導(dǎo)向鉆井工具

1、第五節(jié)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井使用的工具和常規(guī)鉆井技術(shù)和導(dǎo)向鉆井技術(shù)相比，地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)除了使用的儀器有較大的區(qū)別 外，在使用鉆井工具方面也有很大的差別。由于地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)是在導(dǎo)向鉆井技術(shù)的基礎(chǔ) 上發(fā)展起來(lái)的，因此地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)所用的一些工具自然也包含了導(dǎo)向鉆井所用的工具， 同時(shí)也包含其它的通用鉆井工具。同時(shí)，在關(guān)于地質(zhì)導(dǎo)向工具分類(lèi)的問(wèn)題上，目前仍沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的說(shuō)法，有人認(rèn)為能用 于地質(zhì)導(dǎo)向施工的鉆井工具都可歸納為地質(zhì)導(dǎo)向鉆井工具，但也有人認(rèn)為地質(zhì)導(dǎo)向工具主要 指具有地質(zhì)導(dǎo)向功能的鉆井工具。在此，本書(shū)將具有地質(zhì)導(dǎo)向功能的鉆井工具歸納為地質(zhì)導(dǎo) 向工具，并從導(dǎo)向鉆井工具、地質(zhì)導(dǎo)向工具和通用鉆井工具三部分

2、對(duì)用于地質(zhì)導(dǎo)向鉆井施工 的鉆井工具進(jìn)行介紹。第一部分導(dǎo)向鉆井工具導(dǎo)向鉆井工具包括井下動(dòng)力鉆具、穩(wěn)定器、震擊器、減震器、井下液壓加力器等工具。一、井下動(dòng)力鉆具井下動(dòng)力鉆具是一種把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的鉆井工具。當(dāng)泥漿泵產(chǎn)生的高壓泥漿 流經(jīng)井下動(dòng)力鉆具時(shí)，井下動(dòng)力鉆具的轉(zhuǎn)子在泥漿壓力的驅(qū)動(dòng)下繞定子的軸線旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的 扭矩和轉(zhuǎn)速通過(guò)萬(wàn)向軸和傳動(dòng)軸傳遞給鉆頭，從而實(shí)現(xiàn)鉆井作業(yè)。隨著導(dǎo)向鉆井技術(shù)不斷發(fā)展，作為導(dǎo)向鉆井的必備工具，井下動(dòng)力鉆具也隨之發(fā)生了巨 大變化。目前用于導(dǎo)向鉆井的動(dòng)力鉆具具有以下特征：1、用于不同的井眼尺寸、造斜率、輸出扭矩、鉆頭轉(zhuǎn)速、泥漿排量、隨鉆或轉(zhuǎn)動(dòng)的施 工需要；2、能用于水平

3、井、欠平衡鉆井、分枝井、連續(xù)油管等鉆井作業(yè)施工；3、能適用于任何泥漿體系施工，包括清水或鹽水泥漿、水基泥漿、油基泥漿、合成油 基泥漿、聚合物泥漿以及空氣或泡沫泥漿；4、動(dòng)力鉆具具有不同的轉(zhuǎn)速和扭矩，能在不同的地層、不同的施工要求中使用相應(yīng)的 動(dòng)力鉆具，以充分提高施工效率；5、可以和三牙輪鉆頭、碳化鎢鑲齒鉆頭、銑齒鉆頭、PDC鉆頭、金剛石鉆頭配合使用；6、可靠性得到大幅度提高，能滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間施工的需要。7、和其它技術(shù)相結(jié)合，性能得到進(jìn)一步完善，已經(jīng)逐步發(fā)展成為一種綜合性鉆井工具。（一）、井下動(dòng)力鉆具的結(jié)構(gòu)井下動(dòng)力鉆具的結(jié)構(gòu)沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)定，但一般都包括以下幾個(gè)部分：旁通閥總成、驅(qū)動(dòng) 總成、萬(wàn)向軸總成

4、、傳動(dòng)軸總成、彎殼體和穩(wěn)定器總成。彎殼體/穩(wěn)定器總成傳動(dòng)軸萬(wàn)向軸驅(qū)動(dòng)總成總成總成旁通閥總成圖、井下動(dòng)力鉆具的結(jié)構(gòu)1、旁通閥總成旁通閥總成的工作原理是泥漿流量經(jīng)閥芯內(nèi)孔，在孔兩端產(chǎn)生壓力差，見(jiàn)圖畫(huà)2-28。 當(dāng)泥漿流量達(dá)到動(dòng)力鉆具正常工作最小流量要求以上時(shí)，上端壓力大于下端壓力，此壓力差 克服彈簧力把閥芯壓下，旁通孔被關(guān)閉，泥漿流經(jīng)井下馬達(dá)，把壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，見(jiàn)圖 2-28A。當(dāng)泥漿流量低于動(dòng)力鉆具正常工作最小流量時(shí)或停泵時(shí)，壓力差不足以把閥芯下壓， 彈簧把閥芯頂起，旁通孔導(dǎo)通，泥漿由旁通閥流出，見(jiàn)圖2-28B。旁通閥裝于驅(qū)動(dòng)總成的上方，主要作用是下鉆過(guò)程中泥漿能通過(guò)旁通閥進(jìn)入鉆桿，起鉆 過(guò)

5、程中鉆桿里面的泥漿有能從旁通閥流出來(lái)。在特殊需要的情況下也可進(jìn)行低排量循環(huán)。旁 通閥總成有一個(gè)閥門(mén)，在壓差沒(méi)有大到把它壓下直至關(guān)閉的情況下，它使鉆桿里面與井眼環(huán) 空連通。如果泥漿含砂量很高，為防止旁通閥被堵，或者在使用空氣/氣體鉆井時(shí)，不使用 旁通閥動(dòng)力鉆句仍然能工作。旁通閥的扣型一般都采用標(biāo)準(zhǔn)扣或通用的工業(yè)扣，方便使用或不使用旁通閥的鉆井施 工。在旁通閥和驅(qū)動(dòng)總成之間可以裝一個(gè)彎殼體，可以減少鉆頭到彎殼體之間的距離，增加 了鉆頭的偏心效果，同時(shí)也可利用雙彎殼體滿(mǎn)足某些特殊作業(yè)的施工。A：旁通閥通B：旁通閥關(guān)圖2-28旁通閥結(jié)構(gòu)示意圖2、驅(qū)動(dòng)總成驅(qū)動(dòng)總成由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，見(jiàn)圖2-29。轉(zhuǎn)

6、子是一根經(jīng)過(guò)加工并有耐磨抗腐蝕 鍍層的左旋螺桿。定子是在經(jīng)過(guò)機(jī)械加工的鋼管內(nèi)壁上用特制的壓膠芯軸壓鑄并粘牢的定子 橡膠，它耐磨并抗碳?xì)浠衔?。在轉(zhuǎn)子裝入定子之后，任意截取一個(gè)垂直于軸線的截面，它 們兩者均是共軛嚙合的，因此，繞軸線的左螺旋桿上有一系列嚙合點(diǎn)，這些嚙由合點(diǎn)封閉起 來(lái)的容腔組成一個(gè)密封腔，而且此容腔體積是一定的。隨著螺桿在定子中的運(yùn)動(dòng)，逐步沿軸 向移動(dòng)，把完成能量轉(zhuǎn)換的泥漿由低壓腔排出馬達(dá)?？偝山Y(jié)構(gòu)示意圖造橡膠定子少圖2-29驅(qū)動(dòng)構(gòu)其構(gòu)造形式都一樣，只是鋼動(dòng)力鉆具的定、轉(zhuǎn)子采用瓣?duì)罱Y(jié)木一個(gè)瓣形輪，其獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)方式都有利于減少接觸壓力、滑動(dòng)摩擦、震動(dòng)和磨損， 從而延長(zhǎng)了定、

7、轉(zhuǎn)子的使用壽命。同時(shí)考慮到施工過(guò)程中各種參數(shù)都會(huì)不同，包括泥漿比重、 粘度、溫度、固相含量、堵漏材料以及地層流體和地層中的氣體對(duì)定子橡膠的化學(xué)作用，動(dòng) 力鉆具全部采用抗沖蝕、腐蝕及磨損的材料制造，以充分發(fā)揮其其工作壽命。高排量或低降鉆有些動(dòng)力鉆具的轉(zhuǎn)子軸心可以采用帶噴嘴的中空轉(zhuǎn)子中空結(jié)構(gòu)以滿(mǎn)足r TFFf_頭轉(zhuǎn)速的施工而要。fL3、萬(wàn)向軸總成萬(wàn)向軸總成位于轉(zhuǎn)子下端，如圖2-30所示。其作用是把馬達(dá)產(chǎn)生的扭矩和轉(zhuǎn)速傳遞到 傳動(dòng)軸上，實(shí)現(xiàn)把轉(zhuǎn)子的偏心運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成傳動(dòng)軸的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)承受鉆壓所產(chǎn)生的軸向和 徑向負(fù)荷。萬(wàn)向軸總成由止推軸承、徑向軸承、限流環(huán)和驅(qū)動(dòng)軸共同組成。對(duì)大尺寸的動(dòng)力鉆具而 言，止

