1、WELLPLAN软件系统在深井及大位移井施 工中的应用 嵇先 黄舟 中石化华东石油工程有限公司工程技术分公司 摘 要： 近几年国内许多油田进入勘探开发中后期, 特殊工艺井也越来越多。 对钻井新工 艺、新技术的需求越来越高, 通过引进LANDMARK 公司的COMPASS和 WELL PLAN 等应用软件系统, 可以更好的满足设计及现场施工要求。CHATTURAT-2是公司在 泰国市场的一口帐钩型定向井, 完钻井深4459.50m, 玉1X是海南市场一口大位 移井, 完钻井深 4994m, 水平位移2532.28m。 关键词： WELLPLAN; 深井; 大位移井; CHATTURAT-2; 玉
2、1X; 1 软件技术特点: WELLPLAN应用软件由钻具受力分析、摩阻扭矩分析、临界转速分析、疲劳破坏 系数分析、井眼清洁及钻屑床厚度分析, 压力激动分析、水力参数分析、钻具强 度分析等多个应用软件模块组成。 将钻井设计和理论分析完全一体化, 使钻井技 术人员更有效分析数据, 最终作出更好的决策, 具有更高的生产力和效率, 获 得更高的效益。 2 难点 2.1 软件技术特点 WELLPLAN应用软件由钻具受力分析、摩阻扭矩分析、疲劳破坏系数分析、井眼 清洁及钻屑床厚度分析, 压力激动分析、水力参数分析、临界转速分析、钻具强 度分析等多个应用软件模块组成。 将钻井设计和理论分析完全一体化, 使
3、技术人 员能更有效分析数据, 作出更合理的决策, 产生更高的效率, 获得更高的效益。 2.2 高难度井特点 目前一般特殊工艺井, 比如大斜度井、大位移井、甲方特殊要求井等。这些井的 技术难点主要表现在: (1) 井眼轨迹控制难。特殊工艺井, 一般都存在稳斜段较长, 造斜率要求高、 中靶要求严格的特点。本软件可以使井身剖面的设计跟踪、及下部井眼的预测都 更科学有效的完成。 (2) 摩阻扭矩大、对钻具强度要求高。大斜度井、大位移井在钻井过程中都比较 容易形成岩屑床, 钻具要承受比较大的拉伸和侧向力, 使得上提下放钻具摩阻 大, 钻压及扭矩传递困难。 (3) 井眼净化困难。大位移井在井斜 3060井
4、段容易形成岩屑床, 加上受 地面设备能力限制、 井眼的不规则等因素, 导致井眼不畅, 容易引起各种井下复 杂情况。 (4) 复杂的井眼轨迹容易使钻具在轴向力的作用下产生屈曲, 一旦轴向压力超 过了正弦临界屈曲力, 钻具就会发生正弦屈曲。 在这个阶段, 钻具会沿着井眼轨 迹形成蛇状弯曲。 如果继续增加钻压, 将导致钻具的轴向压力继续增加, 如果超 过了螺旋临界屈曲力, 钻柱将由正弦弯曲过渡到螺旋弯曲, 即沿着井壁盘成螺 旋状。 当钻具出现正弦屈曲时, 大部分钻压消耗在井壁上成为了摩阻, 只有部分钻压 还能够传递到钻头上去;而当螺旋屈曲产生时, 钻具犹如弹簧一样, 钻压难以有 效地传递到钻头, 导
5、致无法继续钻进。 3 本软件在实际钻井中的应用 3.1 CHATTURAT-2井 CHATTURAT-2井是泰国 TPI项目在猜也蓬地区的一口帐钩型定向井, 在钻至6 1/8井眼后钻具组合如下: 6 1/8“PDC+5“螺杆 (1.25) +4 3/4“浮阀+6“扶正器+5“MWD短节+配合接头+4 3/4“无磁钻铤*2+4 3/4“钻铤*3+3 1/2“HWDP*14+4 3/4“柔性短节+4 3/4“振击器 +31/2“HWDP*4+3 1/2“钻杆+5“钻杆 将数据输入WELLPLAN 进行处理, 计算扭矩、摩阻、侧向力等, 其中分析条件为: 套管内摩擦系数:0.25 裸眼段摩擦系数:0
6、.35 钻井液密度:1.24 g/cm 裸眼段井径扩大率 5%。 (1) 由图 1得出结论:复合钻进时, 井底钻压 80KN, 钻头处扭矩5000N.M 计算, 井口转盘承受的扭矩为 18.52KN.M, 与实际扭矩相当。 (2) 从图 2、3可以看到:钻具在1807m-1862m 之间程螺旋弯曲状态, 在1843m 处受到的力最大2093.3KN, 钻具上提摩阻36.64T, 下放摩阻9.57T。 (3) 由图4可以得出, 钻具在1761m-1945m (最大值为1834m处侧向力2.41KN) 、 2464m-2564m (最大值在 2473m侧向力1KN) 、3003m-3515m (最
