新型防斜打快技术软件

新型防斜打快技术软件第一页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三汇报内容：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。第二页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三一、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：第三页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三一、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：第四页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三二、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。第五页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三三、井斜的产生-1钻头上的作用力第六页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三三、井斜的产生-2钻头偏向不平衡造成的增斜力第七页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三三、井斜的产生-3第八页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三三、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。第九页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三

四、常规防斜、降斜钻具组合

力学特性分析第十页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三1、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第十一页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三2、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第十二页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三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第十三页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三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第十四页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三（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L1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第十五页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三4）、随L2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第十六页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三2）、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第十七页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三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第十八页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三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第十九页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三结论2-1：四、常规防斜、降斜钻具组合力学特性分析第二十页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三结论2-2：四、常规防斜、降斜钻具组合力学特性分析第二十一页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三五、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。第二十二页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三五、不同防斜打直方法的机理探讨-22）、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。第二十三页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三五、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。第二十四页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三五、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3.5kN

偏向角为2度时，20吨钻压在钻头侧向形成的分量达7.0kN

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：第二十五页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三五、不同防斜打直方法的机理探讨-5第二十六页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三五、不同防斜打直方法的机理探讨-6VDS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。第二十七页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三五、不同防斜打直方法的机理探讨-7VDS系统打直机理：第二十八页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三五、不同防斜打直方法的机理探讨-8第二十九页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三五、不同防斜打直方法的机理探讨-9VertiTrak的结构示意图第三十页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三五、不同防斜打直方法的机理探讨-10GEO-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。第三十一页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三六、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；第三十二页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三六、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第三十三页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三第三十四页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三第三十五页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三第三十六页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三钻头涡动钻柱涡动第三十七页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三钻头涡动第三十八页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三向前涡动由于质量偏心引起第三十九页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三向后涡动由于井壁接触引起第四十页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三不规则运动第四十一页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三向前涡动5度倾斜井眼第四十二页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三5度倾斜井眼向前涡动向后涡动第四十三页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三向后涡动20度倾斜井眼第四十四页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三向前涡动45度倾斜井眼第四十五页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三钻柱运动仿真第四十六页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三第四十七页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三六、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。第四十八页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三七、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；第四十九页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三七、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。第五十页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三八、已做研究工作第五十一页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三八、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）；第五十二页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三九、研究成果第五十三页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三成果1：预弯曲动力学防斜打快技术研究第五十四页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三利用预弯曲动力学防斜打快钻具组合--PBDFVBHA(Pre-BendingDynamicFastandVerticalDrillingBHA)进行防斜打快钻井；预弯曲动力学防斜打快技术研究第五十五页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三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第五十六页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三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第五十七页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三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：PBDFVBHA(Pre-BendingDynamicFastandVerticalDrillingBHA)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第五十八页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三预弯曲动力学防斜打快技术研究第五十九页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三计算结果：井斜角（度）降斜力（kN）123-1.17-0.81-0.53偏心距为1mm时PBDFVBHA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第六十页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三计算结果：井斜角（度）降斜力（kN）123-3.39-2.91-2.72偏心距为2mm时PBDFVBHA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第六十一页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三降斜力比较：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(PBDFVBHA)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(PBDFVBHA)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(PBDFVBHA)的降斜力是钟摆钻具降斜力的3.39:0.197,约17.2倍；第六十二页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三预弯曲动力学防斜打快技术的

现场试验－1钻具组合：

PBDFVBHA

；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。第六十三页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三预弯曲动力学防斜打快技术的

现场试验－1在1267～1300m井段，采用10kN钻压，井斜角由2.4度下降到1.4度；1300～1330m，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）。第六十四页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三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（3:15～3:50），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40～50kN,转速为一档（60rpm）,Q=33L/S,P=13.5～14.5MPa；机械钻速有了明显提高，达到25m/h左右。

现场试验1第六十五页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三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50～70kN钻压进行钻进，泵压P=17MPa.井段为：1455～1683m。在1534和1674m进行了两次测量，井斜角都为2.0度；在1683～1750m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1750～1863.5m井段，采用50～70kN钻压、17MPa泵压进行钻井。在1854.72m测得井斜角为2.3度。第六十六页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三PowerPakMotors第六十七页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三复合钻井防斜打快技术现场试验--2

第六十八页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三

成果2、下部钻具组合三维力学分析模型建立第六十九页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三

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。第七十页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三

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：第七十一页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三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：

第七十二页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三

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0～360°，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：第七十三页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三

下部钻具组合三维力学分析模型弯曲平面倾角示意图：

第七十四页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三3、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第七十五页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三

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：第七十六页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三第七十七页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三令：可得：第七十八页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三

成果3：下部钻具组合三维力学分析软件系统SABHA

研制第七十九页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三

编程环境：Windows系统；编程语言：VB6.0（VisualBasic6.0）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)

Windows98以上系统。

下部钻具组合三维力学分析软件系统SABHA研制第八十页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三极限井斜角：第八十一页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三----TheSteeringAbilityOfBottomHoleAssembly

简介大型专用下部钻具组合三维力学分析软件系统SABHA第八十二页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三第八十三页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三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；功能之一第八十四页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三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；功能之二第八十五页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三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。功能之三第八十六页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三第八十七页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三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。功能之四第八十八页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三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)。功能之五第八十九页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三

成果4：下部钻具组合

三维力学分析第九十页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三

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；

第九十一页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三十、滑动导向钻具组合连续导向钻井技术第九十二页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三滑动导向：

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

第九十三页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三

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：第九十四页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三滑动导向钻具组合复合钻井

导向力计算分析第九十五页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三1、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。第九十六页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三2、复合钻井导向力计算模型第九十七页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三3、滑动导向钻具组合复合钻井导向力图--1第九十八页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三3、滑动导向钻具组合复合钻井导向力图--2第九十九页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三4、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第一百页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三钻压影响第一百零一页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三弯角影响第一百零二页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三稳定器间距的影响第一百零三页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三近钻头稳定器偏心距的影响第一百零四页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三井斜角的影响第一百零五页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三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。第一百零六页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三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。第一百零七页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三第一百零八页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期三实例-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；