高效螺杆钻具在召51-44-19井中的应用.pdf

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1、机械工程师MECHANICALENGlNEER高效螺杆钻具在召51-44_19井中的应用盛治新h。易先中1啪，周元华“，易弘字“，魏世忠”，江胜宗2(1．长江大学a．机械工程学院；b．地热资源开发研究所，湖北荆州434020；2．北京加华维尔能源技术有限公司一t京100027)摘要：螺杆钻具作为以钻井液为动力的一种容积式马达，是国际上石油钻井过程中最常用的一种井下动力钻具。随着我国在中西部地区直井、定向井、大斜度井以、水平井、丛式井以及多底井数量逐渐增多．螺杆钻具在石油、天然气井钻进过程中防斜打直以及定向造斜过程中起了至关重要的作用。文中重点介绍了高效螺杆钻具的结构及工作原理．对直井钻井中螺杆

2、钻具的选型与使用三方面进行分析，旨在提高螺杆钻具在直井钻井过程中的机械钻速，缩短钻井周期，减少钻井成本。关键词：防斜打直；螺杆钻具，造斜；机械钻速中图分类号：TE921文献标志码：B文章编号：1002—2333(2016)04—0012—030引言近年来，随着我国油气资源的需求量的增加，推动了钻井技术的发展，同时也推动了井下动力钻具的发展与应用。螺杆钻具作为一种井下动力工具在钻井过程中得到了广泛应用。以召51—44—19井为例，该区块地质条件较为复杂，完钻层位为石炭系下本溪组，据调研召51区块，在钻进和尚沟组、刘家沟组、石千峰组时，钻时普遍较慢，平均机械钻速为3m／h。螺杆钻具的正确选型与使用

3、在钻进该地层以及防斜打直过程中将会发挥最佳效果并能较好地提高机械钻速。1螺杆钻具工作原理螺杆钻具理论转矩坼、输入功率ⅣT，理论转速n，则由下式计算：1MT=÷apq；Z’rrNr=ApQ；n．r=60旦。g式中：△p为螺杆马达进、出口压降；g为螺杆马达的每转排量，是一个结构参数；q为流过螺杆马达的钻井液体积排量；珥为钻头理论转速，即马达输出的自然转速。螺杆马达存在转子与定子间的摩擦阻力和密封腔间的漏失，其他部分(如传动轴的轴承节)也存在机械损失和水力损失，因此螺杆钻具存在机械效率叼。和水力效率77。，其总效率为"／7----'／'Ira"0。。螺杆钻具实际转矩、钻头实际转速n和实际输出功率M为

4、：基金项目：国家科技重大专项(2011ZX05009—005)；国家自然科学基金委员会一中国石油天然气集团公司石油化工联合基金资助项目(U1262108)；国家自然科学基金(51174035，50974023，50874019)；长江大学地热资源开发研究所开放课题(GeoTH2014—03)胜坼‘叩。=—÷ApqTl。；Z1T凡：n．rr／，=一60Q卵。；qNo=NTrI=ApQ可。2螺杆钻具整机实验性能由长江大学设计的7LZl72x7．0I型螺杆钻具经第三方北京石油机械厂整机实验验证，在人口排量为20Us时，总效率较高，转矩较大，螺杆运行平稳。由表1和图1可以看出：1)7LZ172×7．0

5、I型螺杆钻具总效率高达52．3％；2)螺杆钻具的转速只与排量p和结构有关，与工况(钻压、转矩等)无关。3)工作转矩与压降△p和结构有关，与转速无关。4)转速和力矩是各自独立的两个参数。5)螺杆钻具具有硬转速特性(不因负载增大而降低转速)和良好的过载能力(△p增大可导致工作转矩M变大)。6)通过泵压表判断工况，由邸变化来判断和显示井下工况。7)工作转矩M与转速n均与q有关，增大马达的每转排量，获得适合于钻井作业的低速大转矩特性。12l2016年第4期网址：WWW．jxgcscorn电邮：hrbengineer@163COrn机械工程师MECHANICALENGlNEER表1螺杆钻具实验数据8)随

6、着载荷的增加，输出功率逐渐增大，转速相对稳定，总效率逐渐增加，当载荷达到一定值后，继续施加载荷，转速开始下降，总效率降低。表2螺杆钻具设计参数表3螺杆钻具造斜能力造斜率的大小取决于螺杆钻具本身的弯角，同时还受底部钻具组合的影响螺杆钻具的几何造斜率的计算图2单弯单稳螺杆示意图疗法是考虑钻头、近钻头扶正器和钻住扶正器三点在同一圆弧上，且三点全部进入新井眼后钻头弯矩产生侧向力达到最小时钻具组合的稳定造斜率为k=60a／(L．+L2)式中：后为单弯螺杆钻具组合的造斜率，(。)／30m；d为单弯螺杆钻具的结构弯角，(。)；厶为弯点到上稳定器之间的距离；￡，为弯点到钻头底部之间的距离；4现场应用长江大学设

7、计的7LZl72x7．OI型单弯螺杆钻具于2015年10月9日应用于召51—44一19井，该井位于鄂尔多斯盆地伊盟隆起的一口直井，设计井深2940m；目的层位时二叠系石盒子组盒8段，山西组山1段，山2段；完钻层位是石炭系本溪组。召51—44—19井地层由浅及深分别是安定组、直罗组、延安组、延长组、纸坊组、和尚沟组、刘家沟组、石千峰组、石盒子组、山西组、太原组、本溪组。其中和尚沟组的岩性为棕红色泥岩