垂直钻井技术ppt课件.ppt

爱国爱国 创业创业 求实求实 奉献奉献制作人：汝大军制作人：汝大军 田秋月田秋月渤海钻探工程公司钻井队干部轮训课件渤海钻探工程公司钻井队干部轮训课件 一一. . 垂直钻井技术国内外现状垂直钻井技术国内外现状 汇 报 内 容二二. . 垂直钻井系统的结构和工作原理垂直钻井系统的结构和工作原理 三三. . 垂直钻井系统现场应用情况垂直钻井系统现场应用情况 四四. . 目前应用的防斜打快技术目前应用的防斜打快技术 一. 国内外现状 经过近二十多年的不断发展，国内外已形成多种形式的经过近二十多年的不断发展，国内外已形成多种形式的自动垂直钻井系统：自动垂直钻井系统：工作方式：工作方式：旋转纠斜型，滑动纠斜型旋转纠斜型，滑动纠斜型工具外套是否旋转：工具外套是否旋转：静止外套式，旋转外套式静止外套式，旋转外套式纠斜方式：纠斜方式：钻头推靠式，钻头指向式钻头推靠式，钻头指向式系统结构：系统结构：机械式，机液一体化式，机电液一体化式机械式，机液一体化式，机电液一体化式 ZBE ZBE系列：系列：早在早在19841984年以前就由德国采矿研究院年以前就由德国采矿研究院和什威恩电子液压技术公司联合研制成功，和什威恩电子液压技术公司联合研制成功，并在煤系地层钻探进行了成功的试用，后并在煤系地层钻探进行了成功的试用，后为为KTBKTB使用。改进后的型号为使用。改进后的型号为ZBE5000ZBE5000，主，主要是提高了系统的强度和耐温能力，现由要是提高了系统的强度和耐温能力，现由Smart DrillingSmart Drilling公司所有。公司所有。ZBE5000ZBE5000系统采用转盘钻，外套相对地系统采用转盘钻，外套相对地层静止，通过钻头推靠方式进行纠斜，属层静止，通过钻头推靠方式进行纠斜，属于机电液一体化式自动垂直钻井系统。于机电液一体化式自动垂直钻井系统。一. 国内外现状 VDS VDS、SDDSDD、VertiTrakVertiTrak ：最早由伊斯曼克里斯坦森公司研制，在最早由伊斯曼克里斯坦森公司研制，在KTBKTB主孔主孔施工过程中，施工过程中，VDSVDS垂钻系统不断得到改进，由垂钻系统不断得到改进，由VDS-1VDS-1型型发展到发展到VDS-5VDS-5型型AGIPAGIP公司和公司和Baker Hughes INTEQBaker Hughes INTEQ公司在公司在VDS-5VDS-5的基的基础上研制成功了础上研制成功了SDDSDD系统，其系统，其SDD-7SDD-7投入了商业应用投入了商业应用Baker Hughes INTEQBaker Hughes INTEQ公司在公司在SDDSDD的基础上研制成功的基础上研制成功了了VertiTrakVertiTrak系统，并已投入了商业应用系统，并已投入了商业应用VDSVDS、SDDSDD和和VertiTrakVertiTrak，外套相对地层静止，通过，外套相对地层静止，通过钻头推靠方式进行纠斜，属于机电液一体化式自动垂直钻头推靠方式进行纠斜，属于机电液一体化式自动垂直钻井系统。钻井系统。一. 国内外现状 PowerV PowerV由由SchlumbergerSchlumberger公司开发的公司开发的PowerVPowerV系统是一种全自动全系统是一种全自动全旋转的垂直钻井工具，并已成功投入商业应用旋转的垂直钻井工具，并已成功投入商业应用PowerVPowerV采用转盘钻，工具整体相对地层旋转，通过钻头推采用转盘钻，工具整体相对地层旋转，通过钻头推靠方式进行纠斜，属于机电液一体化式自动垂直钻井系统。靠方式进行纠斜，属于机电液一体化式自动垂直钻井系统。一. 国内外现状 V-Pilot V-Pilot由由HalliburtonHalliburton公司于公司于20072007年初推出，完全没有采用年初推出，完全没有采用电子元件，但可敏感电子元件，但可敏感0.180.18 的井斜的井斜V-PilotV-Pilot，外套相对地层静止，通过钻头推靠方式进，外套相对地层静止，通过钻头推靠方式进行纠斜，属于机液一体化式自动垂直钻井系统。