8、推軸承一般采用多級(jí)定軌組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要功能是承受軸向方向作用在動(dòng)力鉆具上 的力；于小尺寸的動(dòng)力鉆具則采用碳化摩擦軸承。徑向軸承裝在止推軸承的兩端，主要用于 吸收傳動(dòng)軸產(chǎn)生的徑向負(fù)荷。流經(jīng)動(dòng)力鉆具的5-8%的流體用于冷卻萬(wàn)向軸總成，流經(jīng)萬(wàn)向軸總成的流體流量是由限 流環(huán)控制的，不同尺寸的限流環(huán)產(chǎn)生不同的壓降。圖2-30萬(wàn)向軸4、傳動(dòng)軸總成傳動(dòng)軸總成結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)2-31，其作用:! m -已 m 總成結(jié)構(gòu)意圖達(dá)的轉(zhuǎn)速和扭矩傳遞給鉆頭。圖2-31傳動(dòng)軸總成結(jié)構(gòu)示意圖5、彎殼體和穩(wěn)定器總成彎殼體是加工成一定角度的動(dòng)力鉆具的外殼，而為了滿(mǎn)足不同造斜率和不同施工的需 要，在動(dòng)力鉆具外殼上焊接或安裝一個(gè)或穩(wěn)

9、定器。彎殼體一般包括可調(diào)角度彎殼體、固定角度彎殼體、直彎殼體以及其它彎殼體。采用可 調(diào)角度彎殼體，彎殼體角度可以在地面或井下調(diào)整，調(diào)范圍為一般為0到3，而要調(diào)整 或更換固定角度彎殼體、直彎殼體以或偏心彎殼體則必須在車(chē)間進(jìn)行。穩(wěn)定器包括可調(diào)尺寸穩(wěn)定器、偏心穩(wěn)定器、偏心塊、套裝穩(wěn)定器等。可調(diào)角度彎殼體、固定角度彎殼體、彎接頭、穩(wěn)定器及偏心塊都可與動(dòng)力鉆具進(jìn)行組合， 共同用于定向鉆施工，以達(dá)到不同的施工效果，滿(mǎn)足不同的施工需要。（二）、用于導(dǎo)向鉆井施工的動(dòng)力鉆具由于鉆井技術(shù)和施工工藝的限制，井下動(dòng)力鉆具是目前仍是導(dǎo)向鉆井施工中普遍采用的 一種井下工具。為了滿(mǎn)足不同的施工要求和達(dá)到不同的施工目的，井下

10、動(dòng)力鉆具在其發(fā)展過(guò) 程中先后出現(xiàn)了多種類(lèi)型，如單彎動(dòng)力鉆具、異向雙彎動(dòng)力鉆具、鉸接式動(dòng)力鉆具、可調(diào)彎 度動(dòng)力鉆具、可調(diào)穩(wěn)定器動(dòng)力鉆具、井下可調(diào)徑動(dòng)力鉆具等。這些井下動(dòng)力鉆具由于各種原 因，目前都還在現(xiàn)場(chǎng)施工中應(yīng)用。1、異向雙彎動(dòng)力鉆具（DTU）異向雙彎動(dòng)力鉆具是在普通單彎的基礎(chǔ)上改制的，是最初用于導(dǎo)向鉆井的專(zhuān)用工具。異向雙彎動(dòng)力鉆具外殼上設(shè)有兩個(gè)彎點(diǎn)，一個(gè)是在旁通閥和驅(qū)動(dòng)總成之間的驅(qū)動(dòng)總成部 分裝配的一個(gè)彎殼體，另一個(gè)是在萬(wàn)向軸上方的驅(qū)動(dòng)總成部分裝配的一個(gè)彎殼體。兩個(gè)彎點(diǎn) 所形成的鉆具彎曲方向正好相反。如圖2-32所示。旁通閥 上部彎殼體 驅(qū)動(dòng)部分 下部彎殼體穩(wěn)定器圖2-32異向雙彎動(dòng)力鉆具結(jié)

11、構(gòu)示意圖與單彎鉆具相比，異向雙彎組合鉆頭偏移量減少，動(dòng)力鉆具各部分所受應(yīng)力降低，可使 鉆出的井眼更趨平滑。異向雙彎由于能滿(mǎn)足軌跡小幅度調(diào)整的需要，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的扭矩小，在水平段導(dǎo)向 過(guò)程中使用較多。2、單彎動(dòng)力鉆具圖2-33單彎動(dòng)力鉆具（1）圖2-34單彎動(dòng)力鉆具（2）單彎動(dòng)力鉆具將接頭是指動(dòng)力鉆具本體上只裝配一個(gè)彎殼體的動(dòng)力鉆具。根據(jù)不同的施 工要求。彎殼體可以裝在鉆具的下部，也可裝在鉆具的上部。彎殼體可以是固定角度的，也 可是可調(diào)角度的（見(jiàn)圖2-32、2-34）。同時(shí)，在彎殼體上可以裝配穩(wěn)定器（見(jiàn)圖2-32）或穩(wěn)定塊、偏心塊（見(jiàn)圖2-33）。穩(wěn)定 器、穩(wěn)定塊、偏心塊可以是固定的，也可以是

12、現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)的。單彎動(dòng)力鉆具在導(dǎo)向鉆井施工中使用是最多的，主要用來(lái)定向、調(diào)整軌跡及提高機(jī)械鉆 速。3、鉸接式動(dòng)力鉆具在中小曲率的水平井中施工，需要?jiǎng)恿︺@具的造斜率達(dá)到140 /100m以上，為了井下 動(dòng)力鉆具的造斜能力能夠滿(mǎn)足需要以及確保施工的安全，要求動(dòng)力鉆具必須有足夠高的造斜 能力并且其剛性不能太強(qiáng)。釵接動(dòng)力鉆具就是在這樣的要求下產(chǎn)生的（見(jiàn)圖2-35），它在受 外力不大的情況下，彎曲并不厲害，可以轉(zhuǎn)動(dòng)，并且可以沿彎曲軸向在一定的范圍內(nèi)活動(dòng)。 當(dāng)動(dòng)力鉆具在井下承受一定的鉆壓后，動(dòng)力鉆具下部彎殼體沿軸向彎曲方向盡量彎曲，其造 斜能力得到充分發(fā)揮。MWD絞接部位動(dòng)力鉆具絞接部位下部驅(qū)動(dòng) 部分上部驅(qū)動(dòng)

13、, 部分MWD 脈沖發(fā)生器圖2-35絞接雙驅(qū)動(dòng)動(dòng)力鉆具側(cè)向型動(dòng)力鉆具。構(gòu)造型動(dòng)力鉆具依靠縮短這種絞接式結(jié)構(gòu)一般用于構(gòu)造型動(dòng)力鉆J 絞接馬達(dá)部分的長(zhǎng)度來(lái)縮短鉆頭到MWD之間 提高機(jī)械鉆速。則向型動(dòng)力鉆具可以裝配三個(gè)驅(qū)動(dòng)以Sperry-Sun 公司小曲率動(dòng)力鉆具技術(shù)規(guī)范丁具尺寸(mm)1209373設(shè)計(jì)曲率(m)1390139013.7適用井眼尺寸(mm6114.3.12098.4.108造斜點(diǎn)以上井眼最小尺寸(mm)125 4 155.6.158.8117.5.123.8101.6.111.4丁具外徑(mm)120mm93mm73mm轉(zhuǎn)速(rpm)105-262128-

14、256120-480長(zhǎng)度(m)4.544.542.62重量(Kg)25813534君E量(gpm)100-250100-16020-80最大扭矩(ft-lb)300300500最大壓差(Psi)750465160上部扣型根據(jù)需要配根據(jù)需要配根據(jù)需要配推薦上扣扭矩(ft-lb)5.0003.6002.000下部扣型3-1/2 Reg.2-7/8 Reg.2-3/8 Reg.推薦上扣扭矩(ft-lb)7.0005.0002.0004、雙驅(qū)動(dòng)動(dòng)力鉆具雙驅(qū)動(dòng)動(dòng)力鉆具可以裝配兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)總成(見(jiàn)圖2-36),以此提高輸出扭矩及高壓 環(huán)境下維持鉆頭的轉(zhuǎn)速。兩個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)同步工作，可大幅度提高施工效率。同時(shí)

