變徑扶正器引進(jìn)及其推廣應(yīng)用 3.doc

變徑扶正器引進(jìn)及其推廣應(yīng)用摘要： 變徑扶正器是一種新穎.具有獨(dú)創(chuàng)的新型井下工具,它是在扶正器的本體上設(shè)計(jì)若干個(gè)液壓元件,利用鉆柱內(nèi)外鉆井液在流經(jīng)噴嘴時(shí)產(chǎn)生的壓差,推動(dòng)液壓元件的伸出或收縮以控制扶正器外徑變化的目的.當(dāng)鉆柱內(nèi)沒有泵壓時(shí), 液壓元件收縮復(fù)位扶正器外徑只有扶正器本體外徑,在起下鉆時(shí)防止遇阻或卡鉆, 當(dāng)鉆柱內(nèi)有泵壓時(shí), 推動(dòng)液壓元件伸出使其外徑達(dá)到設(shè)計(jì)所需的尺寸要求,以滿足井下施工要求. 該裝置具有操作簡單,磨阻小,鉆進(jìn)平穩(wěn),起下鉆順利等特點(diǎn).從而提高鉆井速度和安全系數(shù)。關(guān)鍵詞 變徑扶正器 設(shè)計(jì) 推廣應(yīng)用 井下安全一 引言扶正器是在鉆具結(jié)構(gòu)中，起著支撐和扶正的作用，根據(jù)需要改變其安裝位置，以獲得不同鉆具結(jié)構(gòu)，滿足對(duì)井斜和方位的要求，達(dá)到對(duì)井身質(zhì)量的控制，這些不同鉆具結(jié)構(gòu)可以在鉆進(jìn)過程中，使所鉆井段的軌跡有防斜，糾斜，穩(wěn)斜，增斜和控制方位的效果，可見扶正器在具體鉆井中的重要作用。但在實(shí)際鉆井過程中，由于地層中的泥巖，頁巖層遇水膨脹和砂巖層濾失引起泥餅增厚，都會(huì)使井段縮徑，起鉆時(shí)，扶正器尺寸足夠，外徑214mm215mm之間的扶正器就會(huì)剮擦井壁，阻塞井眼，引起上提困難，若處理不當(dāng)很容易造成卡鉆，而且處理起來也很困難。通常是用套洗筒對(duì)其套洗作業(yè)，對(duì)套洗工具和操作技術(shù)和要求都非常高，套洗到扶正器處，要用爆炸松扣，倒扣，接上震擊器震擊，即便這樣是否能解卡還很難下結(jié)論。且速度慢鉆井周期延長，增加鉆井成本。所以現(xiàn)在的鉆井隊(duì)只在直井段使用扶正器，為了防止井下復(fù)雜盡可能的選擇欠尺寸的扶正器，但在有些區(qū)塊,第一趟起鉆仍十分困難.所以大都在定向后直接用螺桿復(fù)合鉆進(jìn)控制井眼軌跡。由此可見扶正器都失去了往日的使用頻度.在我油田的油區(qū),其中就有三個(gè)是淺井稠油區(qū)塊,即井樓古城區(qū)塊,新莊區(qū)塊和王集楊樓區(qū)塊.這些井大都在1000 m以下有的甚至只有300m左右。所以淺井和淺鉆占了我公司較大比例,但由于淺鉆機(jī)的提升能力不足，泥漿性能差，失水造漿嚴(yán)重，再加上上部地層松軟容易垮塌，所以即便是直井段也不能使用扶正器。到了油田開發(fā)后期，對(duì)于井身質(zhì)量的要求越來越苛刻，井樓區(qū)塊只有5m，其他區(qū)塊也僅有10m。以井樓為例：井斜按1計(jì)算，5m靶圈到300m就要出靶。而井樓區(qū)塊大多數(shù)井深在500左右，而且到300m以后即便是加壓3噸吊打，井斜也要超出2度。且方位衡定。所以扭方位是一定的。在楊樓和新莊靶心半徑10m的區(qū)塊。35噸的站壓，400多米也就到了靶心邊緣，所以超出了這個(gè)井深就有脫靶的可能。那么，多大靶圈半徑不用糾斜呢？據(jù)實(shí)鉆統(tǒng)計(jì)，靶圈半徑為20m的淺探井，800m井深水平位移在17m左右。當(dāng)然與前提是鉆壓在5噸以內(nèi)。一般在核三段6油組達(dá)到井斜最大值2.5左右。