用于定向钻井可转向PDC钻头发展史.pdf

维普资讯 国外钻井技术 第 14卷 19 年第 5期 T．S．Roberts p6e．，丁S 吴彬 译 朱德 一 校 改变钻具表 面方位 ，因为扭矩 随钻压增加而 引 言 增加 但是 ，不稳定 的钻 头就会产生震 动， 在定向钻井中，通常采用泥浆马达 以旋 造成高扭矩波动率，从而使用调节钻压来进 转与措动相结台的方式获得所需的井身结构 。 行定 向控制几乎变得不可能。 在钻直井主要采用旋转方式下 ，无论是钻柱 此外 ，由不稳定钻头带来 的不均匀性 钻 还是马达都是旋转的。定向 (或滑动 )钻进 井将会产生带有 台阶与沟槽的不规则井眼， 时，钻柱是 固定而马达弯头则对着所 需的方 妨碍钻具滑动 。这就使得滑动过程 中给钻头 向。钻头开始钻井 时，产生一种反扭矩使钻 传压变得更难 以控 制，因为井底钻 具总成 柱发生扭 曲。钻柱实际上是一根长长的扭转 (BHA)必须克服的静摩擦增加 了。一旦克 缆索，因此钻头反扭矩 的波动就会引起钻具 服 了这种摩擦 ，钻柱运动则从静态转为动态 ， 表面方位发生变化。如果钻头反扭矩高过马 产生太的瞬时井下钻压。如果要控制钻具表 达最大转矩 ，马达就会减速停机。这时钻头 面方位 ，钻压的稳定传递是 必不可少 的。因 就会脱离井底面 ，整个定 向过程就不得不重 而控制一个平滑的井眼是极为重要的。 复进行 。这不仅降低 了马达使用寿命 ，而且 生产可转 向钻头的原始方法 使定 向控制变得特别 困难而叉耗 费时间。 所以，与钻头切削作用有关的机械因素 正如上文所述，稳定的钻头产生的扭矩 会影响需用钻头 的选择 。牙轮钻头有 时受到 波动率较低 ，因而更具可转 向性。侧 向震动， 青睐．因为其低吃人在规定钻压下产生的扭 有时指钻头回旋，是在井下动力造成钻 头瞬 矩较低，然而，牙轮钻头是通过牺性机械钻 时旋转中心偏离其几何 中心时所产生的一种 速才做到这一点的。PDC钻头的切削作用则 特殊现象。对钻头动力学 的大量研究使 “抗 是吃人性的，产生的机械钻速远远高于牙轮 回旋”钻头设计得 以推广 。这种钻头切 削部 钻头 ，因而其产生的反扭矩也更高。 分的特征是侧 向力直接对着非吃入性载荷承 对于一只稽定钻头来说 ，可 以通过计算 受块 。虽然这些设计是稳定 的但井未对定向 其反扭矩造成的钻柱扭 曲使钻具表面方位在 钻井应用产生任何 帮助 。实际上，Pastusek 一 定程度上得 以控制 。因而可 以调节钻压来 等人得出的结论是： “可转 向系统上的抗 回旋 维普资讯 钻头造斜率低于常规 PDC钻头”。 相当地平稳，但是随着转速的增加侧 向震动 长规径钻头一般 比短规径钻头更稳定 。 也明显地增加了。在转速为每分钟 200转下 尽管长规径 钻头的转 向是可行的，但是在井 标准钻头达到 130m／s2的侧 向加速度 。全径 眼中却先天地不能倾斜 因此这种钻 头所能 接触保径圈钻头试验在 同样的操作条件下进 获得的最大造斜率也是很有限的，所 以定 向 行 。转速从每 分钟 砷 转提 高到每分钟 200 钻井人员一般都不使用此类钻头。 转，但几乎没有增加侧 向震 动。所达到的最 另一途径是增加钻头圆周接触面。这 已 大侧 向加速度也只有 10m／s2，处在系统的噪 经通过采用螺旋保径块而得 以实现 。但是要 音范围之 内。在对每个试验 的井 眼进行检测 达到整 圆周保径接触 ，所要求 的螺旋角度很 时获得 了震动