大斜度井摩阻扭矩问题及其对策

大斜度井摩阻扭矩问题及其对策

黄根炉2004年11月24日摩阻摩扭问题是大斜度井的头号问题由于大斜度井的突出特点是水平位移较大，且大部分井段井斜超过60°，这使得在钻进、起下钻和下套管等作业过程中摩阻扭矩问题非常突出；摩阻扭矩过大，轻则会增加施工难度，延长作业时间，重则使作业无法进行，导致井眼提前完钻或报废。主要内容摩阻扭矩的影响因素摩阻扭矩对钻井的危害摩阻扭矩问题的对策一.摩阻扭矩的影响因素管柱与井壁或套管间的摩擦系数和正压力F：总的摩阻力；M：总的摩扭矩；N：总的正压力；Do：管柱的外径；µ：摩擦系数。摩擦系数µ和正压力N越大，摩阻力F和摩扭矩M就越大。一.摩阻扭矩的影响因素井眼的水平长度S和钻柱的每米重量qN管柱重量：管柱重量产生的正压力；L：井深；：井斜角。井眼的水平长度S和每米重量q越大，管柱自身重量产生的正压力就越大，摩阻力F和摩扭矩M就越大。一.摩阻扭矩的影响因素井眼的狗腿角和管柱中的轴向力T井眼的狗腿角和钻柱中的轴向力T越大，井眼弯曲产生的正压力就越大，摩阻力F和摩扭矩M就越大。一.摩阻扭矩的影响因素井眼曲率K、管柱刚度EI和井眼与管柱的直径差Dw-DoK、EI越大，Dw-Do越小，管柱刚性力产生的正压力就越大，摩阻力F和摩扭矩M就越大。NG1NG2NG3一.摩阻扭矩的影响因素井眼清洁状况、粘卡、刮削作用等井眼清洁状况、粘卡、刮削作用等会引起管柱摩阻扭矩显著增大，且很难进行计算。现场通常根据摩阻扭矩预测值和实测值的差别大小来判断井眼清洁状况。二.摩阻扭矩对钻井的危害钻柱起钻负荷很大，下钻阻力很大；滑动钻进时加不上钻压，钻速很低；旋转钻进时扭矩很大，导致钻柱强度破坏；钻柱与套管摩擦，套管磨损严重，甚至被磨穿；套管下入困难，甚至下不到底。三.摩阻扭矩问题的对策使用顶驱系统，提高控制摩阻扭矩的能力顶驱在起下钻具的同时可循环钻井液、转动钻具，减小了起下钻遇阻的概率，同时起下钻时适当旋转钻柱可改变摩阻方向，减小轴向摩阻；顶驱重量可以作为下钻、滑动钻进和下套管的附加动力。三.摩阻扭矩问题的对策优化井眼轨道形状，减小接触正压力据国外文献介绍，采用准悬链线可使下套管重量增加25～27%准悬链线轨道增斜段的曲率是变化的，开始的曲率1～1.5°/30米，最后增到2.5°/30米。曲率增加的方式是连续的，每400米曲率增加0.5°/30米。提高造斜点位置，降低造斜率；控制稳斜角：αw=arctg(1/μ)；三.摩阻扭矩问题的对策提高泥浆润滑性，减小摩阻系数提高油水比：试验表明，90：10的油水比与62：38的油水比进行比较，前者比后者摩阻降低50%使用塑料小球：据试验，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，摩阻系数很小，根据实钻数据用计算机软件进行拟合，钻柱在套管内的摩阻系数为0.19，在裸眼井段内为0.17。（值得注意的是：裸眼井段内摩阻系数竟然小于套管内的摩阻系数）三.摩阻扭矩问题的对策严格控制井眼轨迹，保证井眼光滑轨道设计得再好，实钻轨道不光滑，也不能降低摩阻扭矩；使用可变径稳定器和可调弯角的弯外壳动力钻具，通过勤测量、勤调整，避免“急拐弯”；使用旋转导向钻井系统

。三.摩阻扭矩问题的对策采取各种措施，保持井眼清洁井眼清洁问题是大斜度井摩阻扭矩很大的重要原因之一；解决井眼清洁问题的主要方法有：要有足够大的钻井液排量；要有强大的地面固相控制系统；钻柱旋转的作用；泥浆要有好的流变性能；起钻前的充分循环；必要的“短起下钻”；PWD环空压力监测；三.摩阻扭矩问题的对策提高钻杆的抗扭能力使用高抗扭的螺纹脂；据说可提高抗扭27%；采用高扭矩的螺纹联接多级螺纹或多级台肩，可增大扭矩；采用高强度钻杆：铝合金、钛合金钻杆等，重量小，强度高；实现钻杆接头的应力平衡(见下面两张片子)：高强度钻杆的接头抗扭强度，低于管体；采取增大上扣扭矩，牺牲抗拉强度，增大抗扭强度，使钻杆适应高扭矩的需要。三.摩阻扭矩问题的对策提高钻杆的抗扭能力实现钻杆接头的应力平衡：在旋转条件下，随着井斜角的增大，钻柱的拉力将减小，而扭矩将增大。三.摩阻扭矩问题的对策提高钻杆的抗扭能力实现钻杆接头的应力平衡：以NC-50(411×410)接头为例，当公接头内径为3-3/4“时，若上扣扭矩为25千磅英尺，则承拉能力为450千磅；若上扣扭矩为30千磅英尺，则承拉能力为200千磅；三.摩阻扭矩问题的对策滑动钻进加不上钻压的解决方法采用滑动导向钻井系统，尽可能旋转钻柱。需要定向时用滑动钻进方式；不需要定向时尽量用旋转钻进方式；采用动力钻具压差载荷加压；采用液力加压器加压；三.摩阻扭矩问题的对策滑动钻进加不上钻压的解决方法开发先进的旋转导向钻井系统，彻底抛弃滑动钻进方式；三.摩阻扭矩问题的对策AUTO-TRACK系统三.摩阻扭矩问题的对策套管磨损问题解决方法一种方法是在钻杆上带胶皮护箍据说在大位移井中，橡胶护箍很快就被破坏；改变钻杆接头表面上的铠装材料，既有较高的耐磨性，又可减小对套管的磨损；在钻杆上加非旋转钻杆保护器（NRDPP–Non-RotatingDrillPipeProtector）象个扶正器，不随钻杆旋转。与套管之间不旋转，所以不磨套管；但与钻杆之间有相对旋转；这是目前最有效的方法。三.摩阻扭矩问题的对策套管磨损问题解决方法西江24-3-14井未使用NRDPP时，泥浆出口捞出大量铁屑，而且逐日增加。（三天，150克，270克，750克）据说最多一天可捞出3.7公斤。使用NRDPP之后，铁屑大量减少。（三天，260克，85克，65克）。而且，钻柱的摩扭大大减小。在可比的情况下，使用前摩扭为22000英尺磅，使用后为12000～17000英尺磅。三.摩阻扭矩问题的对策套管下入问题解决方法采用滚轮式套管扶正器；使套管与井壁之间由滑动摩擦变成滚动摩擦；采用漂浮法下套管漂浮接箍以下的套管内是空的，没有钻井液；漂浮接箍的位置需要仔细计算；要考虑套管的抗挤强度问题；在下套管过程中不能循环泥浆；利用顶部驱动的重力；三.摩阻扭矩问题的对策套管下入问题解决方法滚轮式套管扶正器将套管与井壁之间的轴向滑动摩擦，变成了轴向滚动摩擦，从而减小了下套管摩阻。