机械式自动垂直钻井工具

技术均为国外所垄断，使用费用高昂。难以突破的技术封
锁迫使我们必须自力更生，寻求多层次、多方面的突破。 在深入剖析现有技术的基础上，作者提出立足于我国实 际，发展槐械式鸯动囊壹钻井工具秘技术是一个霹籽的途
径。这项研究的开展对于推动国内科学化钻井的进程、打
破国外的技术垄断、增强国际竞争力、抢占技术制高点具
钻速。
一５０６一
机械式自动垂直钻井工具
三、现场试验
ｌ。侧向推靠力的测试
根据现场需要，本次研究试制了适用于１２×ｉｎ井眼的机械式自动垂宣钻井工具，其结构
参数见表１。
嚣蘩｛ｉ程，ｍｍ
１３
表１
１２×ｉｎ机械式自动垂直钻并Ｚ具的结构参数
王其最大井径，“№ ３菸
张开最丈外径，珊
３３１
』＝其整体长发，ｍ
３．０
一弼９一
图ｌ结构原理示意图 ｌ一转羧接头；２一导菠头；３一辘承； 聿一酴羲；５—心轴；６一内籁；
７一内筒挡板；８一卜懿阍； ９～下擞阀；１０—壳体；ｌｌ一释澈扎；
有重要的现实意义。
二、结构原理
基予现有技术的分析认识，研制了机械式自动垂直钻井 工具＜绍橱原理觅图１），该工具的上端穰下端分别与镔桂秘 钻头裙连，其原理是：如采并眼发生倾斜，配重４就会在其自
１２一扇形偏心流道；１３一活寒缸￡捎缀；
１４一卿莲孔；１５一滔塞； ｜６一溪塞鑫入１２１；１７一瑟寨敷
身重力作用下，稳定在倾斜井眼的低边，上盘阀８的扇形偏心流道１２则稳定在井眼高边。钻 柱带动壳体１０和下盘阀９旋转，当上盘阀８上的扇形偏心流道１２与下盘阀９上的导流孔１１ 重含时，然挂内外高低压流体闻豹通遵被打开，高压钻并滚进入活塞赶１７，推动活塞１５靠自 高边井壁，井壁的反作用力使得钻头在并眼低边并壁上的切削量增加。当钻柱带动壳体ｌＯ和
ｌ根×８ ９１ｍ十啦０３ ２ｍｍ钻铤２柱ｘ
ｘ４５ ５５ ０６ｍ＋６３ｌ×４１０×０
４７ｍ＋６１７７ ８ｒａｍ钻铤１２／３柱
２９
０６ｍ＋旁通阀ｘ ０
４３ｍ＋４１１
ｘ
５２０×０ ３８ｍ十６１３９
７ｍｍ钻杆。钻Ｊ卜液密度为１
∥ｃｍ３，排鼍３０～３２Ｌ／ｓ，立管泵压９～ＩＯＭＰａ，转盘钻速７０ｒ／ｒａｉｎ。
井深４０２８ｍ，由滇黔桂钻片二公司５０７７２ＤＧ Ｊ｝队施＿：ｒ＝。此次试验井段（１０３４ （见图４），易井斜。
５６～１１３７
５６ｍ）
为须家河组（…Ｉ，。），岩性为灰黑色泥岩央灰色细沙岩，质地坚硬，岩石可钻性差，地层倾角大
罔４过宙北１计地震削而州
由Ｊ。缺少邻井资料，此次试验选取雷北１井９８４～１０３４ｍ作为对比升段（她表２）。对比井 段钻』｝的组合为：６３１４ １ｍｍ５３７＝二牙轮钻头×０ ３１ｍ＋浮阀（６３０×７３０）ｘ０ ８１ｍ＋妒２８ ６ｍｍ 铺铤１柱ｘ２５ ８９ｍ＋７３ｌ ｘ６３０ ｘ０ ４９ｍ＋６３１２ｒａｍ挟正器１根×１ ７０ｍ＋６２０３ ２ｍｍ无磁钻铤
两端扣璎均为６％ｉｎＲＥＧ
试验测试了工具随钻头压降的变化规律，试验装黢见图２，试验结果见图３。由图３可见，
随着钻头艨降的增大，侧向推靠力逐渐增大，当钻头鹾酶为５ＭＰａ时，工具戆测向接靠机捣提
供的测向推靠力已达２０ｋＮ以上，满足链并纠斜和防斜的需要。试验过程中工具未发现刺漏
现象，密封、整体结构的耐压能力达到了设计要求，说明推靠巴掌、盘阀等机构的设计合理，初
机械式自动垂直钻井正具由于是在旋转钻进时囱动感应井斜并进行主动纠斜因而能够有效减少钻柱所受孵摩擦力翻阻力使钴匿和掇矩的传输更有效也使所形成憋井眼更光滑有利于减少井眼净亿闻题降低卡钻风险重要的是能够鳞放钻压正常钻进提高一506一机械式自动垂直钻井工具三现场试验l
机械式自动垂直钻井工具
韩来聚１倪红坚ｋ２许俊良１赵金海１
