩的影響因素 井眼的井眼的狗腿角狗腿角 和管柱中的和管柱中的軸向力軸向力T 2/sin2TN彎曲井眼 N彎曲井眼 T T 井眼的井眼的狗腿角狗腿角 和鉆柱中和鉆柱中 的的軸向力軸向力T越大，井眼彎越大，井眼彎 曲產(chǎn)生的正壓力就越大，曲產(chǎn)生的正壓力就越大， 摩阻力摩阻力F和摩扭矩和摩扭矩M就越就越 大。大。 一一. 摩阻扭矩的影響因素摩阻扭矩的影響因素 井眼曲率井眼曲率K、管柱剛度管柱剛度EI和井眼與管柱和井眼與管柱 的的直徑差直徑差Dw-Do K、EI越大，越大， Dw- Do

4、越小，管柱剛越小，管柱剛 性力產(chǎn)生的正壓性力產(chǎn)生的正壓 力就越大，摩阻力就越大，摩阻 力力F和摩扭矩和摩扭矩M就就 越大。越大。 NG1 NG2 NG3 3 )cos(1 96 L DD K LK EI N ow G K DD L ow 24 一一. 摩阻扭矩的影響因素摩阻扭矩的影響因素 井眼清潔狀況、粘卡、刮削作用等井眼清潔狀況、粘卡、刮削作用等 井眼清潔狀況、粘卡、刮削作用等會(huì)引起管柱井眼清潔狀況、粘卡、刮削作用等會(huì)引起管柱 摩阻扭矩顯著增大，且很難進(jìn)行計(jì)算。摩阻扭矩顯著增大，且很難進(jìn)行計(jì)算。 現(xiàn)場(chǎng)通常根據(jù)摩阻扭矩預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值的差別現(xiàn)場(chǎng)通常根據(jù)摩阻扭矩預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值的差別 大小來(lái)判斷井眼

5、清潔狀況。大小來(lái)判斷井眼清潔狀況。 二二. 摩阻扭矩對(duì)鉆井的危害摩阻扭矩對(duì)鉆井的危害 鉆柱起鉆負(fù)荷很大，下鉆阻力很大；鉆柱起鉆負(fù)荷很大，下鉆阻力很大； 滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)加不上鉆壓，鉆速很低；滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)加不上鉆壓，鉆速很低； 旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)扭矩很大，導(dǎo)致鉆柱強(qiáng)度破壞；旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)扭矩很大，導(dǎo)致鉆柱強(qiáng)度破壞； 鉆柱與套管摩擦，套管磨損嚴(yán)重，甚至被鉆柱與套管摩擦，套管磨損嚴(yán)重，甚至被 磨穿；磨穿； 套管下入困難，甚至下不到底。套管下入困難，甚至下不到底。 三三. 摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策 4使用使用頂驅(qū)系統(tǒng)頂驅(qū)系統(tǒng)，提高控制摩阻扭矩的，提高控制摩阻扭矩的 能力能力 頂驅(qū)在起下鉆具的同時(shí)可頂驅(qū)在起下鉆

6、具的同時(shí)可循環(huán)鉆井液循環(huán)鉆井液、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 動(dòng)鉆具動(dòng)鉆具，減小了起下鉆遇阻的概率，同時(shí)，減小了起下鉆遇阻的概率，同時(shí) 起下鉆時(shí)適當(dāng)旋轉(zhuǎn)鉆柱可改變摩阻方向，起下鉆時(shí)適當(dāng)旋轉(zhuǎn)鉆柱可改變摩阻方向， 減小軸向摩阻；減小軸向摩阻； 頂驅(qū)重量可以作為下鉆、滑動(dòng)鉆進(jìn)和下套頂驅(qū)重量可以作為下鉆、滑動(dòng)鉆進(jìn)和下套 管的附加動(dòng)力。管的附加動(dòng)力。 三三. 摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策 4優(yōu)化井眼軌道形狀，減小接觸正壓力優(yōu)化井眼軌道形狀，減小接觸正壓力 據(jù)國(guó)外文獻(xiàn)介紹，采用準(zhǔn)懸鏈線可使下套據(jù)國(guó)外文獻(xiàn)介紹，采用準(zhǔn)懸鏈線可使下套 管重量增加管重量增加2527% 準(zhǔn)懸鏈線軌道增斜段的曲率是變化的，開(kāi)始的 曲率11.5/30

