石油钻井钻具组合类型及选用

钻具组合一、钻柱组合1、钻具组合(钻具配合)：指组成一口井钻柱的各钻井工具的选择和连接。

2、下部钻具组合：指最下部一段钻柱的组成。

3、钻柱：是指自水龙头以下钻头以上钻具管串的总称。

由方钻杆、钻杆、钻铤、接头、扶正器等钻具所组成。

4、倒换钻具：下钻时，改变部分立根原先的下入顺序，以改变钻具的受力情况。

5、井下三器：指扶正器、减振器和震击器。

6、钻柱中和点：钻柱的总重量减去给钻头加压所用的那部分钻柱的重量，而形成一个即不受拉又不受压的位置，就叫钻柱的中和点。

二、主要钻具组合类型钻柱是联通地面与井下的枢纽。

不同的钻柱结构及在井下的受力状态，决定了钻头所受钻压的大小和方向。

如定向钻进或井斜较大时，钻头所受实际钻压比钻压表显示的数据要小，若钻柱组合中带有扶正器，实际钻压更小。

同时，由于扶正器与井壁的磨擦作用，使得钻头工作平稳性增强，有利于钻头的使用。

①(刚性)满眼钻具：由外径接近于钻头直径的多个稳定器和大尺寸钻铤组成的下部钻具组合。

用于防斜稳斜。

②塔式钻具：由直径不同的几种钻铤组成的上小下大的下部钻具组合。

用于防止井斜。

③钟摆钻具：在已斜井眼中，钻头以上，切点以下的一段钻铤犹如一个“钟摆”，钻头在这段钻铤的重力的横向分力——即钟摆力作用下，靠向并切削下侧井壁，从而起到减小井斜角的作用。

运用这个原理组合的下部钻具组合称钟摆钻具。

用于防斜和纠斜。

三、增、降、稳斜钻具组合1、降斜组合:类型L1 L2 强降斜组合9-27 /弱降斜组合0.8 18-272、增斜组合：类型L1 L2 L3 强增斜组合 1.0-1.8 / /中增斜组合 1.0-1.8 18-27 /弱增斜组合 1.0-1.8 9-18 93、稳斜组合:类型L1 L2 L3 L4 L5强稳斜组合0.8-1.2 4.5-6.0 9 9 9中稳斜组合 1.0-1.8 3-6 9-18 9-27 /弱稳斜组合 1.0-1.8 4.5 9 / /稳定器在钻具组合中的安放位置不同，钻具组合所表现的性质就不同，一般地将，近钻头稳定器离钻头越近，钻头的增斜力就越大，反之钻头的增斜力则越小。

对于用两只以上稳定器的钻具组合来讲，一号稳定器和二号稳定器之间的距离在有效范围内越大，钻头的增斜力越大，反之钻头的增斜力越小。

四、满眼钻具组合1、满眼钻具组合控制井斜的原理是什么？能减小井斜角吗？产生井斜的原因归结有三：1钻头对井底的不对称切削；2钻头轴线相对于井眼轴线发生倾斜；3钻头上侧向力导致对井底的侧向切削。

