双摆提速钻具.pptx

双摆提速钻具介绍
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钻井速度的核心是钻头对地层切削问题
综上所述:
第一点和第二点是能通过采购、质量控制、人员经验来控制。------此内容可通过主观控制来改变。
钻井速度的核心是钻头对地层切削问题,地面设备、地下管柱工具等实际都是围绕此点展开。
●1、PDC钻头对地层的切削,再深入就是PDC复合片对地层吃入的阻力状态,是引起钻头及钻柱的各种复杂运动的起因。这些复杂运动又反馈造成PDC复合片不能很好地切削地层,形成梨削、磨削等状态。在实际中,PDC钻头对地层是切削、梨削、磨削的混合状态。
反过来,抑制钻头及钻柱的的复杂运动状态,就能中和稳定PDC复合片对地层吃入的状态,使切削占主导,他们之间互为因果。
●2、牙轮钻头自身对牙齿吃入地层的处理是以滚动的方式稳定切削。所以,牙轮钻头的发明引发钻井的第一次革命。(由顿钻到转盘钻井)
●3、喷射钻井,钻头喷嘴压降形成井底岩石负压,使岩石在自己的孔隙压力下,单方向向上崩碎,或降低钻头对地层的破碎难度。这是从地层方面的稳定钻头切削的钻井提速解决办法。
●4、冲击钻井工具(扭冲、垂冲),实际上是依靠瞬间冲击力对钻头的阻力进行微分,因此只有高频率的冲击(无论是扭冲、垂冲)才能有效地微分,低频无效。这也是扭冲类钻井工具在高泥浆密度粘度井效果不佳的原因。
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所以,稳定钻头切削地层是最终所有提速工具内在机理的有效的根本原因。
由于涡动造成PDC钻头拥有如此大的加速度,从而导致PDC钻头以极大冲量瞬间撞击岩层,因而导致PDC钻头切削及其不稳定,也是PDC钻头损坏的最大原因之一。
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影响钻井速度效率过低原因分析
钻头涡动
钻头或者钻具在钻进过程中进行规则旋转的同时,还会出现不规则的涡动现象。在不均衡动态力作用下,钻头或者钻具失去稳定性,瞬间旋转中心位置在钻头或钻具最大受力作用面上不断改变的现象导致钻头或者钻具不规则偏心转动组合,简称涡动。
涡动所造成的影响:
1、使PDC钻头横向加速度高达150-200G
2、使PDC钻头轴向加速度高达 10-30G
例如:一个钻头质量(不包括钻具)40kg,钻头单点瞬间受力则为
横向最大受力:40kg ×200 ×=78400N=
轴向最大受力:40kg ×30 ×=11760N=
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影响钻井速度效率过低原因分析
当涡动发生时,钻头不再绕其几何中心旋转,其瞬时旋转中心可以是钻头外径内的任意一点。钻头涡动时,钻进中的不均衡力将钻头推向井壁一侧,钻头与井壁产生摩擦力,两者之间的接触点即为钻头钻进旋转中心。
钻头涡动使切削齿(刃)运动方向与切削面不断变化,进而使切削齿受到不规则的交变载荷和冲击载荷,这种钻进方式对PDC钻头有效切削岩层是有害的。
双摆提速钻具的陀螺稳定特性对PDC钻头的涡动有强抑制。所以是提高PDC钻头切削岩层有效性的关键。在PDC钻头上应用双摆钻具可大幅度提高钻井速度并且保护钻头,延长钻头使用寿命。
双摆在数学上对钻头阻力的意义,相当于通过陀螺的惯性积分(定轴性、进动性),稳定钻头阻力的变化率。只对钻头的加速度敏感,对钻头位移不敏感。
双摆提速钻具使用PDC钻头配合
正常切削,钻铤扭力上下一致
遇到堆积地层
钻铤上层正扭,钻头受阻力反扭,积蓄扭力
当钻铤正反扭加大,钻铤缩短,钻铤上部正扭,钻铤下部加速正扭
复合片正常切削
复合片遇地层堆积
复合片黏滑钻
复合片
岩层
钻铤
钻铤扭力线
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双摆提速钻具使用PDC钻头配合
弹性橡皮地层PDC状态
钻压
复合片
岩层
钻头与钻杆交互震荡
影响钻井速度原因分析(四)
钻头各种不规则运动产生的原因?
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钻井效率下降
↓
↓
↓
钻头不规则运动
钻齿切入深度、角度不同
滑
切深少或不切
卡
切深过多
钻头旋转滞后钻杆
钻头旋转超前钻杆
影响钻井速度原因分析(四)
钻头各种不规则运动产生的原因?
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钻井效率下降
↓
↓
↓
F
T
磨削
钻头与钻杆交互震荡
影响钻井速度原因分析(四)
钻头各种不规则运动产生的原因?
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钻井效率下降
↓
↓
↓
钻头不规则运动
钻齿切入深度、角度不同
滑
切深少或不切
卡
切深过多
钻头旋转滞后钻杆
钻头旋转超前钻杆
理想钻头切削受力均匀。
实际钻头单边严重偏载受力
井下钻头偏载后受力
钻头由于偏载,所以受力状况为单边严重偏载受力
不良影响,由于钻头偏载受力,加速了钻头的损坏,减少了钻头寿命。增加了提钻次数。
从而严重影响钻井进度
影响钻井速度原因分析(三)