以后即便是加壓78噸，井斜還有降小的趨勢。綜上：靶圈半徑10m井深400以內(nèi)不用扭方位。以上所述，都是淺鉆光鉆鋌鉆具結(jié)構(gòu)下的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，35噸的鉆壓，限制了機(jī)械鉆速的提高，全井平均機(jī)械鉆速15m/h左右。而且頻繁的扭方位糾斜，延長了鉆井費(fèi)用的無用投入。本來投資降低就不怎么盈利，這樣只要糾斜，大多就要虧損。即以現(xiàn)有的小鐘擺放斜技術(shù)在淺鉆中使用有沒有防斜，糾斜效果呢？以20503鉆井隊(duì)在井樓3區(qū)應(yīng)用小鐘擺鉆具結(jié)構(gòu)為例。500m井深，同是3噸鉆壓。其水平位移僅有了3m多，而同區(qū)塊使用光鉆鋌，井深300m左右，水平位移就達(dá)到5m。所以小鐘擺鉆具糾斜，防斜效果是顯而易見的。對(duì)于鉆機(jī)提升能力有限的井隊(duì)，淺井區(qū)塊多是泥巖。泥漿性能較差，若帶扶正器入井很容易造成縮徑或泥包卡鉆，淺表地層，孔隙壓力也低，一旦蹩漏地層，處理事故也很麻煩，所以至今這些井隊(duì)所用光鉆鋌鉆具結(jié)構(gòu)。那么如何在井下安全的前提下，把防斜效果明顯的鐘擺鉆具結(jié)構(gòu)用于這些鉆井隊(duì)上，特建議使用變徑扶正器。 二 變徑扶正器的結(jié)構(gòu)和原理如圖：在外徑200mm斜三棱基面上鉆開45個(gè)27mm的通孔，三個(gè)三棱基面，每個(gè)三棱基面有15個(gè)通孔，每個(gè)孔上裝有復(fù)位液壓元件，自然狀態(tài)下，復(fù)位彈簧作用使液壓元件復(fù)位外徑200mm，當(dāng)鉆柱有流經(jīng)的泥漿有壓力時(shí)，泥漿推動(dòng)液壓元件柱塞外移，外移后扶正器直徑達(dá)到215mm，即正常扶正器的尺寸，用以滿足井下各種鉆具結(jié)構(gòu)的使用要求，當(dāng)需要起鉆時(shí)，停泵，鉆柱內(nèi)外沒有壓差，復(fù)位彈簧作用使液壓元件復(fù)位，扶正器復(fù)位外徑200mm便可正常順利的進(jìn)行起下鉆作業(yè)，如果液壓元件不能正常復(fù)位，在液壓元件柱塞頭設(shè)計(jì)有45度的倒角，停泵后旋轉(zhuǎn)鉆具，液壓元件柱塞頭與井壁摩擦產(chǎn)生柱向推力，促使液壓元件柱塞復(fù)位。然后在進(jìn)行起下鉆作業(yè)。 圖一：扶正器本體圖二：液壓元件三 液壓元件柱塞承壓設(shè)計(jì) 液壓元件柱塞外徑27mm,液壓元件柱塞內(nèi)徑33mm，（一）單孔外承壓單孔外承壓面積 2.7*3.14/4=5.72平方厘米 液壓元件柱塞外頭與地層接觸,當(dāng)?shù)貙訕O軟時(shí),鉆具的自重下垂就保證井身的垂度, 鉆具在井下旋轉(zhuǎn), 扶正器液壓元件柱塞外頭瞬間接著地層,由于井眼的直徑與扶正器的直徑相差無幾,可以認(rèn)為在高速旋轉(zhuǎn)下,扶正器斜三棱基面通體都與井壁完全接觸,如果地層較軟抗不住液壓元件柱塞外頭的壓力, 液壓元件柱塞外頭就會(huì)吃入地層,對(duì)地層產(chǎn)生切削,規(guī)正井壁 , 保證井身的垂度.已經(jīng)產(chǎn)生了井斜井段的地層的硬度一定是能抗住液壓元件柱塞外頭的切入.所以液壓元件柱塞外頭切入地層承壓力沒有計(jì)算的必要.換爾言之,現(xiàn)在所述扶正器液壓元件柱塞外頭是不切入地層的,也就是說當(dāng)鉆柱內(nèi)有泵壓時(shí),扶正器液壓元件柱塞處的直徑是合乎扶正器設(shè)計(jì)直徑要求的.