15、，在高壓環(huán) 境下施工，動(dòng)力鉆具的失速壓力明顯增加，轉(zhuǎn)子的壽命也明顯延長(zhǎng)。上部驅(qū)動(dòng)部上部穩(wěn)定器下部驅(qū)動(dòng)部下部穩(wěn)定器圖2-36雙驅(qū)動(dòng)動(dòng)力鉆具5、帶儀器的動(dòng)力鉆具隨著地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的發(fā)展，地質(zhì)導(dǎo)向工具日益引起了人們的重視。在發(fā)展地質(zhì)導(dǎo) 向工具的過(guò)程中，人們將地質(zhì)導(dǎo)向儀器電阻率傳感器、自然伽瑪傳感器、近鉆頭傳感器和動(dòng) 力鉆具組裝到一起，形成了帶儀器的動(dòng)力鉆具。目前Slumberger公司、Baker Hughes INTEQ 公司、Sperry-Sun公司等公司都有這方面的產(chǎn)品，有關(guān)這種工具的詳細(xì)介紹見(jiàn)本節(jié)“地質(zhì) 導(dǎo)向工具”部分。圖2-37是SPERRY-SUN公司的地質(zhì)導(dǎo)向工具IMM示意圖。圖2-

16、37帶儀器動(dòng)力鉆具（IMM）6、可調(diào)徑動(dòng)力鉆具可調(diào)徑動(dòng)力鉆具是將可調(diào)徑穩(wěn)定器與正容積動(dòng)力鉆具組合到一起的動(dòng)力鉆具。由于可 調(diào)徑穩(wěn)定器外徑可以在井下調(diào)整，因此提高了這中動(dòng)力鉆具對(duì)軌跡井斜的控制能力。關(guān)于這 種動(dòng)力鉆具的詳細(xì)介紹見(jiàn)下面部分。圖2-38是SPERRY-SUN公司的兩種帶穩(wěn)定器的動(dòng)力鉆具的對(duì)比圖。常規(guī)或地面可調(diào)穩(wěn)定器SperryDrill.常規(guī)動(dòng)力鉆具圖2-38 Sperry-Sun公司的兩種帶穩(wěn)定器的動(dòng)力鉆具的對(duì)比圖7、適宜于高轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速的動(dòng)力鉆具某些改進(jìn)型的井下動(dòng)力鉆具可適用于轉(zhuǎn)速度高達(dá)到200rpm的鉆井施工，主要用于提高 鉆井速度。8、適宜于空氣或泡沫鉆井的動(dòng)力鉆具某些特殊加工的

17、井下動(dòng)力鉆具可用于空氣或泡沫循環(huán)媒體鉆井施工，常用于欠平衡鉆井 施工。9、適宜于合成泥漿體系鉆井的動(dòng)力鉆具實(shí)踐證明有些定子橡膠與部分新型合成泥漿體系發(fā)生相互反應(yīng)，而導(dǎo)致整個(gè)動(dòng)力鉆具 不適應(yīng)于在新型合成泥漿體系中施工。采用特殊的轉(zhuǎn)子橡膠裝配的動(dòng)力鉆具能適用于在新型 合成泥漿體系中施工。10、耐高穩(wěn)動(dòng)力鉆具采用特殊的耐高溫的定子橡膠，利用溫度補(bǔ)償措施，井下動(dòng)力鉆具可以在溫度高達(dá) 160C的環(huán)境中和油基泥漿體系中施工。11、電動(dòng)動(dòng)力鉆具（三）、實(shí)例介紹井下可調(diào)外徑動(dòng)力鉆具井下可調(diào)外徑動(dòng)力鉆具是在可更換近鉆頭穩(wěn)定器的動(dòng)力鉆具和可調(diào)穩(wěn)定器的基礎(chǔ)上發(fā) 展起來(lái)的一種動(dòng)力鉆具，如圖2-35所示。這種動(dòng)力鉆具的

18、特點(diǎn)是，在現(xiàn)場(chǎng)不需要更換靠近 鉆頭的穩(wěn)定器，而是通過(guò)開(kāi)關(guān)泵、鉆具與井壁接觸加壓等方式控制穩(wěn)定器翼片伸出或縮回， 從而在地面改變井下近鉆頭穩(wěn)定器尺寸，以達(dá)到多滑動(dòng)、少轉(zhuǎn)動(dòng)、盡量提高軌跡的延伸程度、 提高井下施工安全的目的。目 前，Slumberger 公司、Baker Hughes INTEQ 公司、Halliburton 公司、Sperry-Sun 公司等專(zhuān)業(yè)化的鉆井技術(shù)服務(wù)公司都有自己的可調(diào)外徑動(dòng)力鉆具，在此主要介紹Sperry-Sun 公司可調(diào)徑動(dòng)力鉆具AGMtm。Sperry-Sun公司可調(diào)徑動(dòng)力鉆具AGMSperry-Sun公司的可調(diào)徑動(dòng)力鉆具AGMtM ( Adjustable Ga

19、uge Mot or)首次將可調(diào)徑穩(wěn) 定器和正容積井下動(dòng)力鉆具PDM (Positive Displacement Motor)組合到一起?？烧{(diào)徑穩(wěn)定 器位于PDM的上方，用于控制轉(zhuǎn)動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中小范圍內(nèi)( 1/100 ft)的井斜的變化，以使 軌跡更加平滑。由于穩(wěn)定器翼片難以伸出到足夠的長(zhǎng)度，對(duì)于井斜變化很大(土 1-1/2 /100 ft) 的井段，AGM就難以達(dá)到理想的效果。實(shí)際施工表明，將可調(diào)徑穩(wěn)定器安裝在正容積井下 動(dòng)力鉆具的下方對(duì)于井斜變化很大的井段的軌跡控制有很好的效果，但這種組合妨礙了動(dòng)力 鉆具性能的正常發(fā)揮。AGMtm在水平井和大位移井中施工，通過(guò)連續(xù)滑動(dòng)鉆進(jìn)方式實(shí)現(xiàn)了軌跡的精

20、確調(diào)整， 使軌跡垂深得到精確控制，提高井眼清潔能力，提高了機(jī)械鉆速。目前AGM系列工具有4-3/4”，6-3/4”和8”三種尺寸。對(duì)于4-3/4”和8”的AGMtm而言， 可調(diào)穩(wěn)定器位于鉆頭上方2-4ft，而對(duì)6-3/4”的AGM而言，由于在鉆頭和可調(diào)穩(wěn)定器之間安 裝了近鉆頭井斜傳感器ABI，從而使可調(diào)穩(wěn)定器距離鉆頭的距離稍遠(yuǎn)一點(diǎn)。AGMtm穩(wěn)定器外徑的調(diào)整是通過(guò)開(kāi)/關(guān)泵操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而穩(wěn)定器外徑的大小可以通過(guò) 立關(guān)壓力大小來(lái)判斷。AGMtm每一條穩(wěn)定器翼片含有4-5個(gè)活塞，井眼環(huán)空和鉆具內(nèi)部的 壓差值不同，靠活塞控制的穩(wěn)定器塊的伸出長(zhǎng)度就不同，由此控制泵壓的大小，就可控制穩(wěn) 定器外徑的大小。

21、由于活塞縮回是靠彈簧向后的拉力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為了使穩(wěn)定器翼片在工作中 伸、縮動(dòng)作迅速，就要保證泥漿流經(jīng)鉆頭時(shí)必須產(chǎn)生一定的最小壓差(推薦450Psi)。當(dāng)穩(wěn) 定器翼片伸出時(shí)，泥漿流經(jīng)AGMtm產(chǎn)生的壓差可以忽略不計(jì)，而當(dāng)穩(wěn)定器翼片全部縮回時(shí)， 會(huì)產(chǎn)生約300Psi的壓差，由此就可判斷活塞/穩(wěn)定器翼片的狀況。AGMtm具有以下特征：1、通過(guò)旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式控制井眼井斜，控制范圍在3/100ft內(nèi)。AGMtm旋轉(zhuǎn)方式控制軌 跡的能力于動(dòng)力鉆具動(dòng)力部分長(zhǎng)度、上部穩(wěn)定器位置和狀態(tài)以及地層的增降斜能力有關(guān)。2、滑動(dòng)鉆進(jìn)方式下，調(diào)整軌跡的能力在3/100ft左右，具體的調(diào)整軌跡的能力與動(dòng)力 鉆具彎度的大小、穩(wěn)定器

