扩眼器在定向造斜段的应用可行性研究_祝效华

基金项目:中国博士后科学基金项目,编号20060391034;西南石油大学青年科技基金项目,编号2007XJZ093。

收稿日期:2008-06-18;改回日期:2008-08-27
作者简介:祝效华(1978)),男,博士,副教授,主要从事钻柱力学与井下工具的科研与教学工作。

E -mail:zx hth113@ 。

文章编号:1008-2336(2008)04-0096-03
扩眼器在定向造斜段的应用可行性研究
祝效华1,朱虎军2,司念亭3,左 凯2,童 华1,邓福成1
(1.西南石油大学机电工程学院,四川成都610500;2.中海石油基地集团监督监理公司,天津300450;
3.中海石油天津分公司钻井部,天津300450)
摘 要:随钻扩眼器可有效扩大下部井眼直径,对于优化井身结构、提高完井质量、提高钻进效率、降低后续作业风险具有重要意义。

随钻扩眼时该工具相当于一个满眼扶正器,在直井段工作时扩眼器具有防斜作用,但在定向段随钻扩眼时该工具将改变常规造斜钻具的造斜特性,因此该工具在定向造斜段应用的可行性需要研究。

以一套常用造斜钻具为例,计算了其初始造斜率以及直接扩眼工况和随钻扩眼工况的造斜率,发现使用扩眼器后对原有钻具组合的造斜特性影响很大。

为达到原有造斜要求,通过单独和组合调整B HA 参数(主要有螺杆钻具弯角、上稳定器外径、上稳定器距离钻头距离等)获得与原有BHA 造斜特性基本相当的多种方案,这说明扩眼器可在既定的造斜要求下完成定向随钻扩眼钻进施工。

关键词:扩眼器;造斜率;可行性;
中图分类号:T E243 文献标识码:A
Research on reamer .s applicability in directional kick off intervals
Zhu Xiaohua 1
,Zhu Hujun 2
,Si Niant ing 3
,Zuo Kai 2
,Tong Hua 1
,Deng Fucheng
1
(1.State K ey L abor atory of Oil &Gas Reser voir Geology and Exp loitation,Southw est Petr oleum University ,Chengdu
610500;2.S up er vision &T echnology Co.,CN OOC Oil Base Group ,T ianj in 300450;
3.D rilling Dep ar tment of CN O OC L td.T ianj in Br anch,T ianj in 300450)
Abstract:Reaming w hile drilling can enlarge diam eter of lower borehole effectively,and it is very signif-i cant for optimizing wellbore configuration,improving drilling efficiency and completion quality,and de -creasing subsequent operating risks.While drilling in straight hole,it could be reg arded as a packing cen -tralizer and it could prevent from slanting,how ever,reaming while drilling in oriented section would alter -nate the angle buildup of common buildup assembly,so further research on its applicability in oriented sec -tion w as needed.T aking a suit of com mon buildup assembly as an exam ple,initial buildup rate and buildup rate of direct ream ing and ream ing w hile drilling w ere calculated,and found it influence the buildup rate of original dow nhole assembly a lot.To obtain good angle buildup effects,BHA parameters(bend angle of he -licoid hydraulic motor,outside diameter of upper centralizer,the distance between upper centralizer and drill bit,and so on)w as adjusted,and it meant that ream ing w hile drilling could be implemented in accor -dance w ith the established requirements.
Key words:reamer;buildup rate;adaptability
海 洋 石 油
#96 #
O FFSHO RE O IL
2008年12月
深井钻井程序通常需要使用多层套管和尾管,在这类井的设计过程中,要考虑到使井口最小以减少套管费用支出,同时又要使得井眼足够大便于处理意外事故以及满足最佳的完井和采油设计要求,这是两个相互矛盾的要求。

解决这对矛
盾的一种可行途径就是,尽量减少不同套管程序之间的间隙。

但这样做常常要求将要钻出的井眼直径大于上部相邻的套管内径,这只有通过扩眼才能完成。

扩眼技术包括随钻扩眼和直接扩眼两种,前者扩眼器与领眼钻头组合使用,后者则使用扩眼器代替常规钻头直接扩眼,相对而言随钻扩眼的工程适用性更强一些。

随钻扩眼技术具有如下技术优点:(1)在塑性地层或易发生井漏的地层,使用扩眼器可有效扩大井眼,提前下入非常规套管封堵该层段;(2)随钻扩眼可减少起下钻,提高钻进效率;(3)随钻扩眼可有效增大下部井眼直径,可提高固井质量,可提高后续作业的施工安全性。

随钻扩眼技术有利于油气藏的完井与开发,即使随钻扩眼钻井效率和每米钻井成本与常规钻井技术持平甚至略低,该技术也可为钻井工程带来重大技术进步和巨大经济效益。

1扩眼器简介
扩眼器主要由本体、曲柄、阀片、刀翼、切削齿、喷嘴等20余个零部件组成,如图1所示。

小排量循环时,扩眼器刀翼复位,可方便通过小尺寸套管;正常排量或大排量工作时,扩眼刀翼张开,本体上的限位块限制其最大张开外径,扩眼器工作时,部分内环空流量通过扩眼器喷嘴清洗切削齿,上携岩屑避免重复破碎。

