大斜度井摩阻扭矩問題及其對(duì)策

大斜度井摩阻扭矩問題及其對(duì)策

黃根爐2004年11月24日摩阻摩扭問題是大斜度井的頭號(hào)問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60°，這使得在鉆進(jìn)、起下鉆和下套管等作業(yè)過程中摩阻扭矩問題非常突出；摩阻扭矩過大，輕則會(huì)增加施工難度，延長作業(yè)時(shí)間，重則使作業(yè)無法進(jìn)行，導(dǎo)致井眼提前完鉆或報(bào)廢。主要內(nèi)容摩阻扭矩的影響因素摩阻扭矩對(duì)鉆井的危害摩阻扭矩問題的對(duì)策一.摩阻扭矩的影響因素管柱與井壁或套管間的摩擦系數(shù)和正壓力F：總的摩阻力；M：總的摩扭矩；N：總的正壓力；Do：管柱的外徑；μ：摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)μ和正壓力N越大，摩阻力F和摩扭矩M就越大。一.摩阻扭矩的影響因素井眼的水平長度S和鉆柱的每米重量qN管柱重量：管柱重量產(chǎn)生的正壓力；L：井深；：井斜角。井眼的水平長度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.摩阻扭矩的影響因素井眼的狗腿角和管柱中的軸向力T井眼的狗腿角和鉆柱中的軸向力T越大，井眼彎曲產(chǎn)生的正壓力就越大，摩阻力F和摩扭矩M就越大。一.摩阻扭矩的影響因素井眼曲率K、管柱剛度EI和井眼與管柱的直徑差Dw-DoK、EI越大，Dw-Do越小，管柱剛性力產(chǎn)生的正壓力就越大，摩阻力F和摩扭矩M就越大。NG1NG2NG3一.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、刮削作用等會(huì)引起管柱摩阻扭矩顯著增大，且很難進(jìn)行計(jì)算?，F(xiàn)場通常根據(jù)摩阻扭矩預(yù)測值和實(shí)測值的差別大小來判斷井眼清潔狀況。二.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；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；鉆柱與套管摩擦，套管磨損嚴(yán)重，甚至被磨穿；套管下入困難，甚至下不到底。三.摩阻扭矩問題的對(duì)策使用頂驅(qū)系統(tǒng)，提高控制摩阻扭矩的能力頂驅(qū)在起下鉆具的同時(shí)可循環(huán)鉆井液、轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，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，減小軸向摩阻；頂驅(qū)重量可以作為下鉆、滑動(dòng)鉆進(jìn)和下套管的附加動(dòng)力。三.摩阻扭矩問題的對(duì)策優(yōu)化井眼軌道形狀，減小接觸正壓力據(jù)國外文獻(xiàn)介紹，采用準(zhǔn)懸鏈線可使下套管重量增加25～27%準(zhǔn)懸鏈線軌道增斜段的曲率是變化的，開始的曲率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；控制穩(wěn)斜角：αw=arctg(1/μ)；三.摩阻扭矩問題的對(duì)策提高泥漿潤滑性，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)竟然小于套管內(nèi)的摩阻系數(shù)）三.摩阻扭矩問題的對(duì)策嚴(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，也不能降低摩阻扭矩；使用可變徑穩(wěn)定器和可調(diào)彎角的彎外殼動(dòng)力鉆具，通過勤測量、勤調(diào)整，避免“急拐彎”；使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)

。三.摩阻扭矩問題的對(duì)策采取各種措施，保持井眼清潔井眼清潔問題是大斜度井摩阻扭矩很大的重要原因之一；解決井眼清潔問題的主要方法有：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)；鉆柱旋轉(zhuǎn)的作用；泥漿要有好的流變性能；起鉆前的充分循環(huán)；必要的“短起下鉆”；PWD環(huán)空壓力監(jiān)測；三.摩阻扭矩問題的對(duì)策提高鉆桿的抗扭能力使用高抗扭的螺紋脂；據(jù)說可提高抗扭27%；采用高扭矩的螺紋聯(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：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(見下面兩張片子)：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.摩阻扭矩問題的對(duì)策提高鉆桿的抗扭能力實(shí)現(xiàn)鉆桿接頭的應(yīng)力平衡：在旋轉(zhuǎn)條件下，隨著井斜角的增大，鉆柱的拉力將減小，而扭矩將增大。三.摩阻扭矩問題的對(duì)策提高鉆桿的抗扭能力實(shí)現(xiàn)鉆桿接頭的應(yīng)力平衡：以NC-50(411×410)接頭為例，當(dāng)公接頭內(nèi)徑為3-3/4“時(shí)，若上扣扭矩為25千磅英尺，則承拉能力為450千磅；若上扣扭矩為30千磅英尺，則承拉能力為200千磅；三.摩阻扭矩問題的對(duì)策滑動(dòng)鉆進(jìn)加不上鉆壓的解決方法采用滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，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；采用液力加壓器加壓；三.摩阻扭矩問題的對(duì)策滑動(dòng)鉆進(jìn)加不上鉆壓的解決方法開發(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.摩阻扭矩問題的對(duì)策AUTO-TRACK系統(tǒng)三.摩阻扭矩問題的對(duì)策套管磨損問題解決方法一種方法是在鉆桿上帶膠皮護(hù)箍據(jù)說在大位移井中，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，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（NRDPP–Non-RotatingDrillPipeProtector）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)；這是目前最有效的方法。三.摩阻扭矩問題的對(duì)策套管磨損問題解決方法西江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，150克，270克，750克）據(jù)說最多一天可撈出3.7公斤。使用NRDPP之后，鐵屑大量減少。（三天，260克，85克，65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12000～17000英尺磅。三.摩阻扭矩問題的對(duì)策套管下入問題解決方法采用滾輪式套管扶正器；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接箍以下的套管內(nèi)是空的，沒有鉆井液；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)度問題；在下套管過程中不能循環(huán)泥漿；利用頂部驅(qū)動(dòng)的重力；三.摩阻扭矩問題的對(duì)策套管下入問題解決方法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。