7、米，最后增到2.5/30米。曲 率增加的方式是連續(xù)的，每400米曲率增加 0.5/30米。 提高造斜點(diǎn)位置，降低造斜率；提高造斜點(diǎn)位置，降低造斜率； 控制穩(wěn)斜角：控制穩(wěn)斜角：w=arctg(1/) ； 三三. 摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策 4提高泥漿潤(rùn)滑性，減小摩阻系數(shù)提高泥漿潤(rùn)滑性，減小摩阻系數(shù) 提高油水比： 試驗(yàn)表明，90：10的油水比與62：38的油水比 進(jìn)行比較，前者比后者摩阻降低50% 使用塑料小球： 據(jù)試驗(yàn)，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，摩阻系數(shù)很小， 根據(jù)實(shí)鉆數(shù)據(jù)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行擬合，鉆柱在套 管內(nèi)的摩阻系數(shù)為0.19，在裸眼

8、井段內(nèi)為0.17。 （值得注意的是：裸眼井段內(nèi)摩阻系數(shù)竟然裸眼井段內(nèi)摩阻系數(shù)竟然小于小于 套管內(nèi)的摩阻系數(shù)套管內(nèi)的摩阻系數(shù)） 三三. 摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策 4嚴(yán)格控制井眼軌跡，保證井眼光滑嚴(yán)格控制井眼軌跡，保證井眼光滑 軌道設(shè)計(jì)得再好，實(shí)鉆軌道不光滑，也不軌道設(shè)計(jì)得再好，實(shí)鉆軌道不光滑，也不 能降低摩阻扭矩；能降低摩阻扭矩； 使用使用可變徑穩(wěn)定器可變徑穩(wěn)定器和和可調(diào)彎角的彎外殼動(dòng)可調(diào)彎角的彎外殼動(dòng) 力鉆具力鉆具，通過(guò)勤測(cè)量、勤調(diào)整，避免，通過(guò)勤測(cè)量、勤調(diào)整，避免“急急 拐彎拐彎”； 使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng) 。 三三. 摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策 4采

9、取各種措施，保持井眼清潔采取各種措施，保持井眼清潔 井眼清潔問(wèn)題是大斜度井摩阻扭矩很大的重要原井眼清潔問(wèn)題是大斜度井摩阻扭矩很大的重要原 因之一；因之一； 解決井眼清潔問(wèn)題的主要方法有：解決井眼清潔問(wèn)題的主要方法有： 要有足夠大的鉆井液排量；要有足夠大的鉆井液排量； 要有強(qiáng)大的地面固相控制系統(tǒng)；要有強(qiáng)大的地面固相控制系統(tǒng)； 鉆柱旋轉(zhuǎn)的作用；鉆柱旋轉(zhuǎn)的作用； 泥漿要有好的流變性能；泥漿要有好的流變性能； 起鉆前的充分循環(huán)；起鉆前的充分循環(huán)； 必要的必要的“短起下鉆短起下鉆”； PWD環(huán)空壓力監(jiān)測(cè)；環(huán)空壓力監(jiān)測(cè)； 三三. 摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策 4提高鉆桿的抗扭能力提高鉆桿的抗扭能力

10、 使用高抗扭的螺紋脂高抗扭的螺紋脂；據(jù)說(shuō)可提高抗扭27%； 采用高扭矩的螺紋聯(lián)接高扭矩的螺紋聯(lián)接 多級(jí)螺紋或多級(jí)臺(tái)肩，可增大扭矩； 采用高強(qiáng)度鉆桿高強(qiáng)度鉆桿： 鋁合金、鈦合金鉆桿等，重量小，強(qiáng)度高； 實(shí)現(xiàn)鉆桿接頭的應(yīng)力平衡實(shí)現(xiàn)鉆桿接頭的應(yīng)力平衡(見(jiàn)下面兩張片子)： 高強(qiáng)度鉆桿的接頭抗扭強(qiáng)度，低于管體；采取 增大上扣扭矩，犧牲抗拉強(qiáng)度，增大抗扭強(qiáng)度， 使鉆桿適應(yīng)高扭矩的需要。 三三. 摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策 4提高鉆桿的抗扭能力提高鉆桿的抗扭能力 實(shí)現(xiàn)鉆桿接頭實(shí)現(xiàn)鉆桿接頭 的應(yīng)力平衡：的應(yīng)力平衡： 在在旋轉(zhuǎn)條旋轉(zhuǎn)條 件件下，隨著下，隨著 井斜角的增井斜角的增 大，鉆柱的大，鉆柱的