2扩眼器对定向造斜段BHA造斜率的影响
扩眼器的主要工作任务是增大井眼直径。

此外,在直井段工作时扩眼器具有防斜作用。

在定向段使用时,扩眼器将影响已有钻具组合的造斜率,扩眼钻进时常要求使用扩眼器后不改变已有造斜率,所以需要研究使用扩眼器后对下部钻具组合(简称BHA)造斜率的影响以及如何调整钻具组件获得原有造斜率。

2.
1不带扩眼造斜BHA的几何造斜率
某区块造斜时常用的钻具组合如下:8-1/20钻头,6-3/40泥浆马达(1.25b弯角),6-1/20浮阀接头,7-1/40扶正器,6-1/20无磁钻铤,6-1/20M WD (Directional),6-1/20无磁钻铤,6-1/20震击器,50加重钻杆。

其力学模型如图2所示。

图1扩眼器
F ig.1Reamer picture
图2某区块常规造斜BHA力学模型示意
Fig.2BHA mechanical model
计算时钻头高度L0取0.30m、螺杆钻具总长度L1取6.7m、钻头顶部到弯点距离L2取1.2 m、浮阀长L3取0.75m、扶正器长L4取2m。

采用造斜率计算软件(该软件立足于纵横弯曲连续梁理论[1-2])算得该BHA的几何造斜率为
1.528b/30m。

2.2直接扩眼造斜BHA的几何造斜率
直接扩眼造斜是指使用扩眼器代替钻头直接扩眼钻进。

其力学模型与不带扩眼器的造斜B HA基本相同,如图2所示。

与不带扩眼器的造斜BHA的区别是钻头为扩眼器外径,钻出的井眼大于常规井眼,因此直接扩眼造斜B HA的几何造斜率也会改变。

第28卷第4期祝效华,等1扩眼器在定向造斜段的应用可行性研究#97#
通过计算,直接扩眼造斜B HA 的几何造斜率为-0.133b /30m 。

为获得与原钻具组合大致相当的造斜率,对直接扩眼组合中钻具组件的外径和长
度进行了单独或组合调整计算,通过大量试算获得了与原造斜BHA 保持相同几何造斜率的钻具组合参数(方案6),表1给出了部分计算方案。

表1 直接扩眼造斜BHA 几何造斜率计算结果Tab.1Geometric build -up rate computation of def lecting BHA
方案号
计算方案
造斜率/(b /30m)
1Ds 2=90,其它不变-1.357
2Ds 2=6-1/20,其它不变
0.3913
Ds 2=6-1/20,L 5=17.91m,其它不变0.1914Ds 2=7-1/40,Ds 1=7-1/40,其它不变 2.8835Ds 2=7-1/40,Ds 1=70,其它不变 1.8776
Ds 2=70,Ds 1=7-3/40,其它不变
1.528
表1中,Ds 1为螺杆钻具自带扶正器的外径,扶正器在弯点处;Ds 2为常规BHA 中螺杆钻具顶部的扶正器外径;L 5为钻头到Ds 2的距离。

2.3 随钻扩眼造斜BHA 的几何造斜率
随钻扩眼造斜是指在领眼钻头和弯螺杆钻具之间使用扩眼器。

领眼钻头造眼,之后扩眼器随钻扩眼钻进,破岩工作量主要由领眼钻头承担。

从造斜的角度,扩眼器相当于在钻头和螺杆钻具之间安装了一个满眼扶正器。

其力学模型如图3所示。

图3 某区块随钻造斜BHA 力学模型示意F ig.3Deflecting reamer -B HA mechanical model
通过计算,随钻扩眼造斜B H A 的几何造斜率
为7.474b /30m 。

同样为获得与原钻具组合大致相当的造斜率,对随钻扩眼组合中钻具组件的外
径和长度进行了单独或组合调整计算,通过大量试算获得了与原造斜B H A 保持基本相同几何造斜率的钻具组合参数,见表2,其它试算结果未给出。

通过前述计算可知:使用扩眼器后,无论是单独扩眼钻进还是随钻扩眼,只要适当调整BHA 参数(如扶正器的外径、扶正器到钻头距离、螺杆钻具结构弯角等)都可以保持与未使用扩眼器BHA 大致相当的几何造斜率。

此外还可通过调整弯点到钻头距离等因素调整BHA 的造斜率。

3 结论
(1)定向造斜时,扩眼器可直接替代钻头单独扩眼钻进,也可放在螺杆钻具和领眼钻头之间随钻扩眼钻进;
(2)使用扩眼器后,可通过适当调整B HA 参数获得与原有B HA 基本相当的造斜特性,不会影
响造斜施工;
(3)可调的B H A 参数主要有螺杆钻具弯角、上稳定器外径、上稳定器距离钻头距离等。

表2 随钻扩眼造斜BHA 几何造斜率计算结果
Tab.2Geometric build -up rate computation of def lecting ream er -BHA
方案号计算方案
造斜率/(b /30m)
1
Ds 2=8.50,A =0.25b ,其它不变
1.574
2Ds 2=90,A =0.5b ,L 5=18.06m,其它不变
1.5323
A =0.25b ,L 5=12.80m,其它不变
1.534
注:A 为螺杆的结构弯角。

参考文献:
[1]苏义脑.水平井眼轨道控制[M ].北京:石油工业出版社,
2000.
[2]苏义脑.油气直井防斜打快技术)))理论与实践[M ].北京:石油工业出版社,2003.
#98 # 海 洋 石 油
2008年12月。