22、外徑大小等因素有關(guān)。3、翼片伸出、縮回兩種狀態(tài)下產(chǎn)生的壓差約為300Psi，據(jù)此可以判斷穩(wěn)定器翼片的工 作狀態(tài)。4、穩(wěn)定器的兩種尺寸是通過(guò)井眼環(huán)空和鉆具內(nèi)部之間的壓差來(lái)控制的。控制方法簡(jiǎn)單， 通過(guò)開(kāi)/關(guān)泵操作就可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定器翼片伸出/縮回之間的轉(zhuǎn)換。5、不需要通過(guò)在鉆頭上施加壓力來(lái)固定穩(wěn)定器的狀態(tài)。6、可以和Sperry-Sun公司的任何Sperry Drill動(dòng)力鉆具聯(lián)合使用。7、性能可靠，能滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間施工的需要。表2-28 Sperry-Sun公司可調(diào)外徑動(dòng)力鉆具AGMtm主要技術(shù)規(guī)范動(dòng)力鉆具尺寸4-3/4(121mm)6-3/4(171mm)8(203mm)動(dòng)力鉆具長(zhǎng)度29.639.540

23、.3連接扣型上部3-1/2 REG box4-1/2 REG box6-5/8 REG box下部3-1/2 REG box4-1/2 REG box6-5/8 REG box翼片外徑活塞縮回5-1/2,5-3/47-7/811-3/8活塞伸出6,6-1/48-1/212-1/8活塞個(gè)數(shù)121515信號(hào)強(qiáng)度150-300Psi150-300Psi150-300Psi扣平面到穩(wěn)定器距離 扣平面到彎點(diǎn)距離 可承受最大鉆壓 允許排量范圍是否帶ABI傳感器 ABI傳感器到鉆頭距離2.514.825000100-250否無(wú)1821.344.15000070000300-600是8.6600-900否無(wú)二

24、、穩(wěn)定器在導(dǎo)向鉆井過(guò)程中，為了有效控制井下工具的造斜能力，有時(shí)也需要在井下鉆具配置穩(wěn) 定器。常用的穩(wěn)定器有普通穩(wěn)定器、帶儀器的穩(wěn)定器、可調(diào)徑穩(wěn)定器，使導(dǎo)向鉆井技術(shù)得到 了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在導(dǎo)向鉆井過(guò)程中，使用穩(wěn)定器具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：a）、在大斜度或水平井段使用旋轉(zhuǎn)方式鉆進(jìn)時(shí)，具有更好的保徑性能及耐磨性能。b）、在大斜度或水平段使用時(shí)，有利于傳遞鉆壓、減少摩阻。c）、在鉆具組合中能更好地起到單點(diǎn)支撐作用，有利于控制井身軌跡達(dá)到設(shè)計(jì)要求。d）、在各類(lèi)地層中都有良好的扶正效果，并使井徑擴(kuò)大率控制到最小。e）、減少泥漿流動(dòng)的環(huán)空阻力，保證井眼暢通，起下順利。f）、在測(cè)量對(duì)磁性干擾有特殊要求的場(chǎng)合

25、，穩(wěn)定器應(yīng)采用無(wú)磁材料。（一）、常用穩(wěn)定器種類(lèi)1、普通穩(wěn)定器在導(dǎo)向鉆井施工過(guò)程中，普通穩(wěn)定器一般加接在緊靠在動(dòng)力鉆具的上面，有利于增強(qiáng)動(dòng) 力鉆具的剛性、合理改善轉(zhuǎn)動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)井下鉆具控制軌跡的能力，從而使造斜率均勻一致并保 證方位穩(wěn)定。普通穩(wěn)定器包括螺旋穩(wěn)定器、無(wú)磁穩(wěn)定器、滾子穩(wěn)定器、偏心穩(wěn)定器等。2、可變徑穩(wěn)定器隨著導(dǎo)向技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外許多公司鉆井技術(shù)服務(wù)公司都成功研制了可變徑穩(wěn)定器以滿(mǎn) 足導(dǎo)向鉆井技術(shù)發(fā)展的需要。和其它類(lèi)型的穩(wěn)定器相比，可變徑穩(wěn)定器有如下優(yōu)點(diǎn)：、穩(wěn)定器上扶正片的伸縮可以在地面通過(guò)開(kāi)、關(guān)泵來(lái)實(shí)現(xiàn)，避免了因軌跡控制的需要 而進(jìn)行的起下鉆作業(yè)，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。、同一鉆具組合，因

26、穩(wěn)定器外徑不同，只利用轉(zhuǎn)盤(pán)鉆進(jìn)方式就可實(shí)現(xiàn)軌跡的增、降斜 作業(yè)，避免了使用動(dòng)力鉆具施工時(shí)高扭矩、加壓困難、鉆具易粘卡等缺陷。、采用轉(zhuǎn)盤(pán)鉆方式，提高了機(jī)械鉆速，節(jié)約了動(dòng)力鉆具的使用、維護(hù)費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益 顯著。、采用轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)進(jìn)，避免了軌跡大起大落的變化，使軌跡更平滑，能使大位移定向井、 超深水平井、超長(zhǎng)水平段的軌跡盡量向前延伸。、穩(wěn)定器減少了井下鉆具和井壁間的接觸面積，改善了井下鉆具的施工環(huán)境，加強(qiáng)了 井眼清洗效果，提高了施工的安全。由于可變徑穩(wěn)定器的上述優(yōu)點(diǎn)，這種穩(wěn)定器在導(dǎo)向鉆井技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前 Slumberger 公司、Baker Hughes INTEQ 公司、Halliburt

27、on 公司、Sperry-Sun 公司等專(zhuān)業(yè) 化的鉆井技術(shù)服務(wù)公司都有自己的可變徑穩(wěn)定器。3、帶儀器的穩(wěn)定器帶儀器的穩(wěn)定器是指將測(cè)量、地質(zhì)評(píng)價(jià)儀器與近鉆頭穩(wěn)定器組裝成一體的穩(wěn)定器。目前帶儀器的穩(wěn)定器還只有Slumberger公司在施工中投入了使用，主要是將地質(zhì)評(píng)價(jià) 儀器和近鉆頭穩(wěn)定器組裝到一起用于旋轉(zhuǎn)鉆井施工，有時(shí)為了改善導(dǎo)向鉆進(jìn)效果和及早獲取地 層地質(zhì)參數(shù)，該穩(wěn)定器也和井下動(dòng)力鉆具一起使用。(二)、實(shí)例介紹在此介紹SPERRY-SUN公司生產(chǎn)的可變徑穩(wěn)定器AGStm和Halliburton公司的可變徑穩(wěn) 定器 TRACStm。1、Sperry-Sun公司的可調(diào)穩(wěn)定器AGSSperry-Sun

28、公司的可調(diào)徑穩(wěn)定器AGSTM (Adjustable Gauge Stabilizer)是一種液壓驅(qū)動(dòng) 活塞運(yùn)動(dòng)從而改變其外徑的穩(wěn)定器。這種可調(diào)徑穩(wěn)定器有三個(gè)直條型或螺旋型的穩(wěn)定翼，每 個(gè)穩(wěn)定翼由4到5個(gè)活塞組成，活塞使用的是高強(qiáng)度的耐磨材料?；钊阢@具內(nèi)部和井眼環(huán) 空之間的壓差的作用下向外伸出，在不同的壓差下，活塞伸出的幅度是不同的，從而實(shí)現(xiàn)了 變徑的目的。由于活塞的回縮是靠彈簧的拉力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)壓差低于一定的程度、活塞受到的推力低 于彈簧對(duì)活塞的拉力時(shí)，活塞就會(huì)縮回。因此，為了保證穩(wěn)定器正常工作，必須保證井眼環(huán) 空和鉆具內(nèi)部之間存在不低于450Psi的壓差。此外，當(dāng)活塞縮回至停止位時(shí)，其自

29、身產(chǎn)生 的壓差為零；當(dāng)穩(wěn)定器處于工作位置1時(shí)，穩(wěn)定器自身產(chǎn)生的壓差很小，可以忽略不計(jì)；當(dāng) 活塞完全伸出、處于工作位置2時(shí)，會(huì)產(chǎn)生150-250Psi的壓差。據(jù)此可以判斷穩(wěn)定器活塞的 伸出/縮回情況。AGStm的活塞有三個(gè)定位點(diǎn)，包括一個(gè)停止點(diǎn)和兩個(gè)工作點(diǎn)。當(dāng)活塞位于停止點(diǎn)時(shí)， 活塞表面低于穩(wěn)定翼表面1/8” ；當(dāng)活塞位于第一個(gè)工作點(diǎn)時(shí)，活塞表面與穩(wěn)定翼表面平齊； 當(dāng)活塞位于第二個(gè)工作點(diǎn)時(shí)，活塞完全伸出。穩(wěn)定器尺寸不同，其外徑變化幅度不同，總的 變化幅度在1/4”到3/4”之間。通過(guò)開(kāi)關(guān)泵操作就可調(diào)整可調(diào)徑穩(wěn)定器AGStm外徑，施工時(shí)工具就按設(shè)置好的外徑的 尺寸工作。由于操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)施工完全能

