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“四合一”钻具结构使用浅议

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四合一”钻具结构使用浅议26年11 月16日杨全耀 长庆钻井总公司开创性地提出了 “四个一”钻井技术,并 在钻井生产实践中得以成功应用,钻井速度全面提升,钻井周期明显缩短,定 向井井眼轨迹控制技术进入到一个全新的发展领域四个一”钻井技术是指“一口井、一趟钻、 一只钻头、一套钻具组 合”,就是在二开后一次性完成全井段井眼轨迹控制的钻井技术那么选择 什么样的钻头类型?选择什么样的钻具组合?长庆钻井总公司广大科技人员和 现场技术工作者经过历年来定向井井眼轨迹控制技术的经验,科学地提出了 “四合一”的钻具结 构,即“ 1个PDC钻头' 1根短钻铤' 1个扶正器、1 根单弯螺杆”82-80井组是一个10 口井的丛式井组,由长庆钻井总公司30656钻井队 承钻81-79井(第6 □)井深2021米,以3天21小时的钻井周期第一次刷 新该项 记录3-9井(第9 口)井深2023米,以3天17小时的钻井周期第 二次又刷新该项记录以月进尺9191米刷新一项月度进尺记录,是定向钻 井技术使用“四合一”钻具结构成功的典范一、“四合一”钻具结构的理论基础长庆定向井钻井技术的应用始于90 年代初,钻具结构类型借鉴了兄弟单位的成功经验。

增斜钻具结构和稳斜钻具 结构基本上使用三扶正器钻具结构类型,由于受钻井液性能和地层结构的影 响,复杂情况较多,人们寻求以减少扶正器数量和选择扶正器类型解决井下复 杂情况通过现场技术人员的不断努力,逐渐形成了以单扶正器组成的增斜钻具 和稳斜钻具结构,扶正器以使用变径扶正器为主,在生产实际中占有主导地 位,并且持续了相当长的时间单扶正器组成的钻具结构,突出的主要问题是 稳斜和稳方位能力差,根据井眼轨迹控制的需要,就要不断改变钻具结构满足 工程需要21世纪初,钻井技术飞速发展,钻井设备不断更新和完备,钻井工具 不断创新在生产实践中,人们又在探索新的定向井钻井技术,先后成功使用 了双扶正 器的增斜钻具结构和稳斜钻具结构;PDC钻头;二开后使用单弯螺 杆一次性完成直井段、定向造斜段' 增斜段的钻井技术;2006年是长庆钻井 提速年,全年钻井生产总进尺要突破350万米的大关,挑战历史,跨越历史,进入全行业领先地位1 .双扶正器增斜钻具结构普通钻铤钻头 扶正器 无磁钻铤 普通钻铤 扶正器(p215.9HJ517+(p214 (双母)螺旋扶正器(挡板)+(p165无磁钻铤1根 +(p159钻铤1根+(p214 (公母)螺旋扶正器+559钻铤17根义 6+4A11X410+527加重钻 杆6根+(p127钻杆。

该类钻具结构增斜率较高,稳 方位能力较强2 .双扶正器稳斜钻具结构钻头 扶正器 无磁钻铤 扶正器 普通钻铤(p215.9HJ437+(p214螺旋扶正器(挡板)+(p165无磁钻铤1根+(p214螺旋 扶正器+(p159钻铤17根+(p127加重钻杆6根+(p127钻杆该类钻具结构稳斜、 稳方位能力均较强3 .双扶正器微增斜钻具结构钻头 扶正器 无磁钻铤 短钻铤 扶正器 普通钻铤(p215.9HJ437+(p214螺旋扶正器(挡板)+(p165无磁钻铤1根+短钻铤+(p 214螺旋扶正器+(p159钻铤17根+(p127加重钻杆(WDP) 6根+(p127 (DP)钻 杆该类钻具结构增斜率较低,稳方位能力较强4 .单弯螺杆增斜钻具结构扶正器 单弯螺杆 无磁钻铤 普通钻铤钻头(p215.9HJ437+ (cp212螺旋扶正器)+(p165单弯螺杆1根+(p165无磁钻铤 1根+0I59钻铤17根+(p127加重钻杆6根+中127钻杆该类钻具结构可以不起 钻倒换钻具结构,一次性完成直井段、定向造斜段' 增斜段的钻井增斜率适 中,稳方位能力较差单弯螺杆的使用有专门内容讲解,在此不在阐述5 . “四合一”钻具结构扶正器 单弯螺杆 短钻铤 扶正器 无磁钻铤 普通钻铤钻头 又 (p215.9HJ437+(p212螺旋扶正器+(p165单弯螺杆1根+短钻铤+(p212螺旋扶正器(挡板)+565无磁钻铤1根+中159钻铤17根+如27力口重钻杆6根 +