满眼钻具组合就是为克服上述三个原因而设计出来的。

在已发生井斜的井内使用满眼钻具组合并不能减小井斜角，只能做到使井斜的变化很小或是不变化。

所以满眼钻具组合的主要功能是控制井眼曲率，而不能控制井斜角的大小。

2、满眼钻具组合的使用要注意以下问题：①在已经发生井斜的井内使用满眼钻具并不能减小井斜角，只能做到使井斜角的变化（增斜或降斜）很小或不变化。

所以满眼钻具组合的主要功能是控制井眼曲率，而不能控制井斜角的大小。

②使用满眼钻具组合的关键在于一个“满”字，即扶正器与井眼的间隙对满眼钻具组合的性能影响非常显著。

在使用中应使间隙尽可能小。

设计间隙一般为Δd=dh-ds=0.8～1.6mm。

在使用中，因扶正器的磨损，间隙将增大。

当间隙Δd达到或超过两倍的设计值时，应及时更换或修复扶正器。

③保持“满”的另一个关键在于井径不得扩大。

这要求有好的钻井液护壁技术。

但即使钻井液护壁技术不好，井径的扩大总要经过一定的时间才会发生。

只要抢在井径扩大以前钻出新的井眼，则仍可保持“满”的效果。

这就要求加快钻速。

我国现场技术人员将此概念总结为“以快保满，以满保直”。

④在钻进软硬交错，或倾角较大的地层时，要注意适当减小钻压，并要勤划眼，以便消除可能出现的“狗腿”。

3、、使用满眼扶正器（稳定器）的下部结构带来的“满眼”问题：①下钻易发生遇阻，螺旋稳定器还会在小井眼段造成钻柱的“旋转”。

不严重的阻卡往往可以通过有控制的“下砸”和“提放”通过。

②起钻易带来抽吸（拔活塞）问题：由于“满眼”，在易吸水膨胀井段起钻拔活塞，胜利油田曾发生在斜井中拔活塞引起的气层井喷失控，教训是惨痛的。

正因为这样，要求斜井泥浆抑制性要好，井壁泥饼要薄，操作中要十分小心拔活塞的发生，并正确处理。

③弯曲井眼对钻具刚度变化的敏感问题：已钻过的弯曲井眼曲率是一定的。

当钻具组合同轨迹控制需要刚性变大时（增加扶正器只数和缩短扶正器同隔），易遇阻遇卡，下钻要专利格外小心，划眼是必要的。

特别值得提醒的是，定向或调整完方位后，先用较“软”的转盘钻具组合通井，十分必要。

五、钟摆钻具组合1、钟摆钻具组合控制井斜的原理是什么？为什么使用它钻速很慢？当钟摆摆过一定的角度时，在钟摆上会产生一个向回摆的力。

如果在钻柱的下部适当位置加一个扶正器，该扶正器支撑在井壁上，使下部钻柱悬空，则该扶正器以下的钻柱就好像一个钟摆，也要产生一个钟摆力。

此钟摆力的作用是使钻头切削井壁的下侧，从而使新钻的井眼不断降斜。

钟摆钻具组合的性能对钻压特别敏感。

钻压加大，则增斜力增大，钟摆力减小。

钻压再增大，还会将扶正器以下的钻柱压弯，甚至出现新的接触点，从而完全失去钟摆组合的作用。

所以钟摆钻具组合在使用中必须严格控制钻压。

在井未斜或井斜很小时，要想防斜必须减小钻压进行“吊打”，所以钻速很慢。

2、钟摆钻具组合的使用①钟摆钻具组合的钟摆力随井斜角的大小而变化。

井斜角大则钟摆力大，井斜角等于零，则钟摆力也等于零。

所以，钟摆钻具组合多数用于对井斜角已经较大的井进行纠斜。

②钟摆钻具组合的性能对钻压特别敏感。

钻压加大，则增斜力增大，钟摆力减小。

钻压再增大，还会将扶正器以下的钻柱压弯，甚至出现新的接触点，从而完全失去钟摆组合的作用。

所以钟摆钻具组合在使用中必须严格控制钻压。

③在井尚未斜或井斜角很小时，要想继续钻进而保持不斜，只能减小钻压进行“吊打”。

由于“吊打”钻速很慢，所以这时多使用满眼钻具组合，仅在对轨迹要求特别严的直井（段）中，才使用钟摆钻具组合进行“吊打”。

④扶正器与井眼间的间隙对钟摆钻具组合性能的影响特别明显，当扶正器直径因磨损而减小时应及时更换或修复。

⑤使用多扶正器的钟摆钻具组合，需要进行较复杂的设计和计算。

六、提高底部钻具组合刚度的方法①增加稳定器数量；②缩短稳定器之间的距离；③使用大重度和高抗弯刚度的钻铤七、定向井常用钻具组合1、弯接头带动力钻具——造斜钻具目前，最常用的造斜钻具组合是采用弯接头和井下动力钻具组合进行定向造斜或扭方位施工。

