定向井工程師培訓系列之五(定向井鉆具組合)分析課件

1、定向井工程師培訓系列之五 -定向井常用鉆具組合-陳秋炎200908 新疆導(dǎo)向鉆具組合三定向井常用鉆具組合的分類一定向井常用鉆具組合的分類常規(guī)鉆具組合二旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合四一、定向井常用鉆具組合的分類一、常規(guī)鉆具組合造斜鉆具組合 斜向器（也叫變向器）造斜 井下馬達造斜增斜鉆具組合穩(wěn)斜鉆具組合降斜鉆具組合二、導(dǎo)向鉆具組合三、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合二、常規(guī)鉆具組合造斜鉆具組合斜向器（也叫變向器）造斜斜向器的結(jié)構(gòu)如圖所示。這是最早使用的造斜工具，由于工藝繁雜，現(xiàn)在僅用于套管內(nèi)開窗側(cè)鉆，或不適宜用井下馬達造斜的井段。二、常規(guī)鉆具組合造斜鉆具組合井下馬達造斜常用造斜鉆具組合為：鉆頭十井下馬達十定向彎接頭（或：彎接

2、頭定向接頭）十非磁鉆鋌十普通鉆鋌（ 030 米）十撓性接頭十震擊器十配合接頭加重鉆桿鉆桿。工作原理：利用彎接頭使下部鉆具產(chǎn)生一個彈性力矩，迫使井下動力鉆具驅(qū)動鉆頭側(cè)向切削，使鉆出的新井眼偏離原井眼軸線，達到定向造斜或扭方位的目的。影響鉆具的造斜能力主要因素：a).彎接頭的彎角b).動力鉆具的長度 常用彎接頭的造斜能力預(yù)測見下頁表中所列。根據(jù)造斜井段或扭方位井段的井眼尺寸和井深及井溫來選擇井下馬達。使用的牙輪鉆頭應(yīng)選用適應(yīng)高轉(zhuǎn)速的金屬密封滾動軸承鉆頭，在淺層、可鉆性好的軟地層應(yīng)使用銑齒鉆頭或合適的PDC 鉆頭。二、常規(guī)鉆具組合造斜鉆具組合彎接頭造斜率數(shù)據(jù)表根據(jù)測斜儀器的種類不同，分為五種定向方式

3、：單點定向地面記錄陀螺（SRO）定向有線隨鉆測斜儀（SST）定向無線隨鉆測量儀（MWD）定向自尋北陀螺（North-Seeking Gyroscopes）定向二、常規(guī)鉆具組合造斜鉆具組合常用增斜鉆具組合為：鉆頭十近鉆頭扶正器十非磁鉆鋌十鉆鋌（非磁鉆鋌和鉆鋌的總長度為1830米之間）十扶正器十鉆鋌（10米）十扶正器十鉆鋌十隨鉆震擊器十加重鉆桿十鉆桿（見圖910，從下至上，增斜效果越來越強。圖中UG是指尺寸不足的扶正器）二、常規(guī)鉆具組合增斜鉆具組合施工注意事項： 1按設(shè)計鉆井參數(shù)鉆進，均勻送鉆，使井眼曲率變化平緩。 2每鉆進2550米測量一次，掌握井斜、方位的變化趨勢，隨時跟蹤軌跡走向。如果增斜率

4、不能滿足設(shè)計要求，應(yīng)及時采取措施： （1）調(diào)整鉆壓改變增斜率。增加鉆壓可使增斜率增大，減小鉆壓，則使增斜率降低。 （2）更換鉆具組合，改變近鉆頭扶正器與相鄰扶正器之間的距離。改變的范圍為1030米，距離越短，增斜率越低，距離越長，增斜率越高； （3）改變近鉆頭扶正器與相鄰扶正器之間的鉆鋌剛性，剛性越高，增斜率越低；剛性越低，增斜度越高。 （4）鉆頭底部距近鉆頭扶正器翼片中部的距離為0.71.2米。 3如果增斜率比設(shè)計值稍低（1.530米以內(nèi)），可采用強行增斜法。 （1）接單根后，開泵至設(shè)計排量，慢慢加壓至設(shè)計鉆壓的75左右； （2）轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤至設(shè)計轉(zhuǎn)速，同時逐步增加鉆壓至允許的最大鉆壓； （3）

5、鉆完一個單根時，馬上停轉(zhuǎn)盤，鉆壓不回零，上提鉆具。 （4）劃眼時，井底的最后2米左右不劃眼。 采用強行增斜法要注意：一是當前鉆進的轉(zhuǎn)盤扭矩不應(yīng)過大；二是啟動轉(zhuǎn)盤時，要保持鉆壓達到預(yù)定的數(shù)值；三是整個井下鉆具各組件質(zhì)量應(yīng)合格；四是采用這種特殊方法只能達到微增效果（增斜率可提高1.230米左右經(jīng)驗數(shù)據(jù)）。二、常規(guī)鉆具組合增斜鉆具組合常用的穩(wěn)斜鉆具組合：鉆頭十近鉆頭扶正器十短鉆鋌（36米）十扶正器十非磁鉆鋌十扶正器十鉆鋌十（鍵槽破壞器）十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿 （見圖911，從下至上，穩(wěn)斜效果越來越強。圖中UG是指尺寸不足的扶正器） 二、常規(guī)鉆具組合穩(wěn)斜鉆具組合施工措施： 1造斜或增斜結(jié)束后，下