30、滿(mǎn)足精確控制井眼井斜的需要。旋螺穩(wěn)控制主軸復(fù)位彈簧斜坡滑塊,活塞柱狀凸輪 鎖卡塞 活翼 定二_r圖 2-39 日perry-S（1）、可調(diào)徑穩(wěn)定器AGStm的工作原理及變徑方法由于可調(diào)徑穩(wěn)定器AGStm尺寸的不同，每個(gè)穩(wěn)定翼上的活塞數(shù)量也不同。如果穩(wěn)定翼 上有五個(gè)活塞，那么這個(gè)穩(wěn)定器就有五個(gè)，活塞的底部座卡于斜坡滑塊中，每個(gè)斜坡滑塊控 制三個(gè)活塞運(yùn)動(dòng)，每個(gè)穩(wěn)定翼上同一截面位置上各一個(gè)。斜坡滑塊的坡度是不同的，活塞的 底部處于斜坡滑塊上的不同位置，其伸出的幅度就不同。下圖表示的就是活塞位于斜坡滑塊 不同位置時(shí)活塞伸出情況示意圖。由該示意圖可直，當(dāng)活塞處于位置1時(shí)，這時(shí)活塞處于停 止位（活塞平面低

31、于穩(wěn)定翼表面）；當(dāng)活塞處于位置2時(shí)，這時(shí)活塞處于第一個(gè)工作點(diǎn)（活 塞平面與穩(wěn)定翼表面平齊）；當(dāng)活塞處于位置3時(shí)，這時(shí)活塞處于第二個(gè)工作點(diǎn)（活塞平面 高于穩(wěn)定翼表面）。此外，控制主軸對(duì)斜坡滑地活塞的控制是同步進(jìn)行的，活塞的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有 先后之分。圖2-40活塞位于斜坡滑塊不同位置時(shí)活塞伸出情況示意圖斜坡滑塊是受控制主軸控制的?？刂浦鬏S在壓差的作用下被下壓時(shí)，帶動(dòng)五個(gè)斜坡滑塊 同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)活塞進(jìn)入下一個(gè)定位點(diǎn)，進(jìn)入定位點(diǎn)后如果壓差繼續(xù)存在則活塞穩(wěn)定， 如果壓差消失則斜坡滑塊隨控制主軸回到停止位。控制主軸主要控制斜坡滑塊的運(yùn)動(dòng)，它能受到兩個(gè)力的控制。第一是受壓差產(chǎn)生的向下 的推力，第二是受扶位彈簧

32、對(duì)它產(chǎn)生的向上的拉力。開(kāi)泵后，壓差在控制主軸上產(chǎn)生向下的 推力推動(dòng)控制主軸向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)與之連接的復(fù)位彈簧被拉長(zhǎng)。壓差消失，復(fù)位彈簧產(chǎn)生的 向上的拉力將控制主軸拉回。由此實(shí)現(xiàn)了可調(diào)徑穩(wěn)定器AGStm開(kāi)泵活塞被推至下一個(gè)定位 點(diǎn)、停泵活塞復(fù)位至停止位的往復(fù)運(yùn)動(dòng)?？刂浦鬏S的定位又受柱狀凸輪鎖卡的控制。柱狀凸輪鎖卡有四個(gè)定位點(diǎn)，但是只有三種 定位效果。每開(kāi)一次泵柱狀凸輪鎖卡動(dòng)作一次，使控制主軸的位置也隨著柱狀凸輪鎖卡的動(dòng) 作而變化。柱狀凸輪鎖卡在動(dòng)作的過(guò)程中，只能單向前進(jìn)，不能往后退，因此受它控制的控 制主軸也只能循環(huán)往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，如下圖所示。位置B位置D位置A位置C位置A圖2-41柱狀凸輪鎖卡的位置

33、的變化順序示意圖由上圖可知，如果柱狀凸輪鎖卡的停止位是位置A，那么位置C也是一個(gè)停止位，二 者在實(shí)際構(gòu)造中的位置不同，但控制控制主軸產(chǎn)生位移的效果是一樣的（控制主軸處于同一 位置）。對(duì)應(yīng)于活塞的位置來(lái)說(shuō)，如果柱狀凸輪鎖卡起始位置處于位置A時(shí)活塞處于停止 位，則每開(kāi)/停一次泵，柱狀凸輪鎖卡都動(dòng)作一次，控制主軸也向前動(dòng)作一次，活塞的位置 （實(shí)際效果）將依次為（停止位，停泵）一第一工作點(diǎn)（開(kāi)泵）一停止位（停泵）一第二工 作點(diǎn)（開(kāi)泵）一停止位（停泵）一第一工作點(diǎn)（開(kāi)泵），如下圖2-42所示。圖2-42開(kāi)關(guān)泵次數(shù)與可調(diào)徑穩(wěn)定器AGSTM舌塞的位置關(guān)系施工過(guò)程中，通過(guò)開(kāi)、關(guān)泵操作就可改變穩(wěn)定器外徑，穩(wěn)定器

34、外徑的改變及保持何種 工作狀態(tài)都只與泵壓有關(guān)，而與施加在鉆頭/穩(wěn)定器上的鉆壓無(wú)關(guān)。實(shí)際施工過(guò)程中，對(duì)于 確切了解穩(wěn)定器處于何種工作位置是十分重要的，一方面可以通過(guò)記錄開(kāi)關(guān)泵次數(shù)追蹤記錄 穩(wěn)定器的實(shí)際外徑大小，另一方面也可以根據(jù)泵壓的大小來(lái)判斷穩(wěn)定器外徑的大小。具體的 方法就是：開(kāi)泵至正常工作狀態(tài)，記錄下此時(shí)的泵沖、排量及立管壓立。然后停泵，再開(kāi)泵 至正常工作狀態(tài)，在確保泵沖、排量與前一次開(kāi)泵的參數(shù)一樣的情況下，比較兩次開(kāi)泵泵壓 的變化情況。如果泵壓降低，說(shuō)明上一次穩(wěn)定器全部伸出(穩(wěn)定器處于工作位置2)，此時(shí) 穩(wěn)定器處于工作位置1。反之則正好相反。、主要特點(diǎn)：、定器尺寸時(shí)，只需將鉆具提離井底，通

35、過(guò)開(kāi)泵循環(huán)即可實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定起尺寸及狀態(tài)的 控制與鉆壓無(wú)關(guān)。、系統(tǒng)有兩種可調(diào)外徑，操作簡(jiǎn)單；、通過(guò)立管壓力的大小可準(zhǔn)確判斷井下穩(wěn)定器的實(shí)際工作尺寸；、摩阻小，磨損底，可滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間工作的需要；、從5-3/8”到17-1/2”的變化范圍，能適用于絕大部分井眼的施工。(3)、技術(shù)規(guī)范表2-29列出了 Sperry-Sun的可變徑穩(wěn)定器AGStm主要技術(shù)參數(shù)。表2-29 Sperry-Sun的可變徑穩(wěn)定器AGStm主要技術(shù)參數(shù)適用井眼尺寸5-7/87-7/88-1/29-7/811-3/412-1/417-1/2688-3/412-1/46-1/86-1/4起下鉆與井壁 最小間隙11-3/41-3/42-

36、3/82-1/82-1/82-3/4長(zhǎng)度8.39.89.810.110.110.18.3本體外徑4-3/46-1/26-3/47-3/48-1/49-1/29-1/2翼片伸出/縮回5-7/8 /5-5/87-7/8 /7-1/48-1/2 /7-7/89-7/8 /9-1/211-3/4 / 1112-1/4 / 11-1/217-1/2 /16-3/4扣型外徑上部扣型6 /1/26 /5-5/86 /5-3/41/4 /5-3/46 /5-7/83-1/2API IF7-7/8 /7-5/88 /7-5/88 /7-1/24-1/2API IF下部扣型3-1/2API IF4-1/2API

