钻井常用钻具组合.docx

钻井常用钻具组合 导向钻井技术的钻具组合选择1. 单弯螺杆角度的选择，根据井眼曲率，最大井斜参数确定单弯螺杆的度数，根据经验， 一般在0.75°〜1.25°之间单弯螺杆是在两种工况下使用，造斜段滑动钻进单弯螺杆不仅提 供井下动力，同时其单弯部分相当于原造斜段使用的单弯接头，其单弯角度决定了造斜率的 大小复合钻进阶段单弯螺杆不仅提供井下动力和转盘一起工作提高钻头的转速，同时，其 单弯部分相当于直井使用的偏轴接头，具有一定的防斜作用单弯角度过大，会使钻具承受 较大的交变应力，而遭受疲劳破坏常规216mm井眼钻井参数的选择钻井方式 钻压（kN） 转盘转速（r） 排量（L/s）立管压力（MP钻头转速（r）复合 0〜80 <80 28〜32 8~16 转盘+螺杆滑动 30~120 0 28~32 8~16 螺杆2. 稳定器尺寸的选择：常规钻井中，216mm井眼稳定器外径一般要大于等于210mm；在 导向钻井中单弯螺杆，上下两个稳定器如果同常规井一样大小，，会使钻具承受过大的弯曲 应力，通过室内分析与实践，使用范围为208〜210mm3. 钻具结构的选择：常规定向井，在不同的工况段，是通过多次改变钻具而实现的，每改 变一次钻具结构，就要起下一趟钻。

而导向钻井是造斜、增斜、稳斜、降斜几个工序使用一 套钻具组合，而不用起下钻改变钻具结构因此，导向钻进的钻具结构要满足定向井不同工 序的要求，不仅提高钻井速度，减少起下钻次数，在控制井身质量方面，更要优于常规钻井 的井身质量双稳定器稳斜型”：216mmPDC钻头+单弯螺杆（自带208〜210mm上下扶正 器）+159mm无磁钻铤+159mm钻铤15根+127mm钻杆4. 钻头类型的选择：一般使用PDC钻头不仅速度快，在复合钻进中，也不存在掉牙轮的 风险5. 泥浆参数的选择：在滑动钻进阶段，要求摩擦阻力系数小于0.15防止粘钻具，造成钻 压加不到钻头上，影响钻进速度使用到向钻进技术后，钻井速度明显提高，整个节奏加快， 要求泥浆性能的调整满足快速钻井的需求泥浆密度、粘度、失水要优适当的超前性，防止 井下复杂，保证施工顺利刚性满眼钻具刚性满眼钻具是一种安装在钻柱下部的刚度较大而且井径与钻柱外径之间间隙较小的钻具 组合1. 工作原理刚性满眼钻具一般是由几个外径与钻头直径相近的扶正器与一定长度外径较大的钻铤所组 成它的防斜原理是在钻头以上的下部钻柱上安装一定数量的扶正器，以扶正合钻铤；提高 下部钻柱的刚度，减少其弯曲程度，以消除钻头的严重倾斜，使其能减小和限制由于钻柱弯 曲而产生的增斜力，同时扶正器能支撑在井壁上，抗衡地层自然造斜力，以达到控制井斜在 最小范围内变化的目的。

为了发挥满眼钻具的防斜作用，在钻具上至少要有三个稳定点，除在靠近钻头处有一个扶正 器外，其上面应再安放两个扶正器才能保持有三点接触井壁如果只有两点接触，钻柱就能 循沿一条曲线，不能保证井眼的直线性如果有三点接触，就能保证井眼的直线性和限制钻 头的横向移动1) 在垂直或接近垂直的井眼中钻具的防斜作用：当钻具在垂直或接近垂直的井眼中工作 时，它的作用是保持井眼沿直线方向加深上扶正器能抵消由于上扶正器以上的钻柱弯曲所 产生的横向力，使上扶正器以下的钻柱居中，同时也帮助下扶正器抵消地层横向力下扶正 器的作用抵消地层横向力，限制钻头的横向移动，当地层造斜力不大时，满眼钻具能保持刚 直居中状态，使钻头沿铅直方向钻进2) 增斜时钻具的防斜作用：当钻进时井斜较大的地层时，满眼钻具能有力地抵抗地层横 向力，减小井斜的变化在地层横向力的作用下，下扶正器和钻头靠向井壁高的一侧，抵抗 地层横向力，限制钻头横向移动同时地层横向力势必要扭弯下扶正器上的短钻铤，由于钻 铤刚度大，能有力地抵抗此地层的横向力中扶正器也帮助中扶正器以下的钻柱抵抗地层横 向力因此，限制了钻头的横向移动和侧斜在已斜井眼内，钻具还有一个纠斜作用，这是 由于上扶正器以上的钻铤因自重的作用靠在井壁低侧，并以上扶正器为支点将力下传，作用 于上扶正器下的一根钻铤上有一个弯矩，此弯矩使中扶正器靠井壁高的一侧，再以中扶正器 为支点将力下传使钻头趋向于井壁低的一侧，产生一个纠斜力。

