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1、油田技术一定向井工程师序列培训讲义（T221）第一部分 定向井常用井下工具的分类1、泥浆马达（PDM）2、旋转导向工具3、扶正器（STB）4、非磁钻铤（NMDC）5、悬挂短节（H OS）6、短非磁钻铤（SNMDC）7、浮阀（F/V）8、定向接头（O/S）9、挠性短节（F/J）10、震击器（JAR）11、加重钻杆（HWDP）12、短钻铤13、弯接头14、套管开窗工具15 、其它定向井工具第二部分 定向井常用井下工具的现场检查测绘及使用一、泥浆马达1、泥浆马达的主要组成部分1） 旁通阀总成2） 马达总成3） 万向轴总成4） 驱动轴总成2、泥浆马达的工作原理:马达是一种螺杆钻具（SCREW DRIL
2、LS），它是以泥浆作为动力的一种井下 动力钻具。马达工作原理：泥浆泵产生的高压泥浆流，经旁通阀进入马达时，转 子在压力泥浆的驱动下，绕定子的轴线旋转，马达产生的扭矩和转速，通过万向 轴和传动轴传递给钻头，来实现钻井作业。3、旁通阀结构及工作原理：旁通阀有旁通和关闭两个位置，在起下钻时位于旁通位置，下钻时允许环空 的泥浆由旁通阀阀体侧面的阀口孔流向钻杆（钻具）内孔，起钻时使钻杆内孔的泥 浆从阀体侧面的阀口流入环空，减少井台溢出泥浆，当泥浆流量及压力达到一定 值时，旁通阀关闭，泥浆流经马达，将泥浆能量转换为机械能。4、马达总成的结构及工作原理：马达总成由转子和定子两部分组成。定子与转子之间形成若干
3、个密封腔，在 泥浆动力作用下，密封腔不断的形成与消失，完成能量交换从而推动转子在定子 中旋转。马达可形成几个密封腔就称几级马达。5、万向轴总成的工作原理：万向轴总成位于转子下端，其作用是把马达产生的扭矩和转速传递到传动轴 上。由于转子作的是偏心运动，因此要求万向轴具有较好的挠性功能，能将偏心 运动转换成传动轴的定轴转动。6、传动轴总成（drive shaft assembly）的工作原理：它的作用是将马达的旋转动力（扭矩和转速）传递给钻头，同时承受钻压所 产生的轴向和径向负荷。7、泥浆马达操作参数及注意事项 工作压力 循环压力 工作压差 马达井口试验应注意的问题 不同马达所允许的轴向间隙 马达
4、使用结束后应注意的问题 马达到达井场后先要作什么二、旋转导向工具（另有专题讨论）旋转导向工具是钻柱保持旋转状态下就能实现造斜、增斜、稳斜、降斜和扭 方位等定向钻井目的的井下工具。旋转导向工具的种类繁多，工作原理各异，从 技术手段上分有全机械式、电子机械式、电子液压式等，从工作原理上分有静止 式和调节式等。静止式是指，当钻柱旋转时，导向支撑块不转动，可沿井眼轴线 方向滑动；调节式是指，当钻柱旋转时，支撑块随钻柱一起转动，但其整体工作 效果具有导向作用。到目前为止我们只用过 SCHLUMBERGER 公司的 POWER DRIVE 、 BAKER HUGHES INTEQ 公司的 AUTO TRA
5、K 和 HALLIBURTON 公司的 GEO-PILOT旋转导向系统。前者为调节式，后两者为静止式三、扶正器1、扶正器的分类可调扶正器一体式扶正器近钻头扶正器可换套筒式扶正器2、扶正器的作用1）在增斜钻具组合和降斜钻具组合中，稳定器起支点作用，通过改变稳定器在下部钻具组合中的位置，可改变下部钻具组合的受力状态，达到控制井眼轨迹的目的；2) 增加下部钻具组合的刚性达到稳定井斜和方位的目的。稳斜钻具组合， 是减小钻头与稳定器之间，以及稳定器与稳定器之间的相对距离，增强下部钻具 的刚性，以限制下部钻具受压变形，达到稳斜效果；3) 修整井壁，平滑井眼。3、扶正器的形状直翼正螺旋大斜坡小斜坡4、扶正器