6、入第一趟穩(wěn)斜鉆具時，從造斜點開始要慢慢下鉆。尤其是在軟地層、高造斜率的情況下，容易遇阻，并可能產(chǎn)生新井眼，必須注意： （1）下鉆遇阻時，活動鉆具35次，切勿 “壓死”鉆具； （2）開泵，慢慢下放23次。 （3）在遇阻點以上1.5米左右，中高速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤（8090轉(zhuǎn)分），快速下放，鉆壓不超過98千牛（10噸）； （4）通過遇阻點以后，上、下活動鉆具l2次，繼續(xù)下鉆。 注意：在硬地層時，穩(wěn)斜鉆具在造斜段遇阻，仍可采用前述（1）、（2）步驟，只是活動鉆具的次數(shù)適當減少，仍然遇阻時，同樣要轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤，只是轉(zhuǎn)速適當?shù)氐鸵恍?，且控制鉆壓，慢慢下放，切勿“壓死”鉆具。 2在方位右漂嚴重的地層中鉆進，可采用“超長

7、翼”的扶正器（鉆具組合相同），以穩(wěn)定方位角。也可采用某些具有左漂特性的PDC鉆頭（如R426型）。 3總結(jié)同一地層的自然增斜或降斜特性，合理地選擇穩(wěn)斜鉆具組合。 4測斜，最大測斜間距不超過60米，特殊井的關(guān)鍵井段測斜間距應(yīng)為30米左右，并及時繪制垂直剖面圖和水平投影圖，隨時掌握實鉆井眼軌跡情況。二、常規(guī)鉆具組合穩(wěn)斜鉆具組合常用降斜鉆具組合：鉆頭十短鉆鋌（38米）十穩(wěn)定器十非磁鉆鋌十穩(wěn)定器十鉆鋌十鍵槽破壞器十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿十鉆桿。 （見圖9一12，從下至上，降斜效果越來越強）。二、常規(guī)鉆具組合降斜鉆具組合注意事項： 1定向井的降斜鉆具組合不宜采用大鐘擺式，否則降斜率過高，起下鉆困難。

8、 2降斜段一般接近完井井段，井下扭矩和摩擦阻力較大，在滿足中靶的前提下，應(yīng)盡量簡化鉆具組合，使用加重鉆桿加壓。 3. 降斜鉆具柔性較大，鉆進時方位的漂移率也相應(yīng)較大，需密切注意方位和井斜的變化。二、常規(guī)鉆具組合降斜鉆具組合組成：由高效能鉆頭、導(dǎo)向動力鉆具 MWD 組成一體，并輔之計算機軟件而組成。功能：可適時變更定向和開轉(zhuǎn)盤兩種工況，連續(xù)完成定向造斜、增斜、穩(wěn)斜、降斜及扭方位操作，而不用起鉆變更鉆具組合，就能快速鉆出高質(zhì)量的井眼軌跡的鉆井方式。三、導(dǎo)向鉆具組合Adjustable Gauge MotorSlickBoreAGS / TRACSGEO -PILOT導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)分類（1）幾何導(dǎo)向鉆

9、井系統(tǒng) 幾何導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)由鉆頭、導(dǎo)向馬達、無線隨鉆測斜儀和地面計算機系統(tǒng)組成。它的主要特點為不需要起下鉆就可以連續(xù)地完成造斜、增斜、降斜、扭方位、穩(wěn)斜鉆進，有利于提高鉆進速度和控制井眼軌道沿設(shè)計軌道鉆進。（2）地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng) 地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)由鉆頭、導(dǎo)向馬達、無線隨鉆測井儀、無線隨鉆測斜儀和地面計算機系統(tǒng)組成。它的主要特點為不需要起下鉆就可以連續(xù)地完成造斜、增斜、降斜、扭方位、穩(wěn)斜鉆進，有利于提高鉆進速度和控制井眼軌道，并且可以隨時測得地層參數(shù)，以便及時修改地質(zhì)設(shè)計和井眼軌道。三、導(dǎo)向鉆具組合導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的優(yōu)點 導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)最大的特點是用一套鉆具組合實現(xiàn)多種定向作業(yè)，這樣就節(jié)省了大量的起下鉆

