常見(jiàn)鉆具組合及定向井

1、一、滿眼鉆具組合又稱剛性配合鉆具或剛性滿眼鉆具,是一種安裝在鉆柱下部的剛度較大而且井徑與鉆柱外徑之間間隙較小的防止井斜角和井眼曲率變大的一種鉆具組合。 剛性滿眼鉆具一般是由幾個(gè)外徑與鉆頭直徑相近的扶正器與一定長(zhǎng)度外徑較大的鉆鋌所組成。它的防斜原理是在鉆頭以上的下部鉆柱上安裝一定數(shù)量的扶正器，以扶正合鉆鋌；提高下部鉆柱的剛度，減少其彎曲程度，以消除鉆頭的嚴(yán)重傾斜，使其能減小和限制由于鉆柱彎曲而產(chǎn)生的增斜力，同時(shí)扶正器能支撐在井壁上，抗衡地層自然造斜力，以達(dá)到控制井斜在最小范圍內(nèi)變化的目的。 為了發(fā)揮滿眼鉆具的防斜作用，在鉆具上至少要有三個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)，除在靠近鉆頭處有一個(gè)扶正器外，其上面應(yīng)再安放兩個(gè)扶

2、正器才能保持有三點(diǎn)接觸井壁。如果只有兩點(diǎn)接觸，鉆柱就能循沿一條曲線，不能保證井眼的直線性。如果有三點(diǎn)接觸，就能保證井眼的直線性和限制鉆頭的橫向移動(dòng)。具體如下： 1.在垂直或接近垂直的井眼中鉆具的防斜作用：當(dāng)鉆具在垂直或接近垂直的井眼中工作時(shí)，它的作用是保持井眼沿直線方向加深。上扶正器能抵消由于上扶正器以上的鉆柱彎曲所產(chǎn)生的橫向力，使上扶正器以下的鉆柱居中，同時(shí)也幫助下扶正器抵消地層橫向力。下扶正器的作用抵消地層橫向力，限制鉆頭的橫向移動(dòng)，當(dāng)?shù)貙釉煨绷Σ淮髸r(shí)，滿眼鉆具能保持剛直居中狀態(tài)，使鉆頭沿鉛直方向鉆進(jìn)。 2.增斜時(shí)鉆具的防斜作用：當(dāng)鉆進(jìn)時(shí)井斜較大的地層時(shí)，滿眼鉆具能有力地抵抗地層橫向力，減

3、小井斜的變化。在地層橫向力的作用下，下扶正器和鉆頭靠向井壁高的一側(cè)，抵抗地層橫向力，限制鉆頭橫向移動(dòng)。同時(shí)地層橫向力勢(shì)必要扭彎下扶正器上的短鉆鋌，由于鉆鋌剛度大，能有力地抵抗此地層的橫向力。中扶正器也幫助中扶正器以下的鉆柱抵抗地層橫向力。因此，限制了鉆頭的橫向移動(dòng)和側(cè)斜。在已斜井眼內(nèi)，鉆具還有一個(gè)糾斜作用，這是由于上扶正器以上的鉆鋌因自重的作用靠在井壁低側(cè)，并以上扶正器為支點(diǎn)將力下傳，作用于上扶正器下的一根鉆鋌上有一個(gè)彎矩，此彎矩使中扶正器靠井壁高的一側(cè)，再以中扶正器為支點(diǎn)將力下傳使鉆頭趨向于井壁低的一側(cè)，產(chǎn)生一個(gè)糾斜力。所以滿眼鉆具在增斜地層中，能限制井斜角的增大速度，可防止狗腿、鍵槽等現(xiàn)象

4、的發(fā)生。 3.降斜時(shí)鉆具的作用：如果井眼已發(fā)生了偏斜，而地層橫向力又使其趨向恢復(fù)垂直狀態(tài)，滿眼鉆具的作用是防止井斜角過(guò)快地減小。下、中扶正器將抵抗地層橫向力，限制鉆頭向井壁下側(cè)移動(dòng)。短鉆鋌也抵抗其彎曲趨勢(shì)，保持下扶正器趨向壁高的一側(cè)。同時(shí)中扶正器以上的鉆鋌所產(chǎn)生的彎矩也將使中扶正器趨向井眼高的一側(cè)，迫使下扶正器抵抗地層橫向力，以減小鉆頭傾角。所以鉆具在降斜時(shí)能有力地抗衡地層降斜力，減少井眼的降斜率，使其不致于產(chǎn)生狗腿、鍵槽等不良現(xiàn)象。4.滿眼鉆具組合設(shè)計(jì) 1）近鉆頭扶正器： 近鉆頭扶正器應(yīng)采用井底型扶正器并緊接鉆頭，其間不應(yīng)加裝配合接頭或其它工具。 為了增強(qiáng)近鉆頭扶正器抗衡橫向偏斜力及限制鉆頭