该类钻具结构可以不起钻倒换钻具结构,与PDC钻头配合使用, 可一次性完成直井段、 定向造斜段、增斜段' 稳斜段整个井段的钻井通过以上大家可以看出,“四合一”钻具结构实际上就是单弯螺杆双扶正器组成的微增斜钻具结构这类钻具结构可以不起钻倒换钻具结构,与PDC 钻头配合使用,一次性完成直井段、定向造斜段、增斜段' 稳斜段整个井眼该种钻 具结构增斜率适中,稳方位能力较好适合于中'小位移的定向井全井段使 用,是“四个一”钻井技术的最佳应用领域四合一”的钻具结构,这是广大长庆钻井科技工作者,历经多年来的 实践、总结、发展的一种新技术,是钻井技术结晶,具有化时代意义,它必将 推动长庆钻井事业蓬勃发展1. “四合一”钻具结构中单弯螺杆的作用1)当直井段井斜有增大趋势时,可以锁住转盘,单独使用单弯螺杆纠正井 斜,以保证直井段井斜不超标2)直井段有防碰需要,可以人为的控制井眼轨迹的发展方向即锁住转盘, 进行定向,改变井眼方位变化方向,避免两井相碰事故的发生3)定向或扭方位时,锁住转盘,单独使用单弯螺杆调整井眼的井斜或井眼 方位2. “四合一”钻具结构中双扶正器的作用扶正器是调整各种钻具特性的 重要工具第一个扶正器主要是起增斜作用。

第二个扶正器主要是起稳方位的作 用,同时具有调整钻具特性的作用3. “四合一”钻具结构中短钻铤的作用常规微增斜钻具结构中,两扶正 器之间的距离,是大于在一根短钻铤,小于两根钻铤长度,其长度越大增斜率越 大即:1根钻铤〈扶正器之间的距离V 2根钻铤 短钻铤与单弯螺杆在复合 钻井中,共同组成了 “四合一”微增斜钻具结构的基本单元,短钻铤的长度, 必须结合螺杆长度选择,总长度必须大于一根钻铤长度,以确保增斜效果它的 核心就是单弯螺杆与短钻铤加双扶正器组成微增斜钻具,这就是长庆钻井科技 工作者聪明才智的技术结晶,在钻井提速方面的贡献不能小视4. PDC钻头的结构及使用1)PDC钻头结构PDC钻头属于表镶式金刚石钻头,主要由钻头体、切削 齿、水眼组成2)PDC钻头破岩机理对软地层主要是犁,对硬地层是靠剪切就象车刀 切削金属一样,由于岩石本身抗剪强度比抗压强度小得多,对于同样的岩石用剪 切方式破碎比用压碾方式破碎需要的能量小(剪切是压碾的1/8 ),所以使用 PDC钻头钻进,只需要较轻的钻压就可获得较高的机械钻速3)入井前的检查(D将钻头竖直放稳,把钻头规水平套在钻头直径最大处2)顺时针用手搬动钻头规刻度盘手柄,直至搬不动为止,此时与手柄相对的数字即为钻头直径尺寸。

3)将钻头放倒,用手摸,眼看钻头丝扣是否完整,有无断扣、钝扣4)将钻头竖直放立,丝扣部位朝下,检查水眼、 水槽5)慢慢转动钻头本体,察看胎体的焊接是否有裂缝' 砂眼4)使用操作(1)根据地层合理PDC钻头2)用专用工具将钻头与钻具丝扣上紧,操作按上卸钻头单元3)控制速度下钻,以防碰坏牙齿和增加激动压力遇阻不能硬压,短距离可轻压(10〜20kN)慢转(I挡)进行划眼,直至畅通4)下钻离井底一个单根时打通水眼,循环冲洗,打通水眼操作按下钻 杆操作单元5)钻头接触井底,轻压钻进0.3〜0.5m做井底造型注意使用PDC钻头严禁井底有落物或井底不平6)接单根后慢慢接触井底,以防撞击损坏切削齿7)钻头使用后 期可适当增加钻压,确定比较合适的钻井参数,以提高机械钻速8)切削齿因磨损而不能有效地钻进或出现下述现象之一者,应起钻换 钻头①加压后泵压升高②地层岩性不变而机械钻速明显下降③井底有落物④操作失误造成溜钻、顿钻⑤综合经济指标低于其它类型钻头5)现场常用类型主要类型有四翼、五翼、六翼刮刀式PDC钻头,从使用效果看,人们更喜欢四翼和五翼刮刀式PDC钻头刮刀式PDC钻头其特点,短抛物线冠部' 刀翼 式布齿,适用于软至中硬地层,用于转盘及井下马达钻进。