行纠斜，属于机液一体化式自动垂直钻井系统。一. 国内外现状 国内已有多家单位致力于自动垂直钻井工具的研究和国内已有多家单位致力于自动垂直钻井工具的研究和开发，有的已经试制出样机，进行了功能试验，在局部领开发，有的已经试制出样机，进行了功能试验，在局部领域取得了一定的成绩。但总体上讲，还处于起步阶段，同域取得了一定的成绩。但总体上讲，还处于起步阶段，同国外同类产品相比，差距较大。真正能达到商业应用程度国外同类产品相比，差距较大。真正能达到商业应用程度的还未见报道，要达到工业化应用阶段还有许多理论和实的还未见报道，要达到工业化应用阶段还有许多理论和实践工作要做。践工作要做。一. 国内外现状 集团公司钻井工程技术研究院集团公司钻井工程技术研究院 从从2003 2003 年开始进行自动垂直钻井工具研制年开始进行自动垂直钻井工具研制 依托国家依托国家863863课题和国家重大科技专项课题课题和国家重大科技专项课题 研制出研制出CGVDS12CGVDS121 1/ /4 4自动垂直钻井系统自动垂直钻井系统 ，具有自主知识产权，具有自主知识产权 明年将推出明年将推出CGVDS17CGVDS171 1/ /2 2 (16) (16)自动垂直钻井系统自动垂直钻井系统 渤海钻探工程公司渤海钻探工程公司 从从20042004年开始，与德国年开始，与德国Smart DrillingSmart Drilling公司合作公司合作 20062006年年1 1月首次开始现场应用月首次开始现场应用 经过进一步的改造、升级和国产化，工具可靠性得到大幅提高经过进一步的改造、升级和国产化，工具可靠性得到大幅提高一. 国内外现状 西部钻探公司 自主研发311自动垂直钻井系统 在新疆油田T82066井现场试验获得成功胜利石油管理局钻井院 依托海洋863课题，研发了自动垂直钻井工具 2007.5在雷北1井、2008.9在胜利油田坨-181 井现场试验成功西安石油大学 从20世纪90年代开始一直在进行旋转导向钻井技术的研究 依托海洋863课题， 旋转导向工具于2005.11下井试验成功一. 国内外现状 二二. . 垂直钻井系统的结构和工作原理垂直钻井系统的结构和工作原理 汇 报 内 容一一. . 垂直钻井技术国内外现状垂直钻井技术国内外现状三三. . 垂直钻井系统现场应用情况垂直钻井系统现场应用情况 四四. . 目前应用的防斜打快技术目前应用的防斜打快技术 二. 结构和工作原理 ZBE ZBE 系统系统ZBE ZBE 系统系统二. 结构和工作原理 Power-V Power-V 系统系统二. 结构和工作原理 Control ShaftDisk ValvePower-V Power-V 系统系统二. 结构和工作原理 三三. . 垂直钻井系统现场应用情况垂直钻井系统现场应用情况 汇 报 内 容一一. . 垂直钻井技术国内外现状垂直钻井技术国内外现状二二. . 垂直钻井系统的结构和工作原理垂直钻井系统的结构和工作原理四四. . 目前应用的防斜打快技术目前应用的防斜打快技术 ZBE 3000-Generation (8 1/2 in. to 9 7/8 in. Hole Size) ZBE 5000-Generation (14 3/4 in. to 17 1/2 in. Hole Size) 1989 ZBE 4000-Generation (12 1/4 in. to 13 7/8 in. Hole Size) 1992 ezyPilot-Generation (5 in. Hole Size)1999 Scout 2000 and ZBE 2000 (6 in. to 6 3/4 in. Hole Size)2002 1. 1. 产品和服务产品和服务三三. . 