所以满眼钻具在增斜地层中， 能限制井斜角的增大速度，可防止狗腿、键槽等现象的发生3) 降斜时钻具的作用：如果井眼已发生了偏斜，而地层横向力又使其趋向恢复垂直状态， 满眼钻具的作用是防止井斜角过快地减小下、中扶正器将抵抗地层横向力，限制钻头向井 壁下侧移动短钻铤也抵抗其弯曲趋势，保持下扶正器趋向壁高的一侧同时中扶正器以上 的钻铤所产生的弯矩也将使中扶正器趋向井眼高的一侧，迫使下扶正器抵抗地层横向力，以 减小钻头倾角所以钻具在降斜时能有力地抗衡地层降斜力，减少井眼的降斜率，使其不致 于产生狗腿、键槽等不良现象2. 满眼钻具组合设计1) 近钻头扶正器：近钻头扶正器应采用井底型扶正器并紧接钻头，其间不应加装配合接头或其它工具为了增强近钻头扶正器抗衡横向偏斜力及限制钻头横向切削的作用，在中等易斜地层应采用 有效扶正长度较长的扶正器，也可以在有效扶正长度较短的近钻头扶正器上直接接一只钻柱 型扶正器，在严重易斜地层则应采用有效扶正长度更长的近钻头扶正器2) 中扶正器与上扶正器的安放高度确定：中扶正器和上扶正器的安放高度与满眼钻具组合的使用效果有重要的关系确定中扶正器与 上扶正器理想安放高度的原则使尽量减小下部钻柱弯曲变形，从而使钻头偏斜角和作用在钻 头上的弯曲偏斜力为最小值。

中扶正器的理想安放高度主要取决于钻铤尺寸，扶正器与井壁间隙值，井斜角及钻井液密度 等因素上扶正器安放在中扶正器的上部，一般相距一根钻铤的长度约9米左右3. 提高钻柱的弯曲刚度为了提高钻柱组合的弯曲刚度，在上扶正器上适当位置根据需要可以再加扶正器满眼组合 部分呢的钻铤，特别是短钻铤，应采用最大外径厚壁钻铤4. 扶正器与井壁之间的间隙控制扶正器与径壁之间的间隙与满眼钻具组合的使用效果关系甚为重要，应当严重控制(特别是 在井斜较严重的层段)，一般这一间隙越小越好，尤其是近钻头扶正器和中扶正器，与井壁 间的实际间隙过大往往导致满眼钻具组合失效控制扶正器与井壁间的间隙的措施有两条：1) 证扶正器有足够大的直径2) 保证井眼稳定，避免井径在钻进的短时间内明显扩大一般情况下，近钻头扶正器和中扶正器直径与钻头直径的差值不大于3mm；上扶正器直径 与钻头直径的差值不大于6mm塔式钻具塔式钻具就是在钻头之上，使用几段直径自下而上逐渐减小，形如塔状的钻铤组合这种防 斜钻具的特点就是底部钻铤重量大，刚度大，整个钻铤柱的重心低，稳定性好能产生较大 的钟摆减斜力在松软地层，井径易扩大，对于扶正器满眼钻具或扶正器钟摆钻具，由于其 井径与扶正器间隙值大，防斜效果差。