7、大值在 3113m处 侧向力0.83KN) 之间所受侧向力较大。 (4) 由图 5可以得出, 在井段1761m-1945m、2464m-2564m、3003m-3515m 钻具疲 劳因子较大。本井实际钻进过程中发生多次钻具刺漏现象, 分别在 1810m、 1898m、1930m、2016m、2300m、3500m处发生刺漏, 与上图对比, 刺漏井段基本 都在疲劳因子较大处, 说明实际情况跟理论数据基本一致。 图1 扭矩分析 下载原图 图2 钻具弯曲状态分析 下载原图 图4 侧向力分析 下载原图 图5 疲劳因子 下载原图 图3 摩阻分析 下载原图 3.2 玉1X 玉1X井是海南区块一口海油陆采预
8、探定向井, 也是中石油的一口重点探井。井 身轨迹复杂。一开造斜点 400m, 地层较软, 造斜困难;二开施工易形成岩屑床, 井眼净化难度大, 施工摩阻、扭矩大, 存在钻具安全风险;井眼对钻具的侧向力 大, 易造成对套管的磨损。 三开钻具组合如下: 152.4mm钻头+浮阀+120.7mm无磁钻铤1 根+120.7mm钻铤4 根 +88.9mm加重钻杆15根+120.7mm随钻震击器+88.9mm加重钻杆6根 +101.6mm钻杆 将数据输入进行处理, 计算扭矩、摩阻、侧向力等, 其中分析条件为: 套管内摩擦系数:0.25 裸眼段摩擦系数:0.35 钻井液密度:1.45 g/cm 裸眼段井径扩大
9、率:5%。 图6 扭矩分析图 下载原图 图7 钻具弯曲状态分析图 下载原图 (1) 复合钻进时, 井底钻压 60KN, 钻头处扭矩 3600N.M计算, 井口转盘承受的 扭矩为26.12KN.M。 图8 摩阻分析图 下载原图 图9 侧向力分析图 下载原图 (2) 从图 7、8可以看到:钻具在3208m-3217m 之间程螺旋弯曲状态, 在3262.6m 处受到的力最大2775.7KN, 钻具上提摩阻56.55T, 下放摩阻21.46T。 (3) 钻具在 550m-830m, 1400m 左右, 3300m 左右受到的侧向比较大, 其中在 865.77m处收到的侧向力最大, 达到2.04KN。
10、图1 0 疲劳因子分析图 下载原图 钻具在井段550m-830m, 1300m 左右, 3300m 左右钻具疲劳因子系数较高, 需要 注意钻具疲劳破坏风险, 加强该井段的钻具倒换, 本井钻进过程中及时调整钻 具顺序, 加强了对重点井段钻具的检查工作, 在本井过程中无钻具损伤。 4 几点建议 (1) 在钻每口井之前特别是高难度井应进行钻具的探伤检测, 特别是含硫井, 容易使钻具变得氢脆, 不合格的钻具严禁入井; (2) 在侧向力比较大的井段可以加入防磨接头, 保护钻杆等, 可以减小钻具对 套管的磨损; (3) 在每趟钻起下钻过程中仔细检查钻具, 尤其是疲劳因子较大井段, 对于此 钻具应勤倒换使用
11、。 5 结论 (1) WELLLAN软件系统的引进使用, 极大提高了定向井公司设计轨迹的水平, 使 轨迹设计方案更科学合理, 利于科学决策实施, 特别对一些高难度井和特殊井 通过模拟分析, 可以对关键设备能力进行校验, 使每个井段施工更科学合理。 对 与设备及仪器的组织准备、钻机的合理配置更有前瞻性。 (2) 作为高难度井施工的辅助工具, 提高了公司施工高难度井的能力。 并且可以 在施工过程中, 实时模拟井下情况, 在钻井的各关键时刻进行充分分析, 根据 情况制定出合理有效的措施。 (3) 本软件对提高机械钻速, 进行钻具的力受力分析、 优化钻井剖面可以发挥重 作用。 参考文献 1华远信, 张桂强, 朱伟鸿, 等.COMPASSWELLPLAN软件在钻井设计和施工中 的应用J.西南石油学院学报, 2004, 26 (1) :83-87. 2王俊良, 陈洪亮, 刘永峰.大位移井钻具组合设计及摩阻扭矩分析J.钻采 工艺, 2012 (1) :24-26.
