水平井鉆井專用工具

水平井鉆井專用工具

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1、水平井鉆井專用工具水平井鉆井技術(shù)是指在一定鉆井工藝的控制下使井眼由垂直狀態(tài)變?yōu)樗綘顟B(tài)或近似水平狀態(tài),這種鉆井原理同定向鉆井極為類似,也可以說,水平井鉆井即是一種難度較大的特殊定向鉆井。水平井要求在產(chǎn)層或某一指定的地層鉆成有一定長度延伸的水平段,這就決定了其工藝上固有的特殊性。而工具的選擇與使用必須能夠保證鉆頭(或鉆柱)按照設(shè)計(jì)的井眼軌跡準(zhǔn)確運(yùn)行。水平井、特別是中半徑水平井井身軌跡的特殊性,需要造斜工具必須具有較高的造斜能力,這是鉆成水平井的基本保障;其次,在滿足高造斜率要求的基礎(chǔ)上還必須使工具有較好的穩(wěn)定性。要想使井眼有一定的偏斜并不困難,以往的定向鉆井工藝早已解決了

2、這方面的問題,但當(dāng)井斜角大到一定程度后,繼續(xù)增斜、至使井斜角接近或超過90°,這就存在著很大的難度,這是常規(guī)的定向鉆井工具所不能完成的。另外,水平井段的鉆進(jìn)也是我們前未遇的新問題,鉆柱在這種特殊狀態(tài)下的延伸必須有特殊的工具輔以維持。為了滿足水平井鉆井施工的需要,設(shè)計(jì)制造出鉆各種大、中曲率半徑水平井的井下專用工具,通過現(xiàn)場試驗(yàn)使用進(jìn)一步改進(jìn)完善,總結(jié)出適合水平井鉆井的工具模式。一般說來,水平井鉆井的生產(chǎn)工序環(huán)節(jié),大致上分為造斜,增斜、穩(wěn)斜或穩(wěn)平,有時(shí)根據(jù)地質(zhì)要求需另附加水平取芯段。水平井井身軌跡的控制要求嚴(yán)格,各階段使用的工具不盡相同,各種工具的研究技術(shù)難點(diǎn)也各不相同。水

3、平井鉆井工具主要包括水平井鉆井常用井下工具和地面工具兩部分,該章主要介紹的井下工具是穩(wěn)定器、無磁鉆鋌、螺旋鉆鋌、加重鉆桿、定向接頭、彎接頭、定向彎接頭、定向造斜專用PDC鉆頭、井底動(dòng)力鉆具(螺桿動(dòng)力鉆具、渦輪鉆具)和水平井取心工具等。地面工具主要包括轉(zhuǎn)盤量角器、鉆桿量角器、鉆鋌量角器、方鉆桿標(biāo)定尺、鉆桿劃線規(guī)、定向鍵調(diào)節(jié)扳手。穩(wěn)定器一、概述穩(wěn)定器用途最為廣泛,不論是增斜降斜段,還是穩(wěn)斜穩(wěn)平段,都是不可缺少的工具之一。根據(jù)不同生產(chǎn)段的需要和水平井自身的特點(diǎn),有著不同穩(wěn)定器的形狀及幾何尺寸。綜合考慮各種客觀因素,確定穩(wěn)定器在鉆具組合中的最佳位置。1.穩(wěn)定器的種類:按穩(wěn)定器的

4、結(jié)構(gòu)可將穩(wěn)定器分為以下幾種類型:螺旋穩(wěn)定器、直條穩(wěn)定器、無磁穩(wěn)定器、可換片穩(wěn)定器、滾子穩(wěn)定器、偏心穩(wěn)定器、近鉆頭穩(wěn)定器(雙母穩(wěn)定器)等。2.各種穩(wěn)定器的特點(diǎn):(1)直條穩(wěn)定器有結(jié)構(gòu)簡單起鉆較容易的特點(diǎn),對(duì)井壁切削最嚴(yán)重,穩(wěn)定器效果不如螺旋穩(wěn)定器好。(2)螺旋穩(wěn)定器穩(wěn)定器效果好,但起鉆困難,易泥包。(3)滾子穩(wěn)定器扭矩最小,穩(wěn)定效果好,方位不易右漂,但存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高、更換滾子困難等缺點(diǎn)。(4)無磁穩(wěn)定器用于無磁鉆鋌之間需要使用穩(wěn)定器的情況下。(5)近鉆頭穩(wěn)定器(雙母穩(wěn)定器)直接接鉆頭,不需要配合接頭,縮小了鉆頭到穩(wěn)定器中點(diǎn)的距離。3.穩(wěn)定器的用途特點(diǎn)井底鉆具組合通過