37、IF工作溫度0-400Psi0-400Psi工作壓力450/2000Psi450/2000Psi壓力變化幅度150-250Psi150-250Psi8-1/2 /88-3/4 /8-1/28-3/4 /8-1/44-1/2API IF4-1/2API IF0-400Psi450/2000Psi150-250Psi6-5/8API REG6-5/8API REG0-400Psi450/2000Psi150-250Psi11-3/4 /1/41/4 /11-1/26-5/8API REG6-5/8API REG0-400Psi450/2000Psi150-250Psi7-5/8API REG7-5

38、/8API REG0-400Psi450/2000Psi150-250Psi7-5/8API REG7-5/8API REG0-400Psi450/2000Psi150-250Psi2、Halliburton公司的可變徑穩(wěn)定器TRACStm用可變徑穩(wěn)定器通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)鉆進(jìn)的方式來(lái)控制軌跡井眼井斜的變化、從而通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)方式在 上下范圍內(nèi)調(diào)整軌跡這一技術(shù)在世界上許多地區(qū)已經(jīng)獲得了成功的應(yīng)用。利用可變徑穩(wěn)定器 通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)鉆進(jìn)的方式來(lái)控制軌跡，可以有效避免大曲率井段，同時(shí)因減少滑動(dòng)施工而大幅度 提高全井的鉆井速度。但是常規(guī)可變徑穩(wěn)定器由于存在諸多局限性，使得可變徑穩(wěn)定器在使用過(guò)程中也存在一 定的不足之處，包括因

39、地層變化軌跡需要進(jìn)行大范圍內(nèi)的調(diào)整，而用可變徑穩(wěn)定器難以實(shí)現(xiàn) 軌跡的調(diào)整；在大斜度井段，由于鉆具存在過(guò)大的摩阻，使得鉆壓不能傳遞到鉆頭上，因難 以確定鉆頭的真實(shí)鉆壓而使軌跡難以控制；可變徑穩(wěn)定器外徑的實(shí)際尺寸難以確認(rèn)，有時(shí)必 須通過(guò)起鉆來(lái)確認(rèn)可變徑穩(wěn)定器實(shí)際尺寸后再下井施工，降低了施工的效率；此外，可變徑 穩(wěn)定器外徑變化范圍小，不能充分發(fā)揮其控制軌跡的優(yōu)勢(shì)作用等等。Halliburton公司的可變徑穩(wěn)定器TRACStm采用全新的設(shè)計(jì)原理，其外徑大小的設(shè)置由 地面開(kāi)/關(guān)泵時(shí)間序列及時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)控制，穩(wěn)定器變徑后的工作狀態(tài)由開(kāi)關(guān)泵狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)(開(kāi) 泵穩(wěn)定器翼片伸出至設(shè)計(jì)位置，關(guān)泵翼片縮回)，通過(guò)泥漿脈

40、沖將穩(wěn)定器當(dāng)前位置傳遞至地 面，同時(shí)增大了外徑的可調(diào)范圍，使得其對(duì)軌跡的控制能力、用于施工的可靠性及其本身的 機(jī)械物理性能都得到了大幅度提高。(1)、主要結(jié)構(gòu)TRACStm主要由上下兩部分組成，所示。上面部分由微處理器、電池、控制系統(tǒng)組成。 微處理器主要檢測(cè)地面?zhèn)鬟f下來(lái)的信號(hào)及探測(cè)/控制穩(wěn)定器狀態(tài)，并將信號(hào)傳遞給脈沖發(fā)生 器。電池為系統(tǒng)微處理器及控制系統(tǒng)工作提供能量?？刂葡到y(tǒng)主要是設(shè)置定位活塞的位置。Halliburton公司的可變徑穩(wěn)定器TRACS下面部分由定位活塞、流管、復(fù)位彈簧、下壓軸棒、穩(wěn)定器翼片、翼片軌道、上推軸棒 及活塞共同組成。定位活塞主要用于穩(wěn)定器尺寸定位。流管是泥漿流過(guò)的通道

41、。復(fù)位彈簧是 在停泵后將翼片收回，穩(wěn)定器翼片實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定器尺寸的調(diào)整。下壓軸棒、翼片軌道、上推軸棒 及活塞等部分主要為了協(xié)助穩(wěn)定器正常、有序工作。（2）、TRACSTM的主要應(yīng)用1、不需要換鉆具就能實(shí)現(xiàn)軌跡的井斜角的控制；2、連續(xù)旋轉(zhuǎn)鉆井方式提高了井眼的清潔能力；3、可以?xún)?yōu)化鉆井參數(shù)，使得實(shí)鉆軌跡更加平滑；4、減少隨鉆施工，提高了機(jī)械鉆速，提高了全井施工的效益；5、降低摩阻和扭矩，提高了井下施工的安全；6、可以使軌跡最大限度的向前延伸，可減少油田開(kāi)發(fā)平臺(tái)，提高單井產(chǎn)量。（3）、系統(tǒng)主要特征1、可調(diào)穩(wěn)定器外徑調(diào)整范圍大，能最大限度的滿(mǎn)足井斜控制的需要；2、穩(wěn)定器外徑調(diào)整過(guò)程簡(jiǎn)單，不依靠鉆壓、泥漿排量

42、就可進(jìn)行；3、穩(wěn)定器外徑實(shí)際尺寸在開(kāi)泵后能傳遞至地面，避免了盲目施工；4、施工需要的立管壓力低，適用于大排量施工。（4）、外徑調(diào)整及雙向通訊施工過(guò)程中，調(diào)整可變徑穩(wěn)定器TRACStm的外徑時(shí)，不是采用傳統(tǒng)的方法，如通過(guò)給 工具施加壓力、控制泥漿流量、轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具等，而主要是利用開(kāi)/關(guān)泵及控制開(kāi)/關(guān)泵時(shí)間以向 井下工具傳遞信號(hào)來(lái)完成。根據(jù)前面的敘述可以知道，TRACStm上部組成部分由微處理器、電池及控制系統(tǒng)組成。 微處理器中有一個(gè)檢測(cè)鉆具內(nèi)泥漿流量的傳感器，它時(shí)時(shí)檢測(cè)鉆具內(nèi)泥漿流動(dòng)情況以及泥漿 流動(dòng)的時(shí)間順序及長(zhǎng)短。需要改變TRACSTm的外徑時(shí)，在地面通過(guò)開(kāi)/關(guān)泵操作并控制開(kāi)/ 關(guān)泵時(shí)間的長(zhǎng)短，

43、就能實(shí)現(xiàn)由地面向井下信號(hào)的傳輸。井下TRACStm中的微處理器通過(guò)對(duì) 檢測(cè)到的地面?zhèn)鬟f下來(lái)的開(kāi)/關(guān)泵序列及時(shí)間長(zhǎng)短形式的信號(hào)進(jìn)行辨認(rèn)后，就將地面需要的 尺寸信息傳遞給控制機(jī)構(gòu)，控制機(jī)構(gòu)自動(dòng)控制定位活塞的位置。施工時(shí)，開(kāi)泵鉆具內(nèi)的泥漿 壓力通過(guò)活塞將穩(wěn)定器翼片推出，從而實(shí)現(xiàn)了在地面對(duì)TRACStm外徑的調(diào)整。上面所述的在地面通過(guò)控制開(kāi)/關(guān)泵操作序列及時(shí)間長(zhǎng)短向井下傳遞信號(hào)的方法就是地 面-井下通訊方法。同時(shí)，正式施工每次開(kāi)泵時(shí)，微處理器都會(huì)將最后一次接收到的地面指 令（指定穩(wěn)定器位置）、開(kāi)泵后測(cè)量到的實(shí)際穩(wěn)定器位置、穩(wěn)定器是否真的進(jìn)入制定位置以 及控制模板自動(dòng)診斷信息通過(guò)脈沖發(fā)生器傳遞到地面，從

44、而實(shí)現(xiàn)了井下-地面間的通訊。地 面施工人員可以根據(jù)井下傳遞至地面的信息，再次確認(rèn)井下穩(wěn)定器的工作狀態(tài)和狀況，確保 施工萬(wàn)無(wú)一失。（5）、技術(shù)規(guī)范表2-30列出了可變徑穩(wěn)定器TRACStm主要技術(shù)規(guī)范。表2-30可變徑穩(wěn)定器TRACStm主要技術(shù)規(guī)范連接扣型上部扣型4-1/2 IF,Box下偶部扣型4-1/2 IF,Box總長(zhǎng)4.0m本體外徑翼片部分178mm端部165 mm重量432Kg適用井眼尺寸213-222mm最大排量2500 LPM可調(diào)范圍184-216mm壓力降75Psi活塞數(shù)量可選擇最高工作溫度150C鉆頭、動(dòng)力鉆具壓降750-2000Psi三、隨鉆震擊器在導(dǎo)向鉆井施工中，井下鉆具