低部形状有平底型 和凹型两种,低部形状凹型的PDC钻头井底有树芯能力,在钻井过程中井底岩 心又有扶正作用,因此,现场更多地 使用凹型四翼和五翼刮刀式PDC钻头三、“四合一”钻具结构的选用原则“四合一”钻具结构是一种微增斜钻具结构,增斜率较小,实钻中是以提高造斜点达到提前增斜的目的,斜井段 控制井段长,井眼曲率小,也有利于下部井眼轨迹控制时调整工具面1 .螺杆的选用目前现场常用1度和1.25度的单弯螺杆,1度的单弯螺杆定向或扭方位 施工需要井段较长,定向或扭方位速度相对较慢1.25度定向或扭方位施工需要井段较短,定向或扭方位速度相对较快,时 效明显较快,应该根据位移大小选择不同弯曲度的单弯螺杆2 .扶正器的选用第一个扶正器的直径一般为211-212mm第二个扶正器的直径理论上讲 越大越好,稳方位的能力越强,但第二个扶正器的直径要与第一个扶正器的直 径相匹配,以组成不同特性的钻具结构扶正器直径的选择可以说是“差之毫 厘,错之千里”1)从增斜效果来讲,第二个扶正器直径应该不大于第一个扶正器直径; 2)从地层特性上讲,在延安组和延长组地层有自然降井斜能力,微增斜钻具 只能起到稳斜作用,稳斜钻具只能起到微降斜作用。

因此,第二个扶正器直径 要根据需要的钻具性能来选择,要提高第二个扶正器的稳方位能力,就要选择 大直径的扶正器那么,第一个扶正器的直径也要选择大直径,以保持理想的 钻具特性3 .短钻铤的选用短钻铤的选择,主要是长度的选择当扶正器直径和螺 杆钻具长度确定后,一般讲,短钻铤的长度越长,增斜率越大小位移井,需要增斜率小,短钻铤的长度较短选择3米左右短钻铤较为 理想,稳方位能力也好在延安组,还可以起到微降斜效果大位移井,位移超过300米后,短钻铤较长,一般选用4-6米为宜,既能 保证增斜效果,稳方位能力也较好四、“四合一”钻具结构的使用要点钻具组合:(p222PDC+(p165X1.25o单弯螺杆+3-6米短钻铤+(p210-213扶正 器 +(p165NDCX1 根+165DCX15 根+(p127DP1 .直井段防碰不言而语,在直井段复合钻井过程中,当井斜有增大趋势时,可利用该 钻具特性,不起下钻,锁住转盘,单独使用单弯螺杆纠正井斜,以保证直井段 井斜不超标当两井有接近趋势时,为了达到防碰需要,即锁住转盘,进行定向,改变 井眼方位变化方向,避免两井相碰事故的发生,即防碰绕障另外,二开后可以人为的控制井眼轨迹的发展方向。

即按设计方位调整井 斜至2-3度,不使直井段井斜超标,又能保持方位稳定,可控制全井最大井斜 在14-20度之间,便于后期调整方位的主动性2 .造斜点选择由于上部直井段已按设计方位产生了 3度左右井斜,所以造斜点选择在洛 河中上部为宜洛河中下部定向,有大段胶泥岩,易产生粘卡,有时接完单根 后,上提下放无法活动钻具所以尽可能在洛河中下部以复合增斜钻井的方式 为主造斜时,小位移井可以把井斜调整到7度左右,大位移井适当把井斜调 大,对准靶心预留8-14度井斜,为后续复合钻井创造条件如果在洛河中下部定向造斜,有遇粘卡时,可以在钻杆上做好标记复合钻进 0.5-1 m再进行定向造斜3 .下部井眼轨迹控制如果遇各种原因,在洛河上部井斜没有增起来,这样可以在洛河底部 60米进行井斜调整,同时在进入安定组前将方位对准靶心调整到最佳状态,在下部地 层方位调整一般是在距靶心方位6度左右进行调整,工具面好摆也好控制,成 功率较高。

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