现场应用情况现场应用情况 ZBE3000 ZBE3000系统应用实例系统应用实例实例实例1 1：19841984年在比利时的通风井的年在比利时的通风井的先导眼钻井，钻进先导眼钻井，钻进200m200m，钻井，钻井结束后采用激光测量，水平位结束后采用激光测量，水平位移只有移只有2cm2cm。 2. 2. 现场应用情况现场应用情况三三. . 现场应用情况现场应用情况 实例实例2 2： 20062006年年5 5月波兰的月波兰的M3M3项目，钻进井段项目，钻进井段156156421 m421 m，进，进尺尺265m265m，井斜角一直小于，井斜角一直小于0.10.1，完井时井底水平位移小，完井时井底水平位移小于于20cm20cm。三三. . 现场应用情况现场应用情况 ZBE4000 ZBE4000系统应用实例系统应用实例 20062006年年5 5月荷兰地下水钻井项目，钻进井段月荷兰地下水钻井项目，钻进井段220220645m645m，进尺进尺425m425m，在使用垂直钻井工具以前，井斜角在，在使用垂直钻井工具以前，井斜角在0.50.5左右，左右，使用垂直钻井工具以后井斜角一直在使用垂直钻井工具以后井斜角一直在0 0左右，完井时井底左右，完井时井底水平位移小于水平位移小于30cm 30cm 。三三. . 现场应用情况现场应用情况 ZBE5000系统应用实例系统应用实例 德国大陆深井钻探德国大陆深井钻探KTB计划，总井计划，总井深深9101m。在钻进到。在钻进到6760m时，有时，有3500m的井段是使用的井段是使用ZBE5000垂直钻垂直钻井系统工具钻进的，井斜角始终控制井系统工具钻进的，井斜角始终控制在在0.5以内，最大水平位移只有以内，最大水平位移只有20cm。 在中国的塔里木油田应用在中国的塔里木油田应用4口井。口井。（后面将详述（后面将详述12口井）口井）三三. . 现场应用情况现场应用情况 ZBE5000ZBE5000在迪那在迪那204204井现场试验情况井现场试验情况时间：时间：20062006年年1 1月月迪那迪那204204井是一口布置在塔里井是一口布置在塔里木盆地迪那木盆地迪那2 2号构造上的一口评号构造上的一口评价井，位于新疆阿克苏地区库价井，位于新疆阿克苏地区库车县境内，该区地表北为山地，车县境内，该区地表北为山地，南为戈壁，地面海拔在南为戈壁，地面海拔在1645m1645m。设计井深设计井深5500m 5500m 。三三. . 现场应用情况现场应用情况 试验井眼尺寸为试验井眼尺寸为17171 1/ /2 2“，试验井段，试验井段从从200m200m至至3902m3902m，根据钻井工程设计，根据钻井工程设计提示，上部井段地层倾角较大，井斜提示，上部井段地层倾角较大，井斜较难控制。较难控制。试验井段的井斜要求不大于试验井段的井斜要求不大于2.52.5，全角变化率不大于全角变化率不大于1.51.5/30/30米，井斜米，井斜角递减率为角递减率为1.51.5/30/30米。米。 三三. . 现场应用情况现场应用情况 底部组合底部组合名名 称称数量数量51/4方钻杆方钻杆141152015钻杆钻杆-5加重钻杆加重钻杆15NC56141018钻铤钻铤38随钻震击器随钻震击器18钻铤钻铤14NC611NC560 19钻铤钻铤3171/2扶正器扶正器19减震器或减震器或9钻铤钻铤1171/2扶正器扶正器1831730/731NC6101VDT5000系统系统1171/2 钻头钻头1钻钻具具组组合合三三. . 现场应用情况现场应用情况 钻井参数钻井参数序号序号钻压钻压(kN)转速转速(rmp)排量排量(L/S)泵压泵压(MPa)扭矩扭矩(kNm)机速机速（m/h）最大最大井斜井斜钻头钻头类型类型第一趟钻第一趟钻50180758350571113355.390.38牙轮牙轮第二趟钻第二趟钻5011080975156131752511.040.07PDC第三趟钻第三趟钻70140849152541718.510225.601.8PDC三三. . 