这种造斜钻具组合是利用弯接头使下部钻具产生一个弹性力矩，迫使井下动力钻具（螺杆钻具或涡轮）驱动钻头侧向切削，使钻出的新井眼偏离原井眼轴线，达到定向造斜或扭方位的目的。

造斜钻具的造斜能力与弯接头的弯曲角和弯接头上边的钻铤刚性大小有关。

弯接头的弯曲角越大，弯接头上边的钻铤刚性越强则造斜钻具的造斜能力也越强，造斜率也越高。

弯接头的弯曲角应根据井眼大小，井下动力钻具的规格和要求的造斜率的大小选择。

现场常用弯接头的角度为1°～2.5°。

造斜钻具组合使用的井下动力钻具型号应根据造斜井段或扭方位井段的井深选择。

使用井段在1000m以内，一般采用涡轮钻具或螺杆钻具，深层定向造斜或扭方位应使用耐高温的井下马达。

造斜钻具组合、钻井参数设计和钻头水眼应根据厂家推荐的钻井参数设计。

由于井下动力钻具的转速高，要求的钻压小（一般3～8t），因此，使用的钻头不宜采用密封轴承钻头，尤其是在浅层，可钻性好的软地层应使用铣齿滚动轴承钻头或合适的复合片PDC钻头。

2、增斜钻具增斜钻具组合一般采用双稳定器钻具组合。

增斜钻具是利用杠杆原理设计的。

它有一个近钻头足尺寸稳定器作为支点，第二个稳定器与近钻头稳定器之间的距离应根据两稳定器之间钻铤的刚性（尺寸）大小和要求的增斜率大小确定。

一般20～30m。

两稳定器之间的钻铤在钻压作用下，产生向下的弯曲变形，使钻头产生斜向力，井斜角随着井眼的加深而增大。

增斜钻具组合应用的钻井参数应根据下部钻具的规格，两稳定器之间的距离和要求的增斜率进行设计。

微增斜钻具组合在井下的受力情况和增斜钻具相同。

主要是通过减小近钻头稳定器与2号稳定器的距离或减小近钻头稳定器的外径尺寸（磨损的稳定器），减小钻具的造斜能力。

微增斜钻具用于钻进悬链线剖面，二次剖物线剖面等要求低增斜率的井段。

也可用于因地面因素使稳斜钻具达不到稳斜效果，故呈现降斜趋势的井段。

采用合适的微增斜钻具可以收到理想的稳斜效果。

3、稳斜钻具稳斜钻具组合是采用刚性满眼钻具结构，通过增大下部钻具组合的刚性，控制下部钻具在钻压作用下的弯曲变形，达到稳定井斜和方位的效果。

常用的稳斜钻具组合是：钻头十近钻头稳定器十短钻铤（2－3m）十稳定器十单根钻铤（9～10m）＋稳定器子钻键＋钻杆。

因地层因素影响方位漂移严重的地层，可以在钻头上串联两个稳定器，对于稳定方位和井斜都可收到较好效果。

4、降斜钻具降斜钻具一般采用钟摆钻具组合，利用钻具自身重力产生的钟摆力实现降斜目的。

根据设计剖面要求的降斜率和井斜角的大小，设计钻头与稳定器之间的距离，便可改变下部钻具钟摆力的大小；降斜井段的钻井参数设计，应根据井眼尺寸限定钻压，以保证降斜效果，使降斜率符合剖面要求。

5、倒装钻具在打定向井时考虑到钻铤等刚性强的钻具不宜进入斜井段，通常会把钻铤或加重钻具放在直井段，把部分钻杆放在钻铤或加重钻杆下面，称其为倒装钻具。

倒装钻具，一般情况下用于水平井钻井作业中，主要起到施加钻压的目的。