6、的检查扶正器出、入井时，应认真测量稳定器的内、外径，扶正翼的长度及磨损 情况，两端丝扣及台肩，测绘扶正器的外形尺寸四、非磁钻铤1 常用非磁钻铤的规格9 “ 非磁钻铤：扣型：731*730内径：2-13/16外径： 9 (71.44mm)(228.6mm)8 “ 非磁钻铤：扣型：631*630内径： 2-13/16外径： 8 ”3 “(203.2mm)3-1/4 ” (82.55mm)6-1/2 非磁钻铤：扣型： 411*410内径： 3-1/4 “ 或外径： 6-1/2 (165.1mm)2-13/16 ” (71.44mm)4-3/4”非磁钻铤：扣型： 311*310外径： 4-3/4 (1
7、20.65mm)内径： 2-1/4 ” (57.15mm)2组份、原理与作用(1) 组份： 蒙乃尔钢，含30%铜和65%镍的合金； 铬/镍钢，含约18%铬和13%以上镍的合金; 奥氏体钢，锰含量大于18%的含铬合金； 铬铁铜合金。（2）用途由于磁性测量仪器的磁通门感应的是井眼的大地磁场，所以测量 仪器工作时必须是一个无其它干扰磁场的环境。然而在钻井过程中， 钻具往往具有磁性，影响磁性测量仪器正确测量井眼轨迹数据。利用 无磁钻铤可以实现无干扰磁场的环境，并且具有普通钻铤的作用。ffl 1-3无磁乍占挺作川原理示意图I -钻头;丄-钻头接头;3 -无磁钻挺；4 -磁性测讯仪:、-钢钻艇地磁场线诃-
8、F扰磁场线无磁钻铤上下的干扰磁场线对测量仪器部位没有影响，因而无磁钻挺 为磁性测量仪器创造了一个无干扰磁场环境，保证了磁性测量仪器测 到的数据为真实大地磁场信息。五、悬挂短节悬挂短节作用：将MWD仪器坐在其中，为MWD提供一个安全稳定的测 量环境。悬挂短节外壁上有一高边刻度线，其作用是校正马达高边及量MWD 到马达 OFFSET 值。内壁有一凸出的键，为 MWD 座封时使用。在 不使用 MWD 时，一定要注意先甩掉悬挂短节，以避免排量过大冲掉该 键，造成井下事故。六、短非磁钻铤 主要作用：1. 与非磁钻铤的作用类似。2. 只是长度不同利于配立柱。3. 减少测点到钻头的距离七、浮阀接头 主要作用
9、：应加装浮阀芯子才能起作用，主要是防止泥浆倒流损害井下测量 工具，以及防止钻头水眼被堵。 浮阀为一种内部“钻柱防喷阀”。它的结构是一种翼阀或座式单流阀， 安装在浮阀接头上，钻井过程中，特别是钻到很疏松的砂粒岩且岩石 很细碎，在井眼的环空会有很多的细砂，在下钻、接单根时泥浆会倒 流，大量砂粒从钻头水眼进入钻具内，开泵就可能造成堵死水眼。在 定向钻井中一般须使用 MWD 和井下动力钻具。其本身工具流道就小, 在下入过程中, 特别是斜井段, 由于下入时产生的回流 , 井壁上的 岩屑和砂子会大量的进入工具内堵死水眼和流道 , 此时再开泵会损 坏精密的 MWD 仪器, 也可能形成砂堵憋泵。此外在起下钻过
10、程中 , 如果井涌和井喷, 由于大量的砂子进入钻具内堵死水眼 , 加重了事 故, 使处理更加困难, 上述情况造成的事故国内外都很多见。目前在 国际上普遍重视防堵水眼的措施 , 并且规定无论井深浅 , 钻进中需 使用浮阀, 而且在井涌时, 浮阀本身就是单流阀,可以阻止流体进入 钻具内, 使处理工作能顺利进行。 但它受钻井液冲蚀严重，容易失去其功能。因此设计一种带槽的翼阀， 使回流减至最小，关井时不影响钻杆稳定的压力值，其结构见下图。钻头浮阀、座阀和翼阀八、定向接头1、基本结构 定向直接头的基本结构，包括壳体、扶正套、定向键和定位螺钉 2、主要作用 主要作用是为定向仪器（磁性单多点或陀螺等）提供一
