水平井导向钻井系统.doc

水平井导向钻井系统 导向钻井系统，是国外八十年代迅速发展的一项连续控制井眼轨迹综合新技术，也是现代定向井钻井技术系统的杰出发展成果之一。在钻井中，定向拉制是最困难、最费时以及最花钱的作业之一，尤其是要想在长井段内保持高钻速时更是如此。在常规的定向井、丛式井和水平井钻进中，需要靠起下钻改变井下钻具组合，达到造斜、增斜、降斜和扭方位的目的。势必要进行多次起下钻作业，而且井眼实际轨迹常常偏离设计轨迹，使用这种常规技术往往是极其费时和昂贵的。 长期以来，作业者就渴望：能大大提高机械钻速,能随时了解钻井方位并加以控制，获得更接近设计的平滑井眼轨迹，钻井成本显著下降，而且只起下钻一次就能钻完全部井段，导向钻井系统的产生及应用，有效地解决了这个问题。 王平1井作为我局的一口重点试验井，较好地应用了此项钻井新技术，获得了很好的经济效益。 导向钻井系统组成 新型的井下导向钻井系统目前有三种基本形式：一种是马达上带有偏心稳定器；另一种是马达上部配装可调弯接头；第三种是带有单弯或双弯的马达外壳，这也是现在最常用的一种形式。每种型式的导向钻井系统，除上述组件外，均还包括一个先进的钻头、一套钻井马达、一套定向随钻测量工具、一至二个常规稳定器及其他井下工具，如震击器、减震器，另外，还有可供钻井设计及监测使用的计算机软件。 二、水平井动力钻具 水平井动力钻具包括直马达加螺旋稳定器动力钻具和各种型号的单弯、同向双弯、异向双弯导向动钻具，不同的动力钻具在水平井钻井过程中，各自起着不同的作用。 直马达加螺旋稳定器动力钻具组合，是根据水平井钻井的需要在直马达的基础上改造而成，这类工具的主要研究的问题是螺旋稳定器位置的确定和螺旋稳定器直径的选择。 导向动力钻具是近年发展起来的一种新型的钻具，单弯、同向双弯动力个别具有造斜率高、造斜效果好的特点，是水平井钻井必备工具之一； 异向双弯导向动力钻具常用于水平井段钻进，有微增、降斜的功能，稳斜、稳平效果好，可配合旋转方式钻进，控制轨迹方便。导向动力钻具的技术关键是各弯点的选择及弯角加工精度的控制。 导向动力钻具的种类 1.1单弯螺杆钻具 单弯螺杆钻具的设计是根据弯接头配接普通直马达钻具组合用于造斜的基本原理，按照动力钻具在水平井中的工作要求，在现有直螺杆钻具结构基础上改制而成的。它可以获得较高的造斜率，为达到更好的稳定效果，使用中通常配以上下两个稳定器。 1.2 同向双弯动力钻具 同向双弯动力钻具的基本结构与单弯动力钻具相同，所不同之处是在单弯钻具的旁通阀和马达定子之间增加了一个弯向与万向节弯外壳方向一致的弯接头。在这样两个同向弯度作用下，钻具的造斜能力将有增加，并且在无稳定器工作条件下，上下两个弯点与井壁接触可以保持钻具有较稳定的造斜率。同向双弯动力钻具的上弯角一般为1゜，下弯角根据需要有系列差值0.25゜，上下两个弯度装配时要对正、弯向相同。 异向双弯导向动力钻具（DTU） 异向双弯动力钻具主要用于水平段的稳平钻进。其万向节外壳上设有两个弯点，位置分别与万向节的两个节点对应，两个弯点所形成的钻具弯曲方向各互相异。这种组合与单弯钻具相比钻头偏移量减少，动力钻具各部分所受应力降低，可使钻出的井眼更趋平滑，在需要时能以转盘方式钻进，使轨迹控制达到设计要求。上下两个弯度的比值为1：2，差值为0.32゜、0.48゜、0.64゜，这一差值即DTU动力钻具之公称角度。 2、（弯壳体）动力钻具造斜率的几何分析及公式推导 对井底钻具组合的造斜能力及井眼轨迹预测方面，在理论上精确的分析计算十分复杂，并且由于地层因素、井眼条件等参数在现场施工中难于确定，预测的造斜率与实际总有相当的误差。因此，以简单的解析方法预测计算工具的造斜能力，仍有一定的实用意义。在一般的资料中通常介绍有“三点定圆”的计算方法，即以钻头、上稳定器、下稳定器三点之间的几何关系来确定工具的造斜能力，因水平井钻井中所使用的工具种类较多，不同工具的结构参数各不相同、且对造斜率都有很大影响，而上述计算的约束条件与实际相差很多，因此不能满足对工具造斜能力预测的要求。为此，结合现场实际情况对上述这一计算方法进行修正， 弯外壳导向钻具越来越多地应用于定向井、水平井，甚至需纠斜防斜快速钻进的直井中。在水平井施工中，为了精确控制井身轨迹，合理地预测弯外壳导向工具钻进时的造斜率是非常重要的。在大斜度井段,为了起下钻顺利，不挂井壁，钻压能容易加到钻头上，优化设计导向钻具结构参数更显得特别必要，结构参数与造斜能力，这二者是相辅相成的。根据以上两方面的要求，把弯外壳导向钻具设计成在工作状态下，即钻进时处于“自由状态”的导向钻具能保持其刚性，且钻头上无侧向力、弯矩为零，这样工具的造斜率由其几何结构决定，此时的造斜率称为自由造斜率。艺.19当弯外壳导向钻