11、拉力將減小，拉力將減小， 而扭矩將增而扭矩將增 大大。 三三. 摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策 4提高鉆桿的抗扭能力提高鉆桿的抗扭能力 實(shí)現(xiàn)鉆桿接頭的應(yīng)力平衡：實(shí)現(xiàn)鉆桿接頭的應(yīng)力平衡： 以以NC-50 (411410)接接 頭為例，當(dāng)公接頭內(nèi)徑頭為例，當(dāng)公接頭內(nèi)徑 為為3-3/4“時(shí)，時(shí)， 若上扣扭矩為若上扣扭矩為25千磅千磅 英尺，則承拉能力為英尺，則承拉能力為 450千磅；千磅； 若上扣扭矩為若上扣扭矩為30千磅千磅 英尺，則承拉能力為英尺，則承拉能力為 200千磅；千磅； 三三. 摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策 4滑動(dòng)鉆進(jìn)加不上鉆壓的解決方法滑動(dòng)鉆進(jìn)加不上鉆壓的解決方法 采用

12、滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，盡可能旋轉(zhuǎn)鉆柱盡可能旋轉(zhuǎn)鉆柱。 需要定向時(shí)用滑動(dòng)鉆進(jìn)方式； 不需要定向時(shí)盡量用旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式； 采用動(dòng)力鉆具壓差載荷加壓動(dòng)力鉆具壓差載荷加壓； 采用液力加壓器加壓液力加壓器加壓； 三三. 摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策 4滑動(dòng)鉆進(jìn)加不上鉆壓的解決方法滑動(dòng)鉆進(jìn)加不上鉆壓的解決方法 開(kāi)發(fā)先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)開(kāi)發(fā)先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，徹底拋棄 滑動(dòng)鉆進(jìn)方式； 三三. 摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策 AUTO-TRACK系統(tǒng)系統(tǒng) 三三. 摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策 4套管磨損問(wèn)題解決方法套管磨損問(wèn)題解決方法 一種方法是在鉆桿上帶膠皮護(hù)箍膠皮護(hù)箍 據(jù)說(shuō)在大位移井

13、中，橡膠護(hù)箍很快就被破壞； 改變鉆桿接頭表面上的鎧裝材料鎧裝材料，既有較 高的耐磨性，又可減小對(duì)套管的磨損； 在鉆桿上加非旋轉(zhuǎn)鉆桿保護(hù)器非旋轉(zhuǎn)鉆桿保護(hù)器（NRDPP Non-Rotating Drill Pipe Protector） 象個(gè)扶正器，不隨鉆桿旋轉(zhuǎn)。與套管之間不 旋轉(zhuǎn)，所以不磨套管；但與鉆桿之間有相對(duì) 旋轉(zhuǎn)； 這是目前最有效最有效的方法。 三三. 摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策 4套管磨損問(wèn)題解決方法套管磨損問(wèn)題解決方法 西江24-3-14井未使用NRDPP 時(shí)，泥漿出口撈出大量鐵屑， 而且逐日增加。（三天，三天，150 克，克，270克，克，750克克）據(jù)說(shuō)最多 一天可撈出

14、3.7公斤。使用 NRDPP之后，鐵屑大量減少。 （三天，三天，260克，克，85克，克，65 克克）。而且，鉆柱的摩扭大大 減小。在可比的情況下，使用 前摩扭為22000英尺磅，使用 后為1200017000英尺磅。 三三. 摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策 4套管下入問(wèn)題解決方法套管下入問(wèn)題解決方法 采用滾輪式套管扶正器滾輪式套管扶正器； 使套管與井壁之間由滑動(dòng)摩擦變成滾動(dòng)摩擦； 采用漂浮法下套管漂浮法下套管 漂浮接箍以下的套管內(nèi)是空的，沒(méi)有鉆井液； 漂浮接箍的位置需要仔細(xì)計(jì)算；要考慮套管 的抗擠 強(qiáng)度問(wèn)題； 在下套管過(guò)程中不能循環(huán)泥漿； 利用頂部驅(qū)動(dòng)的重力重力； 三三. 摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策摩阻扭矩問(wèn)題的對(duì)策 4套管下入問(wèn)題解決方法套管下入問(wèn)題解決方法 滾輪式套管扶正器滾輪式套管扶正器將 套管與井壁之間的軸 向滑動(dòng)摩擦，變成了 軸向滾動(dòng)摩擦，從而 減小了下套管摩阻。 三三. 摩阻扭