11、个稳定的座封 环境，便于准确地知道马达等井下工具的方向，保障下部作业顺利进 行。九、震击器随钻震击器是连接在钻具中随钻具一起进行钻井作业的井下解 卡工具。按工作原理分为机械式、液压式、和液压机械式；按其功能 分随钻上击器、随钻下击和上下击一体式。主要用于正常钻井的钻具 组合中。在钻井过程中发现钻具遇卡时，可立即进行上击或下击，使 之迅速解卡。它是减少深井、定向井、复杂井卡钻事故的主要工具。注意事项（1）最好不要单纯当震击工具用（指当井内发生卡钻事故时才 下随钻震击器去解卡作业），而要随钻具下入井中进行钻井作业，卡 钻时即启动震击器解卡，才能体现出随钻震击器的使用价值。（2）在井中要严格按说明书
12、接装，不可装错。接错会影响产品 的使用寿命，严重会发生折断，发生井下事故。（3）产品对拆装要求较高，拆装时需有专用拆装设备，不可乱 拆。上击器和下击器配套使用，能有效的处理起下钻的遇阻。遇卡。（4）下井时上击器呈拉开状态，与钻具连接好后卸掉卡箍。卡 箍保存好，以待起钻重新卡住芯轴拉开部位。（5）下钻快到井底前应先开泵循环，再慢慢地下到井底，切忌 直通井底造成“人为的下击”。井径小的地方遇阻造成上击器关闭时，应上提钻具，并静止悬吊 钻具56min。上击时，先下放钻具（在井口钻杆上标出刻度，下放一个工作行 程），直到指重表的读数略小于上击器以上钻具的悬重，然后司钻刹 住刹把等候震击，震击力的大小由
13、上提钻具拉力决定的，上提拉力从 小到大逐渐增加，震击效果也从小到大直至解卡。但上提拉力不能超 过上击器允许的最大震击吨位。十、挠性短节挠性短节的作用：1） 增加钻柱的柔性，降低应力集中对钻具的损害程度。2) 与震击器连接，保护震击器，增加震击时的弹力。3)有利于增加增斜钻具的增斜率。挠性接头Flex Sub十一、加重钻杆 加重钻杆是一种和钻杆类似的中等重量钻具，其管壁比钻杆厚，比钻 铤薄。管体连接有特别加长的钻杆接头。钻具组合中一般加在钻杆与 钻铤之间，防止钻柱截面的突然变化，减少钻杆的疲劳。用它替代一 部分钻铤，在钻深井中可以减少扭矩和提升负荷，增加钻深能力。起 下钻不用提升短节和安全卡瓦，
14、操作方便，减少起下钻时间。在定向 井中使用，可以在较低扭矩的情况下高速钻进，减小了钻柱的磨损和 破裂。由于其刚性比钻铤小，和井壁接触面积小，也不容易形成压差 卡钻。F A ME /?769300+150I型二 1BB2?7676R7(5/?76/?76/?76 J135001150II型十二、短钻铤1、主要作用：调节两扶正器间钻具跨度，达到旋转钻进时增降井斜的目的。2、 规格：短钻铤一般都是光钻铤，常用的有8 短钻铤：扣型： 631*630外径： 8 （203.2mm）内径：2-13/16（71.44mm）6-1/2 短钻铤:扣型： 411*410外径： 6-1/2 （165.1mm）内径：
15、2-13/16 （71.44mm）4-3/4 短钻铤：扣型： 311*310外径： 4-3/4 （120.65mm）内径2 （50.8mm）十三、弯接头 弯接头的作用：弯接头通常与直马达配合使用，能使造斜钻具产生侧向力，是定 向钻井中定向造斜、扭方位的一种专用井下工具。弯接头有定向弯接 头和纯弯接头两种。定向弯接头内通常安装循环套，壳体上划有弯曲 方向的标线，纯弯接头需要与定向接头配合使用（类同与定向弯接 头），用作单点或有线随钻侧斜仪确定工具面的方向。弯接头的弯角越大，造斜率越大；弯曲点以上钻柱钢性越大，造 斜率越大；弯曲点至钻头的距离越小且重量越小，造斜率越大。弯接 头分为固定角度和可调角度两种。通常使用固定角度的弯接头，弯角 一般为12.5，弯角超过3时，下井较困难，一般不用。不同弯 角接头造斜能力
