机械式自动垂直钻井工具

参考文献
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一弼９一
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
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
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
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。
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
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
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。
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
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
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。
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
（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
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
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。
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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
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
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
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＋