现场应用情况现场应用情况 系统工具工作情况系统工具工作情况序号序号井段井段m进尺进尺m纯钻时间纯钻时间工作时间工作时间第一趟钻第一趟钻23070847888.67126.50第二趟钻第二趟钻708149378571.11139.00第三趟钻第三趟钻1493169820536.5873.00合计合计23016981468196.36338.5三三. . 现场应用情况现场应用情况 工具失效工具失效 20062006年年1 1月，塔里木油田迪那月，塔里木油田迪那204204井。井。u试验效果试验效果 试验井段：试验井段：2302301698m1698m，进尺，进尺1468m1468m， 入井时间：入井时间：338.5h338.5h，纯钻：，纯钻：196.36h196.36h 平均机速：平均机速：7.48m/h7.48m/h 井井 斜斜 角：角：230230708m708m：最大：最大0.380.38；7087081493m1493m：最大：最大0.070.07；149314931698m1698m：最大最大1.81.8n 应用效果应用效果三三. . 现场应用情况现场应用情况 u防斜效果良好，工具正常工作井防斜效果良好，工具正常工作井 段井斜角最大段井斜角最大0.380.38。u工具连接简单。工具连接简单。u对钻井参数无特殊要求。对钻井参数无特殊要求。u工具产生压降低，只有工具产生压降低，只有1Mpa1Mpa左左右。右。u钻速越快，井眼越直。钻速越快，井眼越直。u由于检测维修条件没有建立，每由于检测维修条件没有建立，每只工具入井工作一个轮次后试验只工具入井工作一个轮次后试验结束。结束。n 试验结论试验结论三三. . 垂直钻井系统现场应用情垂直钻井系统现场应用情况况 ZBE5000ZBE5000在迪那在迪那3 3井现场试验情况井现场试验情况时间：时间：20072007年年1 1月月迪那迪那3 3井是库车坳陷迪那井是库车坳陷迪那3 3号构造上的一口重点预号构造上的一口重点预探井，地面海拔探井，地面海拔1605m1605m，位于新疆阿克苏地区库车位于新疆阿克苏地区库车县城北东约县城北东约52km52km。设计井。设计井深深5450m5450m。 提供服务井段的井眼尺寸提供服务井段的井眼尺寸为为17171 1/ /2 2“和和16”16”，设计井段，设计井段从从200m200m至至3802m3802m服务要求同迪那服务要求同迪那204204井。井。 三三. . 现场应用情况现场应用情况 序号序号钻压钻压 (kN) 转速转速(rmp) 排量排量 (L/S) 泵压泵压(MPa) 扭矩扭矩(kNm)机速机速m/h最大最大井斜井斜钻头钻头类型类型第一第一趟钻趟钻801207055891.522.630.85牙轮牙轮第二第二8016080905557811285.560.6牙轮牙轮第三第三90220809056581113.5285.040.2牙轮牙轮第四第四802609057591112284.300.8牙轮牙轮第五第五801809011055609112148.960.2PDC第六第六6020095120565910.5120144.090.4PDC第七第七7020070100525812140142.121.11PDC第八第八6016070515411.512.50162.801.14PDC第九第九50280705212040.670.6牙轮牙轮第十第十601608090515211.5120120.750.29PDC钻井参数钻井参数三三. . 