5、橫向切削的作用，在中等易斜地層應(yīng)采用有效扶正長(zhǎng)度較長(zhǎng)的扶正器，也可以在有效扶正長(zhǎng)度較短的近鉆頭扶正器上直接接一只鉆柱型扶正器，在嚴(yán)重易斜地層則應(yīng)采用有效扶正長(zhǎng)度更長(zhǎng)的近鉆頭扶正器。 2）中扶正器與上扶正器的安放高度確定：中扶正器和上扶正器的安放高度與滿眼鉆具組合的使用效果有重要的關(guān)系。確定中扶正器與上扶正器理想安放高度的原則使盡量減小下部鉆柱彎曲變形，從而使鉆頭偏斜角和作用在鉆頭上的彎曲偏斜力為最小值。 中扶正器的理想安放高度主要取決于鉆鋌尺寸，扶正器與井壁間隙值，井斜角及鉆井液密度等因素。上扶正器安放在中扶正器的上部，一般相距一根鉆鋌的長(zhǎng)度約9米左右。 3）提高鉆柱的彎曲剛度為了提高鉆柱組合

6、的彎曲剛度，在上扶正器上適當(dāng)位置根據(jù)需要可以再加扶正器。滿眼組合部分呢的鉆鋌，特別是短鉆鋌，應(yīng)采用最大外徑厚壁鉆鋌。 4）扶正器與井壁之間的間隙控制扶正器與徑壁之間的間隙與滿眼鉆具組合的使用效果關(guān)系甚為重要，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)重控制（特別是在井斜較嚴(yán)重的層段），一般這一間隙越小越好，尤其是近鉆頭扶正器和中扶正器，與井壁間的實(shí)際間隙過(guò)大往往導(dǎo)致滿眼鉆具組合失效。二、鐘擺鉆具組合 鐘擺鉆具是為了減少井斜角而設(shè)計(jì)的一種鉆具組合，是利用斜井內(nèi)切點(diǎn)以下鉆鋌重量的橫向分力把鉆頭推向井壁低的一側(cè)，以達(dá)到逐漸減小井斜的效果。這個(gè)橫向分力如鐘擺一樣，所以稱之為“鐘擺力”，運(yùn)用這個(gè)原理組合的鉆具稱為鐘擺鉆具。 1.工作原理

7、利用斜井內(nèi)切點(diǎn)以下鉆鋌重量的橫向分力把鉆頭推向井壁低的一側(cè)，以達(dá)到逐漸減小井斜的效果。這個(gè)橫向分力如鐘擺一樣，所以稱之為“鐘擺力”，運(yùn)用這個(gè)原理組合的鉆具稱為鐘擺鉆具。 對(duì)于一定斜度的井眼來(lái)說(shuō)，井斜角是一定的，因此增大降斜力的主要方法是增大切點(diǎn)以下的鉆鋌重量，其辦法有二：一是使用大尺寸鉆鋌或加重鉆鋌。顯然在同一鉆壓下，大尺寸鉆鋌不易被壓彎，并且切點(diǎn)位置高，因而切點(diǎn)以下鉆鋌長(zhǎng)度L大，有利于增大降斜力。二是在比切點(diǎn)略高的位置上，安裝一個(gè)扶正器，以提高切點(diǎn)位置，增大其下部鉆鋌重量，使降斜力增大。除此之外，扶正器對(duì)其下部鉆鋌還起到扶正作用，因而可減少鉆頭傾斜角，限制增斜力的增大。當(dāng)然最理想的辦法是采用

8、大尺寸鉆鋌加扶正器，這樣組成的鉆具不僅鐘擺的長(zhǎng)度大，而且重量也大，其降斜效果更好。 2.扶正器的安放位置 光鉆鋌鐘擺鉆具雖具有防斜作用，但其能力是有限的，主要原因是切點(diǎn)低，鐘擺力較小。在井斜較嚴(yán)重的地區(qū)，如果要使井斜角保持較小值，只有采用較低的鉆壓。所以在現(xiàn)場(chǎng)多采用單扶正器鐘擺鉆具，這種鉆具組合就是在適當(dāng)?shù)母叨壬习惭b一個(gè)扶正器作為支點(diǎn)，以增大有效的鐘擺長(zhǎng)度，提高鐘擺力。由此可見(jiàn)，它的技術(shù)關(guān)鍵就是扶正器的安放位置要適當(dāng)。如果安放位置偏低，則降斜力小，效果差。如果安放位置偏高，則扶正器以下鉆鋌可能與井壁形成新的切點(diǎn)，使鐘擺鉆具失效。扶正器的理想安裝位置應(yīng)是在保證扶正器以下的鉆鋌不與井壁接觸的條件下

9、盡量提高些。3、 塔式鉆具組合 塔式鉆具就是在鉆頭之上，使用幾段直徑自下而上逐漸減小，形如塔狀的鉆鋌組合。鉆鋌應(yīng)不少于12根；這種防斜鉆具的特點(diǎn)就是底部鉆鋌重量大，剛度大，整個(gè)鉆鋌柱的重心低，穩(wěn)定性好。能產(chǎn)生較大的鐘擺減斜力。在松軟地層，井徑易擴(kuò)大，對(duì)于扶正器滿眼鉆具或扶正器鐘擺鉆具，由于其井徑與扶正器間隙值大，防斜效果差。使用塔式鉆具則能得到滿意的效果。此外，塔式鉆具還有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，不需要進(jìn)行扶正器位置計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)，也不存在扶正器、方鉆鋌的磨損及修復(fù)等問(wèn)題，但塔式鉆具也存在底部間隙小，易卡鉆，鉆鋌尺寸多，操作部方便等不足。 塔式鉆具防斜效果的好壞，取決于鉆具的塔式組合。要求組合的重心低

