各种钻具组合设计方法

1、各种钻具组合设计方法_直井下部钻具组合设计方法()钻铤尺寸及重量的确定1. 钻铤尺寸的确定(1)为保证套管能顺利下入井内,钻柱中最下段(般不应少于一立柱)钻 铤应有足够大的外径，推荐按表1选配。表1:与钻头直径对应的推荐钻役外径，钻头直径钻锲外径“142.9152. 4104. 7 120.6.158.8171. 4120.6, 127. 0.190.5 200.0127.0 15&&212.7222. 2158.8 171.4.241.3 250.8177.8 2032269.9177.8 22& 6.311. 2228.6 254.0374.6228.6 254.0

2、.444.5228.6 279450& 0 660.4254. 0279.4.二(2) 钻铤柱中最大钻铤外径应保证在打捞作业中能够套铳。(3) 在大于190. 5mm的井眼中，应采用复合(塔式)钻铤结构(包括加重钻杆)，相邻两段钻铤的外径差一般不应大于25. 4mm。最上一段钻铤的外径不应 小于所连接的钻杆接头外径。每段长度不应少于一立柱。(4)钻具组合的刚度应大于所下套管的刚度。2钻谨至童的确皮：根据殺什的盘丸钻圧什算询走所常钻参的总主量然后询岌各种尺寸钻说的長度，叹觀保中性点始 终旌干钻徒柱上，所藩钻诞的总更茧可按式(D计算：Wc= PraxKs/Kf(1)英中:Kf=l-P n/

3、p m丈中：Wc所需估诞的总、更力，kN.P(rax设计的戏大钻圧，kNiKs安全系救.一毎条件下取1.25当钻铁柱中加佔具曲飯曇时.l.lBiX牯并液浮力城轻系数，“井液密度. g/5”D 铤钢材密废，e/cb3。二钟摆钻具组合设计1. 无稳定器钟摆钻具组合设计:为了获得较大的钟摆降斜力,最下端1 2 柱钻铤应尽可能采用大尺寸厚壁钻铤。2. 单稳定器钟摆钻具组合设计(1) 稳定器安放高度的设计原则：a. 在保证稳定器以下钻铤在纵横载荷作用下产生弯曲变形的最大挠度处不 与井壁接触的前提下，尽可能高地安放稳定器。b. 在使用牙轮钻头、钻铤尺寸小,井斜角大时,应低于理论高度安放稳定 口口斋。(2)

4、 坐稔寇热以下采用同尺寸鮎謎吋，可用或(2)计算稳定琳的理论安滋裔度；Ls=(-b+ (bg4ac) l/z/2ai/2 其Ab=181.eP(0. 65740. 333e/r)2(r-0. 42e-0. 08eg/r)a 二 s 2qsinac=-184.6Ji2EI (r-0.42e-0.08e2/r)Lt一龛定參的理论安放高度，n,P钻圧'k禺C稳龙舉鸟井眠间的间棟值，即魂岌器外径与钻头直矗差值之半，H；r牯饥与井吸闾的闾隙值，即井假直径与牯纯外径的差值之半，m；q单位长皮鮎鎚在帖井液中旳樂力，kK/n；a一一非斜克.(-):EI鮎覆的杭空刖度.计叱。(3) 稔定器的实你安汝高度

5、一般在计算的理论裔度的9除以内。比根愠实潜牯勰孚根长度确定的长斜摆牡臬组合，应用或(3)、(4)分别计幫使用这聃组含在钻压一定时的 允许玫丸井斜角a max和井斜角一定时的允许最大钻压Paiax：a mLX=arcsin184. 6 n 2EI(r-0.42e-0.08e2/r)/( 2qLi)-184.6PL2(0.66740. 333c/r)2 <r-0.42c-0. 08c2/r)/ (叱qLQ J(3)P=184. 61 2EI(r-0.42e-0.08e2/r)-Ji2aL4Sina 1/C184. 6L2(0.661+0. 333e/r)2(r-0.42e-0.08e2/r)

6、 J 或申：L鵜定器的实际安滋离质，mob当聽定器今并眼间的间隙8值毘于零时，或(3人或(4)可分别筱北为；a max=arcsm (184.6312rEI82.04PrL) / 兀 2qL4Pma>:= ( 184.651 2rEI7t2qL4sina ) /82.04rL2(6)多稳定器钟摆钻具组合设计:多稳定器钟摆钻具组合是在单稳定器钟摆组合的稳定器上，每间隔一定长度(一般是单根钻铤)再安放13只稳定器。3. 钻具减振器安放位置(1) 钻具减振器的安放位置应尽量靠近接头。(2) 在钟摆钻具组合中,钻具减振器一般应直接安放在钻头之上。4. 钻具震击器安放位置(1) 为防止震击器早期损