5、在不同部位接入穩(wěn)定器,可以有效的改變鉆具與井壁的觸點(diǎn),使得鉆具成為增斜組合、穩(wěn)斜組合、降斜組合等。穩(wěn)定器與鉆具組成不同鉆具組合用以完成各井段的施工,其基本工作原理在水平井中同樣得到了充分利用,水平井穩(wěn)定器應(yīng)具有如下幾個(gè)方面的特點(diǎn):a)在大斜度或水平井段使用旋轉(zhuǎn)方式鉆進(jìn)時(shí)必須具有更好的保徑性能及耐磨性能。b)在大斜度或水平段使用時(shí),要有利于傳遞鉆壓、減少摩阻。c)在鉆具組合中能更好地起到單點(diǎn)支撐作用,有利于控制井身軌跡達(dá)到設(shè)計(jì)要求。d)在各類地層中都有良好的扶正效果,并使井徑擴(kuò)大率控制到最小。e)減少泥漿流動(dòng)的環(huán)空阻力,保證井眼暢通,起下順利。f)在測量對(duì)磁性干擾有特殊要

6、求的場合,穩(wěn)定器應(yīng)采用無磁材料。二、水平井穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定器在水平井中的作用效果與其本身的形狀和外形尺寸有密切關(guān)系。為了滿足水平井鉆井過程中控制增斜,穩(wěn)斜或降斜等的需要,設(shè)計(jì)了短螺旋穩(wěn)定器、球形穩(wěn)定器,錐形穩(wěn)定器、偏心穩(wěn)定器和動(dòng)力鉆具穩(wěn)定器。1.PWZ錐形穩(wěn)定器PWZ型錐形穩(wěn)定器主要用于近鉆頭的鉆具扶正。設(shè)計(jì)扶正翼較短、取三棱螺旋狀結(jié)構(gòu),螺旋槽在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能使泥漿以較小的阻力流過,有利于清洗井壁,扶正翼與本體間以30°倒角過渡,螺旋條凸起表面及倒角背錐加密鑲裝硬質(zhì)合金以增加其耐磨性。為在軟地層中加強(qiáng)穩(wěn)定效果并能有效地控制井徑擴(kuò)大率,螺旋體取圓錐外形增加了與井壁接觸面積。2.

7、PWD型短螺旋穩(wěn)定器PWD型外螺旋穩(wěn)定器為鉆柱型穩(wěn)定器,在鉆具組合中通常加于PWZ之上,與一般螺旋穩(wěn)定器相比,其主要特點(diǎn)是減少了扶正面積,可降低磨擦阻力,其他設(shè)計(jì)要求與PWZ基本相同。3.PWQ球形穩(wěn)定器PWQ形穩(wěn)定器表面設(shè)計(jì)近似球形,主要是為了減小磨阻,容易通過造斜井段。在旋轉(zhuǎn)鉆井鉆具組合中通常配接在PWD之上,用于穩(wěn)直段;有時(shí),該穩(wěn)定器也替代PWD與PWZ配合用于增斜或降斜。4.PWL型動(dòng)力鉆具穩(wěn)定器PWL型動(dòng)力鉆具穩(wěn)定器用于彎殼體動(dòng)力鉆具的近鉆頭扶正,主要作用為增斜?;跍p少磨阻和便于鉆壓傳遞的考慮,PWL型穩(wěn)定器初始設(shè)計(jì)為五棱鼓形

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