10、、底部鉆鋌直徑大、整個(gè)鉆鋌重量大、每一級(jí)鉆鋌尺寸差值小。四、定向井 1.定向井的概念：設(shè)計(jì)井眼軌跡由多段直線和光滑曲線組成，井底相對(duì)井口有一定的水平位移；這種沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的井眼軌跡鉆進(jìn)的井稱為定向井。 2.定向井的使用范圍 增加油層穿越面積，提高產(chǎn)量和采收率（水平井） 繞開(kāi)地面障礙（河流、高山、建筑、沼澤） 適應(yīng)井下地質(zhì)條件，節(jié)省鉆井時(shí)間 減小地面井場(chǎng)占用面積,節(jié)省投資（叢式井、多底井） 處理井下事故（救援井、側(cè)鉆井）3.井身要素：1)測(cè)深：L 單位：米井眼軸線上任一點(diǎn)到井口的井身長(zhǎng)度稱為該點(diǎn)的測(cè)深。2)井斜角： 單位：度某測(cè)點(diǎn)處的井眼方向線與通過(guò)該點(diǎn)的重力線之間的夾角稱為該點(diǎn)的井斜角。3)井

11、斜方位角： 單位：度在井眼軌跡上任一點(diǎn)為原點(diǎn)的平面坐標(biāo)系中以通過(guò)該點(diǎn)的正北方向線為始邊，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至該點(diǎn)處井眼方向線在水平面上的投影線，所轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為該點(diǎn)的方位角。井斜方位角的值可用0-360表示，也可以用象限值表示。象限角是指井眼的井斜方位線與正北方向線或正南方向線之間的夾角。其值在 0-90之間變化并需要注明象限。4.定向井的其他井身要素1)垂深：即測(cè)點(diǎn)的垂直深度，以H表示。是指井身上任一點(diǎn)至井口所在水平面的距離?？梢栽诖怪蓖队皥D上反映出真實(shí)值。2)水平長(zhǎng)度：即測(cè)點(diǎn)井深的水平投影長(zhǎng)度以S表示。 是指自井口至測(cè)點(diǎn)的井眼長(zhǎng)度在水平面上的投影長(zhǎng)度。3)平移；即測(cè)點(diǎn)的水平位移。4平移方位角：是指

12、以正北方位線為始邊順時(shí)針轉(zhuǎn)至平移方位線上所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。5N坐標(biāo)和E坐標(biāo)：是指測(cè)點(diǎn)在以井口為原點(diǎn)的水平面坐標(biāo)系里的坐標(biāo)值。一個(gè)是北，一個(gè)是東。 4)視平移：水平位移在設(shè)計(jì)方位線上的投影。 5.井身剖面設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原則：利用地層自然造斜規(guī)律；利于鉆井、采油、修井工作；剖面簡(jiǎn)單；造斜井段地層穩(wěn)定；井眼曲率變化均勻1） 井深剖面設(shè)計(jì)：剖面要求基本為兩段制（直增）或三段制（直增穩(wěn)）；2） 定向井設(shè)計(jì)必須有：a.地質(zhì)設(shè)計(jì)應(yīng)提供井口和目標(biāo)點(diǎn)縱、橫坐標(biāo)，目標(biāo)點(diǎn)垂垂直深度；b.給出目標(biāo)點(diǎn)靶區(qū)半徑，有特殊要求應(yīng)作出說(shuō)明；c.提供本地的磁偏角；d.叢式井場(chǎng)有老井的，必須提供已鉆的井測(cè)斜數(shù)據(jù)，并復(fù)測(cè)井口坐標(biāo)；e.根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)和井場(chǎng)組合，是叢式井井場(chǎng)要進(jìn)行施工順序排序，盡量避免繞障，減少施工位移； 6.定向井工藝 1）直井段鉆進(jìn)過(guò)程中按設(shè)計(jì)要求認(rèn)真作好測(cè)斜工作，監(jiān)測(cè)井眼軌跡，嚴(yán)格作好防碰工作，并控制直井段最大井斜符合設(shè)計(jì)要求。特別要作好1：100的防碰圖，做好隨鉆分析，異常情況分析記錄判斷，搞好全員防碰工作。 2）造斜段：造斜點(diǎn)的選擇應(yīng)考慮以下因素：a.設(shè)計(jì)造斜點(diǎn)。b.直井段以發(fā)生的軌跡偏移。c.有利于防碰。d.下步計(jì)劃實(shí)施的增斜方式及增斜率。e.其它井施工安全性。f.盡量充分利用鉆頭壽命 7.定向井測(cè)量方法 ）井斜角測(cè)量原理：重力方法：液體染色（虹吸測(cè)斜儀），腐蝕