45、都帶有隨鉆震擊器，當(dāng)鉆井施工過(guò)程中發(fā)生卡鉆事故時(shí)， 能及時(shí)啟動(dòng)隨鉆震擊器進(jìn)行連續(xù)的上擊或下?lián)?，使鉆具解卡，達(dá)到預(yù)防、消除井下復(fù)雜事故 的目的。隨鉆震擊器種類(lèi)很多，在此對(duì)Sperry-Sun公司的震擊器SledgehammerTM加以介紹。Sperry-Sun公司的隨鉆震擊器SledgehammerSperry-Sun公司的 Sledgehammer HMD （Hydro-Mechanical Drilling Jar）液壓-機(jī)械震擊 器配置于鉆具底部，主要用于在井下鉆具發(fā)生粘卡的情況下，對(duì)鉆具產(chǎn)生震擊，從而使鉆具可以自由活動(dòng)，防止/消除井下事故。當(dāng)需要震擊時(shí)，司鉆控制鉆具在震擊器上施加一定的壓

46、力，當(dāng)壓力達(dá)到震擊器的產(chǎn)生震 擊動(dòng)作，對(duì)鉆具產(chǎn)生向上或向下的震擊。向上的震擊力的大小取決于施加在震擊器上的負(fù)荷 的大小，負(fù)荷越大，震擊速度越快，震擊器力越大。向下的震擊力的大小取決于震擊器設(shè)計(jì) 的機(jī)械觸及機(jī)關(guān)被打開(kāi)或關(guān)上的額定負(fù)荷，其震擊力的大小是一定的，但是可以向上或向下 震擊。1、Sledgehammer隨鉆震擊器的工作方式SledgehammerTM震擊器主要由機(jī)械式震擊器和液壓式震擊器共同組成。機(jī)械、液壓震 擊器中都含有一個(gè)震擊錘和砧板，機(jī)械式震擊器有一個(gè)機(jī)械觸發(fā)機(jī)關(guān)，控制機(jī)械式震擊器產(chǎn) 生震擊動(dòng)作；液壓式震擊器有一個(gè)緩沖沖程，控制液壓式震擊器產(chǎn)生震擊動(dòng)作。當(dāng)震擊器承 受的負(fù)荷（向上的

47、拉力或向下的壓力）達(dá)到震擊器產(chǎn)生震擊動(dòng)作的額定負(fù)荷時(shí)，機(jī)械式震擊 器內(nèi)的機(jī)械觸發(fā)機(jī)關(guān)被打開(kāi)或關(guān)閉，或者液壓式震擊器的緩沖沖程結(jié)束，震擊錘被激發(fā)，在 震擊器的自由沖程里面向上或向下運(yùn)行，撞擊砧板，這樣就產(chǎn)生了等于施加于震擊器上的負(fù) 荷上的幾倍的震擊力。當(dāng)需要再次震擊時(shí)，重復(fù)給震擊器施加負(fù)荷，震擊器就會(huì)產(chǎn)生重復(fù)的 震擊動(dòng)作，直到鉆具自由為止。在這里所說(shuō)的機(jī)械式或液壓式震擊器，主要是指機(jī)械觸發(fā)機(jī)關(guān)而言。兩種震擊器除機(jī)械 觸發(fā)機(jī)關(guān)不同外，其它方面的結(jié)構(gòu)或工作機(jī)理都一樣。（1）、機(jī)械式震擊器機(jī)械式震擊器主要是指其觸發(fā)機(jī)關(guān)是機(jī)械式的，對(duì)機(jī)械式震擊器而言，只有當(dāng)震擊器承 受的負(fù)荷大于其動(dòng)作的額定負(fù)荷時(shí)機(jī)械式

48、觸發(fā)機(jī)關(guān)動(dòng)作，震擊器才發(fā)生震擊動(dòng)作并立即產(chǎn)生 強(qiáng)大的震擊作用。機(jī)械式觸發(fā)機(jī)關(guān)有“全關(guān)”和“全開(kāi)”兩種狀態(tài)，當(dāng)施加于震擊器上的負(fù) 荷試圖“打開(kāi)”觸發(fā)機(jī)關(guān)時(shí)，震擊器處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，當(dāng)觸發(fā)機(jī)關(guān)被觸動(dòng)時(shí)，震擊器向上震擊。 相反，當(dāng)施加于震擊器上的負(fù)荷試圖“關(guān)閉”觸發(fā)機(jī)關(guān)時(shí)，震擊器處于壓縮狀態(tài)，當(dāng)觸發(fā)機(jī) 關(guān)被觸動(dòng)時(shí)，震擊器向下震擊。震擊錘一般被鎖定在其沖程范圍內(nèi)的中間位置，這樣便于震 擊器隨時(shí)向上或向下震擊。（2）、液壓式震擊器液壓式震擊器具有和機(jī)械式震擊器一樣的上、下沖程、震擊錘和砧板，不同之處在于， 在上、下沖程之間是一段緩沖沖程（而不是機(jī)械觸發(fā)機(jī)關(guān)），因此液壓式震擊器的沖程被分 為三個(gè)部分，即上沖程

49、、緩沖沖程、下沖程。當(dāng)在震擊器上施加負(fù)荷時(shí)，就會(huì)推動(dòng)震擊器里 面的活塞在缸套里面運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)迫缸套里面的液壓油從一邊往另一邊流動(dòng)。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到緩沖 沖程的末端時(shí)，震擊錘被釋放，撞擊砧板，從而產(chǎn)生震擊效果。對(duì)于液壓式震擊器而言，由于緩沖沖程的存在，無(wú)論施加多大的負(fù)荷，無(wú)論負(fù)荷是忽然 施加的還是逐漸累加的，震擊器產(chǎn)生震擊需都要一定的延遲（緩沖）時(shí)間，這樣也使產(chǎn)生的 震擊力可以根據(jù)需要調(diào)整，因?yàn)樵诋a(chǎn)生震擊所需要的延遲（緩沖）時(shí)間內(nèi)，震擊器上的負(fù)荷 可以逐漸累加到高于其額定震擊負(fù)荷的力，而負(fù)荷越大，震擊動(dòng)作時(shí)間越短，產(chǎn)生的震擊力 越大。一般來(lái)說(shuō)，液壓式震擊器的典型的延遲時(shí)間為10到40秒，但當(dāng)負(fù)荷慢慢逐步

50、累加時(shí)， 產(chǎn)生震擊的延遲時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)5分鐘。大部分液壓式震擊器都不能保證活塞正好處于中間沖程位置，因此一次震擊動(dòng)作完成 后，必須使震擊器回到重新激發(fā)的狀態(tài)才能進(jìn)行下一次震擊。Sperry-Sun公司的Sledgehammer震擊器將機(jī)械、液壓式震擊器組合成一體，其中機(jī) 械式震擊器向上或向下震擊，液壓震擊器向上震擊。SledgehammerTM震擊器還具有一個(gè)重 要的特點(diǎn)，那就是在機(jī)械式震擊器上方增加了一個(gè)機(jī)械觸發(fā)機(jī)關(guān)，調(diào)整震擊器處于中間沖程 位置，這樣就使震擊器時(shí)刻處于向上或向下激發(fā)的狀態(tài)，可及時(shí)消除常規(guī)鉆井施工過(guò)程中的 任何井下粘卡事故。2、Sledgehammer震擊器具有以下特征：、液壓

51、震擊部分向上震擊，機(jī)械震擊部分向上或向下震擊，功能多樣化但操作簡(jiǎn)單；、全套工具采用溫度補(bǔ)償，可有效避免因高溫、拉伸或震擊而造成的工具或部件脫落 現(xiàn)象的發(fā)生；、采用整體密封設(shè)計(jì)方案，良好的密封效果使泥漿難以進(jìn)入震擊器內(nèi)，從而避免了泥 漿對(duì)工具的腐蝕，延長(zhǎng)了工具的工作壽命；、工具工作實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，震擊器始終處于工作狀態(tài)，隨時(shí)可以向上或向下震擊，從 而可有效避免常規(guī)鉆井施工過(guò)程中出現(xiàn)的井下粘卡事故；震擊器工作過(guò)程中，配件機(jī)械磨損達(dá)到最小，可以滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間工作的需要。3、技術(shù)規(guī)范表2-31列出了 Sledgehammer震擊器的主要技術(shù)規(guī)范表 2-31 Sledgehammer震擊器的主要技術(shù)規(guī)范震擊器