例如小鐘擺鉆具結(jié)構(gòu),雖然變徑扶正器與井壁接觸承壓面積小于一般扶正器,但在糾斜過程中識(shí)同與地層的接觸點(diǎn)是在變徑扶正器上,以保證鐘擺力的存在,使鉆頭對(duì)斜井眼下壁有切削能力.從而達(dá)到糾斜效果.（二） 單孔內(nèi)承壓承壓面積3.3*3.144=8.54平方厘米鉆柱內(nèi)泵壓10MPa單孔內(nèi)承壓8.54*100=854Kg扶正器在井下, 由于井眼的直徑與扶正器的直徑相差無幾,液壓元件柱塞外頭至少有2-3個(gè)瞬間接著地層,即扶正器液壓元件柱塞外頭被壓縮力854*3=2562Kg=2.5噸假設(shè)單扶小鐘擺鉆具結(jié)構(gòu), 鉆具受壓第一次彎曲點(diǎn)在扶正器上，鉆壓8噸, 井斜4度則側(cè)向分力是0.56噸,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于扶正器液壓元件柱塞外頭被壓縮力2.5噸，如果使用多個(gè)扶正器組成的其他鉆具結(jié)構(gòu)，鉆壓都被傳到鉆頭，這時(shí)扶正器只受鉆具本身重量的側(cè)向分力，這個(gè)側(cè)向分力則更小。當(dāng)井斜較大與此相同即扶正器液壓元件柱塞外頭不能被壓縮.保證在井下正常工作.四 變徑扶正器的結(jié)構(gòu)具體參數(shù)如圖11 變徑扶正器的長度1-1.5mm,棱長適中,鉆臺(tái)安裝方便,安全可靠.2 液壓元件柱塞外頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,采用與鉆頭水眼材質(zhì)相同的硬質(zhì)合金碳鋼,抗擊,耐磨.3 液壓元件柱塞外頭密封處,采用與鉆頭水眼與鉆頭本體密封的設(shè)計(jì)原理密封,安全可靠,耐壓40MPa.4 液壓元件柱塞外頭底部,采用與鉆頭水眼卡簧限位的設(shè)計(jì).拆,裝方便,操作簡單.5 液壓元件柱塞外頭, 密封圈, 卡簧都與鉆頭的密封圈和卡簧相一致,可更換,使用壽命長,且成本底.6 變徑扶正器的幾何尺寸見表1本 體外 徑元件柱塞直徑元件柱塞外頭個(gè)數(shù)長度母螺紋扣 型公螺紋扣 型變徑后尺 寸200mm27mm451-1.5M4A10(NC46)4A11(NC46)215-216mm7 變徑扶正器的參數(shù)性能見表2元件柱塞伸出最小壓力鉆柱內(nèi)泵壓10MP單元件柱塞受壓最大允許壓差元件柱塞總面積01 MPa854Kg20MPa2574cm2五 變徑扶正器零部件的檢查1 所有螺紋（411A*410A）必需完好無損，無碰傷，變形，上扣無阻卡現(xiàn)象。2 密封圈彈性好，無變形，無損傷，無老化便硬現(xiàn)象，3 元件柱塞在變徑扶正器本體內(nèi)伸縮自如。六 變徑扶正器組裝要求（1） 先將底擦洗干凈，去毛刺和棱角然后將將彈簧裝入變徑扶正器的通孔內(nèi)。 （2） 將密封圈壓入變徑扶正器本體槽內(nèi)，（3）將元件柱塞加隕滑脂裝入變徑扶正器的通孔內(nèi)。元件柱塞滑動(dòng)自如，伸頭高度一致8mm。（4） 推入卡簧（5）組裝好后放在支架上，將堵頭裝好進(jìn)行耐壓實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)水壓20MPa，3分鐘無壓降，強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)40MPa，10分鐘無壓降，元件柱塞伸縮自如。（6）在5MPa壓力下元件柱塞外伸直徑是否滿足215mm的要求（7）變徑扶正器壓力元件柱塞的拆卸 去掉卡簧，在元件柱塞處墊上木塊，用錘子敲擊即可。