盘阀９转动，使得下盘阀９上的导流孑Ｌ ｌｌ与上盘阀８上的扇形偏心流道１２错开，钻桂内外高
低压流体问的通道被关闭，高压钻井液不能驱动活塞１５推靠井壁，因此钻头在井眼低边井壁 泼终区域的切麓量不会增嬲。镭柱持续旋转，上述过程循环茬复，活塞１５被钻并滚锤环在钻 柱内外形成的压差驱动，髑期性推靠高边并壁，对钻头施加指向井眼低边的周期性侧向力，使
机械式良动垂直钻井王具 根×８．８３ｍ＋４，３ｌＯｍｍ扶ｊＥ器ｘ２．０７ｍ＋ｔ务２０３．２ｒａｍ钻铤５根ｘ４６．２１ｍ＋６３１
ｘ４１０ ｘＯ．４７ｍ＋
咖１７７．８ｍｍ钻铤９根×８０．１５ｍ＋回压阀×０．３９ｍ＋旁通阀×０．４３ｍ＋４１ｌ×５２０×０．３８ｍ＋
６１３９。７ｒａｍ钻杆＋５２１ ｘ５２０ ｘＯ．４８ｍ＋下旋塞×０．４２ｍ。钻井液密度为１．２９９／ｅｍ３，排爨３０— ３２Ｌ／ｓ，立管泵鹾５－６ＭＰａ，转盘链速７０ｒ／ｍｉｎ。试验结采冕表３，需要说磺的是试验所月的机 械式随钻测斜仪由胜希ｌ石油管理局钻并工艺研究院研制，其测量精度为０．５。。
韩来聚：男＜汉族），１９６３年生，山东昌邑入，院长。教授级高置，博士，主要从事锚弗工艺技术研究。地址；山东省东营市
北一路２３６号胜利石油管域局钻井工艺研究｜糍（邮政编４ｆ马：２５７０１７）。联系电话：０５４６－８７０１８９５，Ｅ・咖Ｉｉｌ：ｈｉｊ蜀ｙ＊龇ｃｏｉｎ。
一５０５一
第七届石油钻井院所长会议论文集 ’言之，“自动化＋简单＋不影镌链井过程＋赢效＋经济效 益”是警今直井防斜绷斜技术发展的主要特征。自动垂直钻
得钻头在井眼低边井壁上切削量增加械式自动垂直钻井正具由于是在旋转钻进时，囱动感应井斜，并进行主动纠斜，因而 能够有效减少钻柱所受孵摩擦力翻阻力，使钴匿和掇矩的传输更有效，也使所形成憋井眼 更光滑，有利于减少井眼净亿闻题，降低卡钻风险，重要的是能够鳞放钻压，正常钻进，提高
（１．胜利石油管理局钻井２１２艺研究院；２．中国石油大学（华东）石油ｉｆ－程学院）
【摘要】先了有效提高直弗镀井的速度粒质量，在分析现有技术的基础上，研制了机 械式鑫魂垂袁锚势王其，其原理麓逶霹感盛劳斜酶羲交售号，芽囊燕力鹱动撬行撬梅，到矮钻 弗液循环在钻棱内外形成的压羞，在钻拄旋转的情况下，推动活塞嚣囱高边并壁，对钻头施搬 指向井眼低边的周期性侧向力，实现在钻进过程中对井斜的适时修正。现场试验结果表明， 机械式自动垂随钻井工具的１二作原理ｉＦ确，结构町靠，能够在主动、适时防斜的同时，有效解 放钴压，提离锇速。该工具的研制成功为解决直弗灼防斜打快问题，提供了一种新的技术手 毅，共有广鬻憋蠛场疵蘑夔暴。 【关键词】藤茳钻并视械式井斜钻匿试验研究秽１．械铺速
井技术就是在这种背景下发展起来的。
自动垂直钻井技术是一种新型钻井技术，可在实现主 动、适时防斜的同时，蠢效解放钻压，极大地提高钻井效率 及安全性，作为一种战略性和革命性的高新技术受蓟了各 国的高度重视。自２０世纪８０年代末以来，国外在自动垂 直钻井工具及技术方面进行了深入研究，形成多种结构形 式的垂袁钻井系统，并取得了很好的现场应用效果，丽国 内酶横奖研究尚在起步汾段。因力现有先进豹轰势钻井
步具备进入现场试验应用的条件。
垂２试验瓣试装嚣示意爨
钻头压降，ＭＰａ
图３侧向推靠力随钻头压降的变化情况
一５∞一
第七届石油钻井院所长会议论文集
２．现场试验
２００７年５月１９口至２３日，机械式自动垂直钻井工具在雷北ｌ井进行了现场试验应用。
雷北１井足位于四川盆地川东断褶带黄盒ｕ构造带雷音铺构造北段轴部的一口预探井，设计
表３试验井段结果
层位 缓三莰
ｌ蹬海一１０７ｌ
１８０＿２００ ２５．５３ ３４．４１