52、尺寸單位（in）4-3/46-1/26-3/4899-1/2震擊器外徑mm122165175206232244震擊器內(nèi)徑mm516470707676標(biāo)準(zhǔn)扣型NC38NC465 H 906-5/8REG87-5/8 REG7-5/8 REGNC50總長(zhǎng)m6.256.536.66.816.866.86重量Kg405850930132516901890額定向上震擊負(fù)荷daN3600054000600007100071000710003:1 Latch3300054000540006000060000600002:1 Latch220003600036000400004000040000下?lián)袅aN1

53、10001800018000200002000020000上擊力daN3600060000710009800098000110000震擊后的拉伸負(fù)荷最大拉伸負(fù)荷軸心面積沖程一上擊沖程緩沖沖程一下?lián)魶_程工作溫度適應(yīng)最高溫度daNN-mmm2mmmmmmmmrc13000020500714321321481521212042904950012141315212813412120434000058500133.743215212815212120442500095000154432152128152121204450000128000198432152128152121204530000130000

54、198432152128152121204四、減震器Sperry-Sun 公司的減震器 Shock Tool井下鉆具的震動(dòng)不僅會(huì)縮短鉆頭的壽命，而且降低鉆井速度，增加鉆井成本。使用該減 震器，不論鉆壓、井深、壓降及泥漿比重如何，都能吸收鉆具的震動(dòng)，同時(shí)減少鉆頭的彈跳， 從而延長(zhǎng)MWD/LWD電子線路的壽命。該減震器直接安裝在鉆頭上方以保持鉆具的震動(dòng)量最小，有效減少震動(dòng)和工具的加速運(yùn) 動(dòng)，從而確保鉆頭一致位于井底。Shock Tool減震器具有以下特征：1、采用靜水壓力平衡技術(shù)；2、利用平衡活塞對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償；3、能朝兩個(gè)方向進(jìn)行彈性運(yùn)動(dòng)，有效降低開(kāi)泵產(chǎn)生的巨大震動(dòng)對(duì)鉆具造成的影響；4、最低的摩

55、擦傳動(dòng)使工具可以在垂直方向自由運(yùn)動(dòng)，延長(zhǎng)了花鍵的使用壽命；5、能夠在溫度高達(dá)204C的環(huán)境中工作。Shock Tool主要作用：1、有效減少鉆具、鉆頭的震動(dòng)；2、降低鉆頭彈跳；3、減少鉆頭的沖擊負(fù)荷，延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命；4、提高鉆井速度；5、降低交變應(yīng)力對(duì)鉆具造成的損害。圖2-44 Sperry-Sun公司的減震器Shock Tool結(jié)構(gòu)示意圖表2-32Sperry-Sun公司的減震器ShockTool的主要技術(shù)規(guī)范工具尺寸單位6-1/2899-1/2外徑（新）mm165206232241內(nèi)徑mm51637171上部工扣扣型NC46(4IF) NC50(4-1/2IF)6-5/8 REG7-5

56、/8 REG7-5/8 REG7-H907-H90 Lo-Torq7-5/8 REG7-5/8 REG7-H907-H90 Lo-Torq下部扣型(1) BOX4-1/2 REG6-5/8 REG7-5/8 REG7-5/8 REGPIN與上部扣型一樣與上部扣型一樣與上部扣型一樣與上部扣型一樣五、井下液壓加壓器在導(dǎo)向鉆井過(guò)程中，由于采用滑動(dòng)施工方式井下鉆具受到的摩阻大，鉆具到一定的深 度后，難以繼續(xù)前行，難以達(dá)到提高油層裸露面積、提高油田開(kāi)發(fā)效益的目的。井下加壓工具能夠利用泥漿壓力給下部鉆具施加動(dòng)力，使下部鉆具繼續(xù)前進(jìn)，能使軌 跡最大限度的向前延伸，同時(shí)該工具還能減少下部鉆具的軸向振動(dòng)、渦動(dòng)，

57、延長(zhǎng)井下鉆具 的壽命。目前，現(xiàn)場(chǎng)使用的井下加壓工具都是以液壓為動(dòng)力的液壓加力器，它以鉆井液為動(dòng)力 源，借助鉆頭噴嘴壓降產(chǎn)生軸向壓載荷，為鉆頭及前部鉆具向前運(yùn)動(dòng)提供鉆壓和運(yùn)移能力。使用井下液壓加力器具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、下液壓加力器是利用液壓傳遞作用力的，消耗的功率不多，具有良好的減振效果。2、井下液壓加力器可以廣泛用于導(dǎo)向鉆井施工過(guò)程中，有效解決了斜井、水平井和小 井眼、大位移井鉆井中加壓困難的問(wèn)題。3、使用井下液壓加力器，提高了機(jī)械鉆速，減小了軸向振動(dòng)，減輕了鉆頭和鉆桿的振 動(dòng)，延長(zhǎng)了鉆頭的使用壽命。4、更重要的是使用推進(jìn)器后，減少了起下鉆次數(shù)，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。5、井下液壓加力器可單獨(dú)

58、使用，也可與其它井下動(dòng)力鉆具（如井下動(dòng)力鉆具）等配合使 用，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送鉆，補(bǔ)償失控了的滑動(dòng)鉆進(jìn)，也可作為下放鉆具的緩沖段，防止溜鉆事故 等發(fā)生。第二部分、地質(zhì)導(dǎo)向工具隨著近幾年水平井鉆井技術(shù)的發(fā)展，水平井鉆井技術(shù)逐步發(fā)展成了開(kāi)發(fā)油氣資源的主要 方法。但是，隨著小型油氣聚集層、薄油氣層的開(kāi)發(fā)，如何利用水平井鉆井技術(shù)來(lái)獲得以上 油藏最佳的開(kāi)發(fā)效果是常規(guī)水平井鉆井技術(shù)面臨的一大挑戰(zhàn)。使水平井鉆井技術(shù)獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展的基礎(chǔ)是LWD和MWD在水平井鉆井技術(shù)中的 成功應(yīng)用。LWD為水平井鉆井隨鉆地質(zhì)評(píng)價(jià)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，MWD使軌跡得以精確控制。 這兩工具的成功應(yīng)用無(wú)疑增加了水平井鉆井技術(shù)的活力，但是也存

59、在不足之處，那就是隨鉆 地質(zhì)評(píng)價(jià)儀器離鉆頭太遠(yuǎn)，即使采取種種措施也不能使實(shí)鉆軌跡完全在油層中，從而降低了 油藏開(kāi)發(fā)效果。在小型油氣聚集層、薄油氣層的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，隨鉆地質(zhì)評(píng)價(jià)儀器離鉆頭太遠(yuǎn)會(huì)帶來(lái)很多 不理想的后果，主要包括以下幾方面：1、確定水平井的EP點(diǎn)不精確水平井EP點(diǎn)以前的施工一般都是用幾何導(dǎo)向的方式來(lái)控制井眼的軌跡，LWD雖然能 識(shí)別目的層位，但是由于地質(zhì)評(píng)價(jià)儀器過(guò)于滯后鉆頭，當(dāng)隨鉆地質(zhì)評(píng)價(jià)儀器對(duì)真正的目的層 有反應(yīng)（此時(shí)應(yīng)能進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向）時(shí)，鉆頭的實(shí)際位置可能已經(jīng)超過(guò)了實(shí)際目的層或已經(jīng)離 目的層很近，這時(shí)為了盡快調(diào)整軌跡進(jìn)入目的層，就必須增加軌跡的狗腿度，有時(shí)要進(jìn)行大 規(guī)模的調(diào)整軌跡才

60、能進(jìn)入目的層，從而錯(cuò)過(guò)了軌跡進(jìn)入目的層的最佳時(shí)間和位置，降低了軌 跡在油層中的穿行距離。2、不能確保軌跡一直在產(chǎn)層中穿行薄油層上下邊界窄，LWD離鉆頭太遠(yuǎn)，對(duì)邊界的識(shí)別就有一定的滯后時(shí)間，當(dāng)?shù)貙影l(fā) 生變化或軌跡控制不能始終如意時(shí)，實(shí)鉆軌跡就會(huì)進(jìn)入上、下邊界，這時(shí)即使軌跡調(diào)整及時(shí)， 實(shí)鉆軌跡也會(huì)或多或少地跑出目的層，從而降低了軌跡在油層中的穿行率。3、不能有效避開(kāi)油/氣、油/水界面水平井鉆井施工，最佳的效果是控制軌跡在油層中。LWD離鉆頭太遠(yuǎn)，對(duì)油/氣、油/ 水界面的識(shí)別不及時(shí)，實(shí)鉆軌跡很容易進(jìn)入氣層或水層，從而影響油井的產(chǎn)量甚至?xí)?lái)嚴(yán) 重后果。4、不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、避開(kāi)斷層水平井施工過(guò)程中經(jīng)常碰