长、中曲率半径水平井钻井专用工具.pdf

长、中曲率半径水平井钻井专用工具 水平井钻井技术是指在一定钻井工艺的控制下使井眼由垂直状态 变为水平状态或近似水平状态，这种钻井原理同定向钻井极为类似， 也可以说，水平井钻井即是一种难度较大的特殊定向钻井。水平井要 求在产层或某一指定的地层钻成有一定长度延伸的水平段，这就决定 了其工艺上固有的特殊性。 而工具的选择与使用必须能够保证钻头 （或 钻柱）按照设计的井眼轨迹准确运行。 水平井、特别是中半径水平井井身轨迹的特殊性，需要造斜工具 必须具有较高的造斜能力，这是钻成水平井的基本保障；其次，在满 足高造斜率要求的基础上还必须使工具有较好的稳定性。要想使井眼 有一定的偏斜并不困难，以往的定向钻井工艺早已解决了这方面的问 题，但当井斜角大到一定程度后，继续增斜、至使井斜角接近或超过 90°，这就存在着很大的难度，这是常规的定向钻井工具所不能完成 的。另外，水平井段的钻进也是我们前未遇的新问题，钻柱在这种特 殊状态下的延伸必须有特殊的工具辅以维持。 为了满足水平井钻井施工的需要，设计制造出钻各种大、中曲率 半径水平井的井下专用工具，通过现场试验使用进一步改进完善，总 结出适合水平井钻井的工具模式。一般说来，水平井钻井的生产工序 环节，大致上分为造斜，增斜、稳斜或稳平，有时根据地质要求需另 附加水平取芯段。水平井井身轨迹的控制要求严格，各阶段使用的工 具不尽相同，各种工具的研究技术难点也各不相同。 水平井钻井工具主要包括水平井钻井常用井下工具和地面工具两 107 部分，该章主要介绍的井下工具是稳定器、无磁钻铤、螺旋钻铤、加 重钻杆、定向接头、弯接头、定向弯接头、定向造斜专用 PDC钻头、 井底动力钻具 ( 螺杆动力钻具、 涡轮钻具 )? 和水平井取心工具等。 地面 工具主要包括转盘量角器、 钻杆量角器、 钻铤量角器、 方钻杆标定尺、 钻杆划线规、定向键调节扳手。 第一节 稳 定 器 一、概述 稳定器用途最为广泛，不论是增斜降斜段，还是稳斜稳平段，都 是不可缺少的工具之一。 根据不同生产段的需要和水平井自身的特点， 有着不同稳定器的形状及几何尺寸。综合考虑各种客观因素，确定稳 定器在钻具组合中的最佳位置。 1. 稳定器的种类： 按稳定器的结构可将稳定器分为以下几种类型：螺旋稳定器、直 条稳定器、无磁稳定器、可换片稳定器、滚子稳定器、偏心稳定器、 近钻头稳定器 ( 双母稳定器 ) 等。 2. 各种稳定器的特点： (1)? 直条稳定器有结构简单起钻较容易的特点，对井壁切削最严 重，稳定器效果不如螺旋稳定器好。 (2) 螺旋稳定器稳定器效果好，但起钻困难，易泥包。 (3)? 滚子稳定器扭矩最小，稳定效果好，方位不易右漂，但存在 结构复杂、价格高、更换滚子困难等缺点。 (4) 无磁稳定器用于无磁钻铤之间需要使用稳定器的情况下。 (5)? 近钻头稳定器 ( 双母稳定器 ) 直接接钻头，不需要配合接头， 缩小了钻头到稳定器中点的距离。 108 3. 稳定器的用途特点 井底钻具组合通过在不同部位接入稳定器，可以有效的改变钻具 与井壁的触点，使得钻具成为增斜组合、稳斜组合、降斜组合等。稳 定器与钻具组成不同钻具组合用以完成各井段的施工，其基本工作原 理在水平井中同样得到了充分利用，水平井稳定器应具有如下几个方 面的特点： a) 在大斜度或水平井段使用旋转方式钻进时必须具有更好的保径 性能及耐磨性能。 b) 在大斜度或水平段使用时，要有利于传递钻压、减少摩阻。 c) 在钻具组合中能更好地起到单点支撑作用，有利于控制井身轨 迹达到设计要求。 d) 在各类地层中都有良好的扶正效果，并使井径扩大率控制到最 小。 e) 减少泥浆流动的环空阻力，保证井眼畅通，起下顺利。 f ）在测量对磁性干扰有特殊要求的场合， 稳定器应采用无磁材料。 二、水平井稳定器的结构 稳定器在水平井中的作用效果与其本身的形状和外