7、坏,不得将震击器安放在中性点附近。(2) 钻具震击器安放在钻柱受拉部位，推荐在轴向应力零点以上的1个立柱。三.定向井下部钻具组合设计方法()钻铤尺寸及重量的确定:1.钻铤尺寸的确定(1) 在斜井段使用的最下一段(应大于27m )钻铤的刚度应适用于设计的井 眼曲率。(2) 入井的下部钻具组合中,钻铤的外径应能满足打捞作业。(3) 钻头直径与相应钻铤尺寸范围的要求见表1。表1：钻头直径与相应的钻役尺寸mm (in).钻头直径钻梃直径。120.7(471)，79.4 (37亠152.4(6"104. 8 (47s)，215. 9 (8%)158. 8(6"/)241. 3(9%)

8、.158.8(674).311.2(1274)203.2(8)“444.5(1772)"22& 6(9"3.钻铤重量的确定2.无磁钻铤安放位置及长度的确定(略)(1)常规定向井中钻铤重量的确定：根据设计的最大钻压，确定所需钻铤的总重量,再确定钻铤尺寸和长度。所需钻铤在空气中的总重量按式(1 )计算： Gpk/f cos a (1)I式中：Gi所需钻铤在空气中的总重量,kN ；P设计的最大钻压,kN ；k安全系数，可取1. 2 1. 5 ；f钻井液浮力校正系数；a井斜角”(°)。(2)深定向井及难度较大定向井中钻铤重量的确定：为了减少钻柱的扭矩、 摩擦阻力以

9、及高密度钻井液造成粘附卡钻的可能性,可采取加重钻杆、普通钻杆和铝合金钻杆代替钻铤加钻压，但应进行稳定性分析计算。钻杆开始弯曲时的临界压缩载荷按式（2 ）计算：Fm«=2 （ 9. 8felp Asina/v ） 1/2（2）式中：F鮎杆开 Wtt时的临畀压缩載荷，KN;E弹性摸量可肮2059X 1011/,1；/;f一一钻井液浮力校正系数；I 一一管材的轴惯性矩，£>管材童度，1 / m3；A管材橫裁面祝，mm2；a一一丼斜熾，°）;y钻杆场井8艮间的间隙值，mm。鮎杵稳定性设计所需的条件按式（3 ）计算；F ma3>-p-Vcos a3式中：P设计的

10、最大钻压,kN ；W下部钻具组合钻杆以下钻铤的浮重,kN ；应用式（2 ）和式（3 ）确定钻铤、加重钻杆、普通钻杆和铝合金钻杆重量。（-）螺杆钻具定向井造斜钻具组合的设计1. 螺杆钻具有以下四种基本型式：弯接头式、单弯壳体式、同向双弯壳体式、异向双弯壳体式。2. 弯接头度数的确定:使用井下动力钻具定向造斜时，弯接头度数的确定根据井眼轨迹所需造斜率结合该区的地层造斜特性、钻井参数等因素综合考虑。表3、4仅供参考。3. 钻井队一般配备0.5°、1°、1.5°、2°、2. 5°等五种规格的弯接头。4. 钻头与井底动力钻具之间,般不能加配合接头。表3：

11、螺杆钻具预计造斜率（弯接头式.工具尺寸mm（in）98.4(3H127.0(5)165.1(67：)1969(7：244.5(9'/小變（°八井经心 irm(in)（°）lOOn#鈞 mm(in)-(。儿100/1井登，nrn(in)造弄率（。100nam (in)-造籍率100m井 im(in)(°) ° loan1. 0-'108. a13. 2152. 4-11. &212. 7.8. 2*250. 8，9.2、342. 9.丄.° _ 一 1 96. 6*工具卩尺寸nun （in）98.4(37s)127.0(5

12、)®165.1(672”弯揍头井径"造斜率Q井轻造斜率"井经"|造斜率".1 “（4力，14.8门15. &8/>11.5(9沁12.3(13/庆9.弘2.0“18.1.'18.31216.4-*14. &，1.0，29. &5. 7“6. 6“5.71.5120. 7.11.5171.2133250. 8“9力269.911.5-381. 08.2。20“（4认八13.1>創卜16.32 A12.3-(105/«).13.9-（1Z 32.5，16.418. 9.16.4-18.0-16.

13、 4，10，6. 28勿425."4. 21.5。110. 2& 2卩200. 0.«113269. 562311. 2，8. 2心444. 57.4。2.0G7>98(77e)14 和(io7fi)9. 3(1274).11.5(17%).9. “2. 211.5-'13. 313. “10414. 3.*角度mnR1(°) mm(in)4Jnum-1.(° ) 9(in)Q100/72100/w:;(in) 9100/W0. 759.31.00152.4卫13. P222. 3(6畑一卩250. Sp-(978)p1.2N16.