需要注意的是變徑扶正器兩端螺紋連接部分，要盡可能的短如果需要的話，兩端螺紋連接部分都設(shè)計(jì)為雙母，即（410A*410A），便宜拆裝卡簧。七 入井前的準(zhǔn)備1變徑扶正器入井前，必須保證水眼暢通。2 按鉆井設(shè)計(jì)要求處理好泥漿性能。3 所有儀器靈敏可靠，動(dòng)力設(shè)備，泥漿泵，凈化設(shè)備工作正常。4 噴嘴組合合理，保證內(nèi)外壓差在5MPa之上。八 井口操作1 入井前，必須進(jìn)行井口壓力檢查。2 將變徑扶正器通過接頭與鉆頭和方鉆桿相連。3 開泵前，變徑扶正器放入轉(zhuǎn)盤以下，鉆臺(tái)上人員遠(yuǎn)離，多次開關(guān)泵后，將變徑扶正器提出轉(zhuǎn)盤以上，看變徑扶正器是否有漏濕現(xiàn)象，不得有任何漏濕現(xiàn)象，否則不能入井。九 井下作業(yè)1 下鉆過程中遇阻，不要硬下應(yīng)開泵循環(huán)，以防止水眼堵死，引起泵壓生高造成密封圈失效。2 開泵劃眼過程中，應(yīng)輕壓鉆進(jìn)，待變徑扶正器進(jìn)入新地曾時(shí)再加壓鉆進(jìn)。3 鉆進(jìn)過程中要保持鉆壓均勻，鉆完單根上提時(shí)，嚴(yán)禁猛拉猛提，猛放，宜將井底循環(huán)干凈后，停泵，上提鉆具遇阻不可硬拔，宜輕轉(zhuǎn)盤后再上提。4下鉆過程中遇阻開泵循環(huán)后，變徑扶正器元件柱塞可能會(huì)伸出，循環(huán)結(jié)束后應(yīng)把鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)幾圈，使元件柱塞縮回，再進(jìn)行其他作業(yè)。5 嚴(yán)禁用變徑扶正器進(jìn)行長段劃眼工作6 井下不正常（如井漏要進(jìn)行堵漏作業(yè)及井壁跨塌嚴(yán)重的井段），不得入井。7 用變徑扶正器鉆過的井段，嚴(yán)禁再用同尺寸的普通扶正器進(jìn)行井下作業(yè)。十、現(xiàn)場配套應(yīng)用：從2009年年初開始，引進(jìn)的2只西安長慶石油工具制造有限責(zé)任公司生產(chǎn)的BWQ214液力變徑扶正器在32618隊(duì)投入使用，至今已使用2口井（張38井和泌364井），使用井段主要是在二開直井段，采用鐘擺鉆具控制井斜，井隊(duì)反映其操作方便、可靠性高，根據(jù)測量數(shù)據(jù)可知其防斜效果較好，起下鉆順利，沒有阻卡現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期的目的，以實(shí)例介紹其應(yīng)用情況如下：1、張38井是一口三靶大斜度井，全井設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和地質(zhì)分層如下表：表1、張38井剖面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表井深m井斜deg方位deg垂深m水平位移m南北m東西m造斜率deg/m靶點(diǎn)0.000.00345.000.000.000.000.000.001241.000.00345.001241.000.000.000.000.001541.0030.00345.001527.4876.7674.15-19.870.101781.0030.00345.001735.33196.76190.06-50.930.001920.0064.22353.601828.53296.75288.82-68.140.252170.0064.22353.601937.25520.95512.53-93.250.00表2張38井地質(zhì)分層及產(chǎn)狀數(shù)據(jù)（頂部數(shù)據(jù)）層位產(chǎn)狀H1頂H2上頂H2下頂H2頂H2頂H3頂深度597m1020m1170m1390m1587m1789m傾向899101111傾角6167258359269451012備注 