现场应用情况现场应用情况 系统工具工作情况系统工具工作情况序号序号钻进井段钻进井段(m)进尺进尺（m）入井时间入井时间（h）纯钻时间纯钻时间（h）机速机速（m/h）井斜井斜()第一趟钻第一趟钻24927223298:452.630.070.85第二趟钻第二趟钻2725502787350:005.5600.6第三趟钻第三趟钻5507381886337:205.0400.2第四趟钻第四趟钻7388691315330:304.3000.8第五趟钻第五趟钻8691371502105.556:008.9600.2第六趟钻第六趟钻13711700329133.580:304.0900.4第七趟钻第七趟钻17001877177133.583:302.120.261.11第八趟钻第八趟钻187720491729961:302.8001.14第九趟钻第九趟钻2049205342660.670.50.6第十趟钻第十趟钻20762109337943:450.7500.29三三. . 现场应用情况现场应用情况 n 试验效果试验效果 2007年年1月，塔里木油田迪那月，塔里木油田迪那3井井 。u 实钻效果实钻效果 钻进井段：钻进井段：2492053m 和和 20762109m 进进 尺：尺：1837m 仪器入井：仪器入井：10次次 入井时间：入井时间：794.5h 纯钻时间：纯钻时间：457.83h 最高机速：最高机速：8.96m/h 最低机速：最低机速：0.67m/h 井井 斜斜 角：角：249890m： 最大最大0.85 8901800m： 最大最大0.38 18002109m：最大：最大1.14三三. . 现场应用情况现场应用情况 2固井由壬公接口一个；固井由壬公接口一个； VDT5000系统进出集装箱和上下钻台需要井队准备系统进出集装箱和上下钻台需要井队准备15吨的吊车和抓吨的吊车和抓 管车各一辆，并需要井队人员协助完成管车各一辆，并需要井队人员协助完成 ； VDT5000系统的仪器房和值班房要从井队接电，由井队电工完成；系统的仪器房和值班房要从井队接电，由井队电工完成； 要求综合录井提供终端显示器一个要求综合录井提供终端显示器一个 。 卡瓦卡瓦 8和和9卡瓦各卡瓦各1套套; 吊卡吊卡5钻杆吊卡钻杆吊卡1个个; 631NC610转换接头转换接头2个个1） 所需工具所需工具2） 需要协调的事项需要协调的事项 3. 3. 现场操作注意事项现场操作注意事项三三. . 现场应用情况现场应用情况 3 3）VDT5000VDT5000系统操作注意事项系统操作注意事项 1 1、VDT5000VDT5000系统上下钻台时工具尾部用牵引绳稳定，避免工系统上下钻台时工具尾部用牵引绳稳定，避免工具撞击坡道或其它地方，慢提慢放，工具离开坡道时，必具撞击坡道或其它地方，慢提慢放，工具离开坡道时，必须有人稳住工具，慢慢提至井口，避免撞击井口钻具或其须有人稳住工具，慢慢提至井口，避免撞击井口钻具或其它工具。它工具。3 3、用吊车装卸、用吊车装卸VDT5000VDT5000系统时，要轻放在钻杆跑道或指定位置系统时，要轻放在钻杆跑道或指定位置上，避免下放过快撞击工具。上，避免下放过快撞击工具。4 4、提升短接必须用、提升短接必须用48”48”链钳上紧。链钳上紧。5 5、VDT5000VDT5000系统入井后接扶正器时，用系统入井后接扶正器时，用8”8”或或9”9”卡瓦，卡在脉卡瓦，卡在脉冲发生器本体上。冲发生器本体上。三三. . 现场应用情况现场应用情况 9 9、当发生井漏，钻井液中加入堵漏材料后，有可能影响脉冲发生、当发生井漏，钻井液中加入堵漏材料后，有可能影响脉冲发生器正常工作，此时并不影响器正常工作，此时并不影响VDT5000VDT5000系统的垂直钻进工作，但系统的垂直钻进工作，但要求每钻进一段井深，采用单点测斜方式，监测井斜变化情况。要求每钻进一段井深，采用单点测斜方式，监测井斜变化情况。1010、排量控制在、排量控制在303060L/S60L/S之间。之间。1212、空气包的充压值必须保证在正常泵压的、空气包的充压值必须保证在正常泵压的1/21/31/21/3，尽量减少压，尽量减少压力波动。力波动。三三. . 现场应用情况现场应用情况 四四. . 目前应用的防斜打快技术目前应用的防斜打快技术汇 报 内 容一一. . 垂直钻井技术国内外现状垂直钻井技术国内外现状二二. . 