使用塔式钻具则能得到满意的效果此外，塔式钻具 还有结构简单，使用方便，不需要进行扶正器位置计算的优点，也不存在扶正器、方钻铤的 磨损及修复等问题，但塔式钻具也存在底部间隙小，易卡钻，钻铤尺寸多，操作部方便等不 足塔式钻具防斜效果的好坏，取决于钻具的塔式组合要求组合的重心低、底部钻铤直径大、 整个钻铤重量大、每一级钻铤尺寸差值小如美国白湖油田，在胶结性差的松软地层中使用 塔式钻具，成功地钻了一口 3939米的井，该井无狗腿井段，最大井斜角2度，井径12-1/4 英寸该井使用的塔式钻具由18根不同尺寸麻花钻铤组成，每根9米左右最下一根钻铤 为10-1/2英寸，其上依次为10-1/4、10、......6-1/4英寸，每根钻铤尺寸依次递减1/4英寸 所有钻铤的重量为420千牛，其重心低于全部钻铤长度的1/3,最大钻压为钻铤重量的75% 底部钻铤的尺寸，相当于欲下的9-5/8英寸套管的接箍尺寸，以保证套管的顺利下入钟摆钻具钟摆钻具是为了减少井斜角而设计的一种钻具组合，利用增大钟摆力的原理1. 工作原理利用斜井内切点以下钻铤重量的横向分力把钻头推向井壁低的一侧，以达到逐渐减小井斜的 效果这个横向分力如钟摆一样，所以称之为'钟摆力”，运用这个原理组合的钻具称为钟摆 钻具。

对于一定斜度的井眼来说，井斜角是一定的，因此增大降斜力的主要方法是增大切点以下的 钻铤重量，其办法有二：一是使用大尺寸钻铤或加重钻铤显然在同一钻压下，大尺寸钻铤 不易被压弯，并且切点位置高，因而切点以下钻铤长度L大，有利于增大降斜力二是在 比切点略高的位置上，安装一个扶正器，以提高切点位置，增大其下部钻铤重量，使降斜力 增大除此之外，扶正器对其下部钻铤还起到扶正作用，因而可减少钻头倾斜角，限制增斜 力的增大当然最理想的办法是采用大尺寸钻铤加扶正器，这样组成的钻具不仅钟摆的长度 大，而且重量也大，其降斜效果更好2. 扶正器的安放位置光钻铤钟摆钻具虽具有防斜作用，但其能力是有限的，主要原因是切点低，钟摆力较小在 井斜较严重的地区，如果要使井斜角保持较小值，只有采用较低的钻压所以在现场多采用 单扶正器钟摆钻具，这种钻具组合就是在适当的高度上安装一个扶正器作为支点，以增大有 效的钟摆长度，提高钟摆力由此可见，它的技术关键就是扶正器的安放位置要适当如果 安放位置偏低，则降斜力小，效果差如果安放位置偏高，则扶正器以下钻铤可能与井壁形 成新的切点，使钟摆钻具失效扶正器的理想安装位置应是在保证扶正器以下的钻铤不与井 壁接触的条件下尽量提高些。

井眼直径 mm(in) 扶正器高度(m)339.72(13-3/8”)以上 36(四根钻铤)244.47(9-5/8”)〜311.15(12-1/4”) 27(三根钻铤)193.67(7-5/8”)〜244.47(9-5/8”) 18 (二根钻铤)152.40(6”)以下 9( 一根钻铤)注：每根钻铤单根长度按9米左右计但根据实际钻铤单根长度确定的一定长度的钟摆钻具组合，只在一定的井斜角范围合钻压范 围内使用才有效，即保证扶正器以下的钻铤发生弯曲变形后不与井壁接触转盘钻进轨迹控制的几点要求1、 每次起钻要测量扶正器外经，尺寸大的换在下边2、 对扶正器磨损大(特别是砂岩)的井段，要加强井斜、方位监测，降斜率(或增斜率) 变化过大应起钻，检查扶正器磨损情况3、 更换钻具组合后应加强井斜、方位监测4、 钻具组合不变，但更换扶正器后(特别是换成小直径扶正器)应加强井斜、方位监测5、 扶正器外径小于211mm后，建议不下井使用。