井段，ｍ ｌ谯１５一ｌ游４
钻压，ｋＮ ｌ∞一１４０
平均钻时，ｌａｉｎ 锵．１ｌ
机械钻潦。ｍ／ｈ
１．５０
井斜（。）
２．５ ２。５ ２．５州３．０
机械钻速提高幅度。％ ２５。配
９７．３４
２．黔
１．７４
须二段
１０７２一１１３８
ｌ∞一２００
在１１３６ｍ测深，电子单点测井斜为３．０。
分析裘３数据发现，在霹晓共段（须家河组三段Ｂ。，），工吴试验对钻蘧加大至１８。～∞。 ｌ【Ｎ时，机械钻速提高达９７．３４％，井斜控制在２．５。一３．０。，井斜控制精度（＝３．０。）满足现场钻 井要求，实现了解放钻压，提高钻速的技术目标。在钻井过程中，扭矩、泵压、钻井液密度等各 项钻井参数平稳，未见异常，起钻观察外观、推靠巴掌及密封等部件均藏常，工具本体经检验也 来觅损伤，诞明工其结构可靠，霹满足现场的使用条件。 试验结果显示，杭械式自动垂直镳势工舆魄工作原理落确，结构可靠，使用该工具巍将并斜 控制在设计要求范围内的同时，显著地提高了钻井速度，说明工具的“防斜打快”效果非常显著， 机械式自动垂直钻井工具的研制成功为解决直井的防斜打快问题，提供了一种新的手段。
表２对比井段结果
层位 须一段 井段，ｍ
９８４—１０３４
钻ⅡｋＮ
平均钻时，ｗｎ
机械钻建，ｍ／ｈ
在９４３ ５ｍ测探，电子单点测井斜为２
７８
试验井段所用钻具组合为：４＇３１４ １ｍｍ５３７三牙轮钻头×０ ２８ｍ＋（ｂ２８０ｍｍ垂钻ｆ”具×
３ ０ｍ＋４，２０３
——５０８——
２ｍｍ机械式随钻测斜仪×２ ６４ｍ十邮１Ｉｍｍ扶正器×１ ７０ｍ＋６２０３ ２ｍｍ钻铤１
目前，我国石油产量的主要接替区主要分布在塔里木、准噶尔、西部柴达木、吐哈和川东北 等她送，这些地区油气资源埋藏深，地层倾角大，在寅井段的钻井过程中井身质量控镧难度大， 容易密现井斜超标、钻井成本叛及并下复杂情魏等闻题，因此发展耨的技术手段，提高油气钻 探效率，变得极为迫切。本文立足于实际，在分析现有技术的基础上，提出研制机械式自动垂 直钻井工具，发展自动垂直钻井技术，为直井钻进“防斜打快”问题的解决提供一个可行的技
参考文献
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术途径。
一、现有技术分析
目前常规直井防斜主要是用满眼钻具组合“薰压快钻”，以满保直，纠斜则用钟摆钻具组 合“轻压盼打”，以馒纵斜，其弊病楚用牺牲钴压穰舞巍本来换取小井斜，矮牺牲链速来换取井 身质量，井身质量与经济效益是对立的。虽然也溺现了塔式钻其、方钻铤、偏心铺铤、ＨＣＹ抗 斜器、偏轴防斜打快技术、柔性组合防斜打快技术、导向钻具防斜打快技术以及反钟摆防斜打 快技术等技术，但是Ｅｌｌ于均存在一定的局限性，难以普遍推广使用。总体来看，目前国内已出 现的防斜、纠斜技术尚不能从根本上勰决直井井斜的问题，现场遍切需要研发确实有效的直井 钻井王具程技术。 ＥｌＩ于常规直井防斜纠斜技术适用范围有限，融不能满足如高陡构造、深井等复杂情况下钻 直井的需要，而且人们也逐渐认识到，钻直井不是低成本及简单的钻井作业，迫切需要发展新 的防斜技术。薪的防斜技术应不但能防斜，而且还能打快，将优质和高效有效地统一起来，换
四、结论
（１）现场试验结果表明，机械式自动燕直钻井工具的工作原理正确，结构可靠，井斜控制 精度满足现场钻井要求，实现了孵放钻压，提高钻速的技术目标。 ≤２）机械式自动垂直钻井工具的研制成功为粲决直辩的防斜抒抉阍题，提供了一耪瓶的
手段。
（３）着力完善细节，开展结构及钻井工具的优化设计研究，进一步掇高工具的可靠性和井 斜控制精度是今后机械式自动垂直钻井技术研究的重点。