垂直钻井系统的结构和工作原理垂直钻井系统的结构和工作原理三三. . 垂直钻井系统现场应用情况垂直钻井系统现场应用情况 四四. . 目前应用的防斜打快技术目前应用的防斜打快技术 1 1、常规的防斜打快技术、常规的防斜打快技术包括：钟摆钻具、满眼钻具和塔式包括：钟摆钻具、满眼钻具和塔式钻具钻具F1F2双扶双扶钟摆钟摆塔式塔式钻具钻具5”钻杆钻杆9”钻钻铤铤8”钻钻铤铤6 1/2”钻铤钻铤不防斜，但能纠斜不防斜，但能纠斜满眼满眼F1L1L2L3F2F3能防斜，但不能纠斜能防斜，但不能纠斜2 2、偏轴组合防斜打快技术、偏轴组合防斜打快技术结构：结构：自下而上，钻头上方有钻铤，自下而上，钻头上方有钻铤，连接特制的偏轴接头，上接钻铤若连接特制的偏轴接头，上接钻铤若干。干。四四. . 目前应用的防斜打快技术目前应用的防斜打快技术 原理：原理：在大钻压下，偏轴组合因其中安装在大钻压下，偏轴组合因其中安装有偏轴接头，导致在偏轴接头处产生一弯有偏轴接头，导致在偏轴接头处产生一弯矩作用，从而使钻具产生右图所示的弯曲矩作用，从而使钻具产生右图所示的弯曲变形。转盘带动钻柱使偏轴组合产生公转，变形。转盘带动钻柱使偏轴组合产生公转，一方面因陀螺效应，具有稳斜作用而不易一方面因陀螺效应，具有稳斜作用而不易增加井斜；另一方面因钻头均匀切削井壁增加井斜；另一方面因钻头均匀切削井壁四周，因而强化了降斜功能；第三由于钻四周，因而强化了降斜功能；第三由于钻柱变形使上切点上移，因而增加了降斜力。柱变形使上切点上移，因而增加了降斜力。四四. . 目前应用的防斜打快技术目前应用的防斜打快技术 3 3、柔性组合防斜打快技术、柔性组合防斜打快技术结构：结构：由四个稳定器与钻铤构成。由四个稳定器与钻铤构成。原理：原理：通过力学分析，合理设计几跨间的钻铤规格与刚度，通过力学分析，合理设计几跨间的钻铤规格与刚度，以及几个稳定器的外径值，使该组合能达到预定的变形，以及几个稳定器的外径值，使该组合能达到预定的变形，其实质是在较大钻压其实质是在较大钻压P PB B下，降低下，降低M M1 1值。值。钟摆段长钟摆段线重量；半间隙下稳定器内弯矩；井斜角钻压；钻头侧向力；LeMPPsin2P1B111111LLMLePB四四. . 目前应用的防斜打快技术目前应用的防斜打快技术 4 4、反钟摆防斜打快技术、反钟摆防斜打快技术原理：原理：通过合理设计组合的刚度，使钻具组合第一稳定通过合理设计组合的刚度，使钻具组合第一稳定器和上井壁接触，即取：器和上井壁接触，即取：)( 5 . 0e11sBDD 从而使钻压变为有利于降斜的因素。从而使钻压变为有利于降斜的因素。D DB B- -钻头直径，钻头直径，D Ds1s1- -下稳定器的直径下稳定器的直径由示意图可知：由示意图可知：A A 第一稳定器抵上井壁；第一稳定器抵上井壁；B B 第一跨挠度向上；第一跨挠度向上；C C 钻压产生降斜力，钻压越大，降斜钻压产生降斜力，钻压越大，降斜力越大；力越大；D D 钻头倾角钻头倾角A At t向下有利于降斜。向下有利于降斜。四四. . 目前应用的防斜打快技术目前应用的防斜打快技术 5 5、复合钻井防斜打快技术、复合钻井防斜打快技术复合钻井技术依靠转盘与井下动力钻具的复复合钻井技术依靠转盘与井下动力钻具的复合运动，驱动钻头共同破岩，提高破岩效率，合运动，驱动钻头共同破岩，提高破岩效率，应应用预弯曲井下用预弯曲井下动力钻具，增加了对钻头的导向能动力钻具，增加了对钻头的导向能力控制，通过对复合运动情况下钻柱准动力学、力控制，通过对复合运动情况下钻柱准动力学、动力学原理分析，使钻头产生的侧向力克服地层动力学原理分析，使钻头产生的侧向力克服地层造斜力，从而推动钻头沿设计轨迹的方向运动，造斜力，从而推动钻头沿设计轨迹的方向运动，实现直井中防斜打快，斜井中轨迹控制。实现直井中防斜打快，斜井中轨迹控制。四四. . 目前应用的防斜打快技术目前应用的防斜打快技术 谢谢大家！