設(shè)計(jì)剖面從1250米開始定向，由地層分層數(shù)據(jù)分析1250米以上井段地層傾角大于6，在鉆進(jìn)過程中如果井斜控制不好很有可能造成漂移位移過大影響下部定向施工，所以上部直井段的井斜控制很關(guān)鍵，一開用445mm鉆頭，采用塔式鉆具，二開從361米開始使用二根可變徑扶正器小鐘擺鉆具，鉆具結(jié)構(gòu)如下：215.9鉆頭+430*410接頭+165無磁鉆鋌+可變徑扶正器+177.8鉆鋌1根+可變徑扶正器+127加重鉆桿+127斜坡鉆桿+方保鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓80100kN,轉(zhuǎn)速120160轉(zhuǎn)/分可變徑扶正器井段多點(diǎn)井斜數(shù)據(jù)表：（361米1100米）序號(hào)測深m井斜方位垂深m1367.860.8541.8367.852396.651.1254.1396.633425.41.5853.5425.374454.231.6660.1454.195482.921.8442.4482.876511.71.8642.2511.637540.361.7751.1540.288569.181.3756.2569.099597.771.1153.3597.6710626.411.0838.3626.3111655.160.9330.7655.0512683.880.9316.8683.7713712.710.989.8712.5914741.471.15347.5741.3515770.431.38348.2770.316799.21.44346.3799.0617827.851.5334.4827.718856.471.64333.4856.3119885.231.53351.6885.0620914.011.76356.7913.8321942.742.02353942.5522971.392.012.5971.1823999.692.07344.7999.46241028.432.06345.51028.18251056.982.02348.51056.71261085.682.08345.21085.39271100.942.59342.41100.64平均井斜1.57由上表可以看出在1100米井段井斜控制的效果還是不錯(cuò)的，平均井斜為1.57，閉合距18米，為下部的定向施工提供了較好的保證。2、泌364井是一口預(yù)探井，全井設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和地質(zhì)分層如下表：表1、泌364井身質(zhì)量數(shù)據(jù)表名稱縱坐標(biāo)橫坐標(biāo)垂深水平位移井口初測坐標(biāo)3609043.7019703502.44井身質(zhì)量要求010003010001500401500200050表2泌364井地質(zhì)分層及產(chǎn)狀數(shù)據(jù)（底部數(shù)據(jù)）層位產(chǎn)狀廖莊組核一核二核二核二核三深度870m1380m1670m1940m2120m3000m傾向9295959798100傾角4.54.54.8555.5備注二開直