10、時間，縮短了建井周期，節(jié)約了鉆井費用，因此對昂貴的海上鉆井有特別重要的意義。其主要優(yōu)點有： （1）及時控制井眼軌跡，提高鉆井的準確性。采用MWD 跟蹤監(jiān)測井眼軌跡，一旦發(fā)現(xiàn)軌跡不合要求，便可隨時進行方位和井斜的調(diào)整，提高井眼軌跡的精度； （2）減少起下鉆次數(shù)，提高鉆井效率。由于使用一套井下鉆具組合，就能完成多種定向作業(yè)，減少了起下鉆的次數(shù)，從而避免許多井下事故的發(fā)生； （3）充分發(fā)揮鉆頭潛力，提高機械鉆速。由于導(dǎo)向動力鉆具的多功能性，減少了為控制井眼軌跡而進行的起下鉆，從而得以優(yōu)化鉆頭使用效果。鉆頭受到的側(cè)向力一般較小，也有利于延長鉆頭壽命和增加鉆頭進尺。 （4）利用計算機技術(shù)監(jiān)測與預(yù)測井眼軌

11、跡以及導(dǎo)向馬達和鉆頭的工作性能，能及時調(diào)整有關(guān)可控因素、鉆進方式，確保井眼軌跡控制得以安全、準確、迅速、連續(xù)地進行。三、導(dǎo)向鉆具組合三、導(dǎo)向鉆具組合典型的導(dǎo)向鉆具組合17-1/2井眼導(dǎo)向組合：17-1/2鉆頭（0.45m）95/8導(dǎo)向馬達（9.7m） 16扶正器(2.1m)8浮閥接頭(0.9m)8隨鉆測斜儀(MWD)(10m)8非磁鉆鋌(9.5m)（8定向接頭）(0.7m)8鉆鋌(28m)+8配合接頭(0.7m)+5加重鉆桿(200m)+5鉆桿鉆井參數(shù)：鉆壓 220T 排量 28004000LPM 轉(zhuǎn)速 040（60）RPM（依馬達彎角確定鉆柱最高轉(zhuǎn)速）12-1/4井眼導(dǎo)向組合：12 1/4P

12、DC鉆頭（0.4m）9 5/8導(dǎo)向馬達（9.7m） 11 34扶正器(1.7m)8浮閥接頭(0.9m)8隨鉆測斜儀(MWD)(10m)8非磁鉆鋌(9.5m)8配合接頭(0.7m)5加重鉆桿(200m)5鉆桿鉆井參數(shù)：鉆壓 211T 排量 26003800LPM 轉(zhuǎn)速 040（60）RPM（依馬達彎角確定鉆柱最高轉(zhuǎn)速）8-1/2井眼導(dǎo)向組合：8 -1/2PDC鉆頭（0.25m）6 -3/4導(dǎo)向馬達（7.5m） 8扶正器(1.7m)61/2浮閥接頭(0.7m)6 34隨鉆測斜儀(MWD)(10m)6- 3/4非磁鉆鋌(9.5m)5加重鉆桿(200m)+5鉆桿鉆井參數(shù)：鉆壓 210T 排量 1800

13、2200LPM 轉(zhuǎn)速 040（60）RPM（依馬達彎角確定鉆柱最高轉(zhuǎn)速）三、導(dǎo)向鉆具組合四、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合滑動導(dǎo)向技術(shù)的特點是在導(dǎo)向作業(yè)時，上部鉆具不隨鉆頭轉(zhuǎn)動，隨鉆進深度的增加，鉆柱整體沿井壁向下滑動（井眼軸向），這種工作方式可能帶來摩阻過大和井眼清潔不完善兩大問題。軸向摩阻使得在滑動方式下很難控制鉆頭上的鉆壓，這個問題隨著水平位移的增加越來越明顯，在極限情況下，鉆柱發(fā)生屈曲，從而限制了定向井、水平井的有效深度。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)的特點是無論定向與否，都使整體鉆柱保持旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，它是唯一能解決摩阻、井眼清洗問題的導(dǎo)向鉆井技術(shù)。因此，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具也就成了井下閉環(huán)鉆井(自動化 )系統(tǒng)的核心工具。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)

14、向鉆井系統(tǒng)能在連續(xù)旋轉(zhuǎn)鉆進的過程實現(xiàn)造斜、增斜、穩(wěn)斜、降斜、扭方位等定向鉆井目的。目前我們用的較多的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具主要有SCHLUMBERGER公司的POWER DRIVE 系統(tǒng)、BAKER HUGHES INTEQ公司的AUTO TRAK RCLS系統(tǒng)和HALLIBURTON SPERRY-SUN公司的GEO-PILOT系統(tǒng)四、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合 POWER DRIVE SCHLUMBERGER ANADRIL公司的POWER DRIVE系統(tǒng)導(dǎo)向方式：偏置鉆頭（BIAS THE BITS）調(diào)制式：整體旋轉(zhuǎn)動力：鉆井液壓差井眼支撐翼肋控制機構(gòu)偏置方向四、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合 POWER DRIVE 四、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合AUTO TRAKBAKER HUGHES INTEQ公司的AUTO TRAK RCLS系統(tǒng)導(dǎo)向方式：偏置鉆頭（BIAS THE B