14、413."l50s19. “23. 0心一21.75一卩一卩70.忌33P71.003171. 5p(67"6®250.1(97一3269.弘(L07A-P1.25928.2*71.5016.49.3-21.忌-a13. 2一20. 7R33心一2一宀1.00“200.3(7726®269. 3(10%»一卩311.2(12川71.2511. 2p3.3毛71.5013. la6.271.75一卩9.216.4UL厂厂厂厂 厂（三）转盘钻増斜钻具组合：1. 转盘钻增斜钻具按增斜能力的大小分为强增斜、中等增斜、弱增斜三种 组合,基本尺寸要求见表5

15、。在定向井钻井中，一般应设计多稳定器组合。单 稳定器组合在井斜较小（小于30° ）时，井眼方位稳定性差；在稳斜组合中， 降斜率较大,不易稳斜。表5 :转盘钻増斜钻具组合稳定器安放高度基本輕稳定器安放高度mL：L：强增斜1.0-1.8/中等增斜1.0-1.818-27/弱增斜1.0-1.891892. 稳定器组合的受力及安放高度的计算,推荐采用纵横弯曲连续梁法计算，也可采用有限单元法计算。每一口井的钻具组合计算，应采用同一个计算 槻呈序。3. 调整钻头侧向力的一般方法:（1）改变近钻头稳定器与钻头之间的距离（L；（2）改变稳定器之间的距离或钻铤尺寸；（3）改变钻压；（4）调整稳定器与井

16、壁的间隙。（四）一般定向井队应配备1.5 m、2 m两种规格的短钻铤。（五）为获得较高的侧向力，近钻头稳定器与钻头之间应有一定距离。（六）用单稳定器组合钻进的井眼，若需下入多稳定器组合,必须逐渐增加 稳定器的个数进行扩划眼。（七）多稳定器组合钻进时，蹩劲较大，起钻时易遇阻，操作时一定要小 心,最好除近钻头稳定器外,其它均采用变径稳定器。U!、转盘钻稳斜钻具组合（）转盘钻稳斜钻具组合按稳斜能力大小所分为强稳斜，中等稳斜、弱稳 斜组合三种基本型式，基本尺寸要求见表6 ,般地说,只要安放距离合适, 稳定器越多,稳斜能力越强,稳定器越少降斜就越大。（二）设计稳斜钻具组合主要是尽可能减少钻头上的侧向力,

17、使井眼曲率无 大的变化。（三）在硬地层或研磨性地层中稳斜钻进时,如果扭矩过大或钻头与稳定器 的直径磨损严重,可把螺旋稳定器换成滚轮稳定器。表6 :转盘钻稳斜钻具组合稳定器安放高度基本稳定器安放高度（m ）LiL、Ll3强堵斜0. 8-1.24569.099中堵斜1.0-1.8369-189-27弱瑁斜1.0-1.84.59（四）长井段及大井斜角井段中稳斜钻进时，应采用弱增斜钻具组合（即增 加近钻头稳定器与中稳定器之间的距离）钻进,以平衡钟摆降斜力,达到长井 段稳斜的目的。（五）为加强稳斜效果,可将近钻头稳定器串联使用。（六）可采用井底动力钻具带稳斜组合稳斜钻进。（七）每套稳斜钻具组合的稳斜效果

18、分析至少应在钻进两个组合长度后才可 确定。一般多稳定器稳斜组合可控制井斜变化率在±0. 5 2. 5°/100m范围内。五、转盘钻降斜钻具组合（）按降斜能力分为强降斜、弱降斜两种基本型式,基本尺寸要求见表7表7 :转盘钻降斜钻具组合稳定器安放高度基本輕稳定器安放高度（m）L：L：强降斜9.8-27.09.0-10.0弱降斜0. 8-1.018-27.0（二）设计降斜钻具主要是保证稳定器以下的钻柱在所施加的钻压下,不与 井壁接触，以获得降斜力,达到降斜的目的。（三）调整侧向力的方法:1. 调整稳定器以下钻具长度和重量;2. 调节稳定器的直径；3. 调整钻压。（四）在井斜角小于30°或井径大于311. 2mm时,般采用单稳定器强降斜组 合。（五）在井斜角大于30°或井径大于311. 2mm时,般采用双稳定器强降斜组 合。这样可使井眼轨迹变化较平缓。（六）如采用钟摆钻具降斜效果不好时，可采用井底动力钻具强力降斜。六.稳定器的要求