定向井、水平井专用工具

第章定向井、水平井专用工具

第一节定向接头

一、定向接头类别

目前国内常用的定向接头有两种：定向直接头和定向弯接头，定向直接头用于弯壳体螺杆定向钻进，而定向弯接头则用于直壳体螺杆定向钻进。定向弯接头因其具有制造简单、使用方便、成本低廉等特点，目前使用较为普遍。

二、技术规格

定向弯接头规格表表1-1

三、基本结构

1、直接头的基本结构，包括壳体、扶正套、定向键和定位螺钉，如图1-1所示：

图1-1

2．定向弯接头的基本结构，包括壳体、扶正套、定向键、定位螺钉如图1-2所示：

定向弯接头结构示意图

图1-2

弯接头弯曲度数的计算公式：

α=57.3(a-b)/d

式中：α——弯曲角度（º）

a——长边长度（mm）

b——短边长度（mm）

d——外径（mm）

四、弯接头性能

不同螺杆钻具使用弯接头在不同井眼的造斜率表1-2

第二节无磁钻铤

一、作用

由于所有磁性测量仪器在测量井眼的方向时，感应的是井眼的大地磁场，因而测量仪器必须是一个无磁环境。然而在钻井过程中，钻具往往具有磁性，具有磁场，影响磁性测量仪器，不能得到正确的井眼轨迹测量信息数据，利用无磁钻铤可实施无磁环境，并且具有钻井中钻铤的特性。国外已有相当数量的无磁钻铤产品于1990年列入API标准。我国根据国外产品和产品样本制订了SY/T 5145-86《无磁钻铤》标准。

二、工作原理

无磁钻铤工作原理如图2-1所示：

无磁钻铤的作用原理示意图2-1

注：①地磁场线；②磁性测量仪；③钢钻铤；④干扰磁场线；⑤钻头接头；⑥无磁钻铤

无磁钻铤上下的干扰磁场线对测量仪器部位没有影响，因而无磁钻铤为磁性测量仪器创造了一个无磁环境，保证了磁性测量仪器测到的数据为真实大地磁场信息。

三、无磁钻铤材料

1、蒙乃尔合金

（1）、化学成分及机械性能见表2-1

（2）、蒙乃尔合金的特点

蒙乃尔合金虽然具有不易腐蚀的优点，但是由于镍含量高而存在以下缺点：

a.价格昂贵。

b.易磨损。

2、铬-镍合金

这种合金钢约含18%的铬和镍。易于塑性变形导致螺纹过早损坏，特别对需要上紧扭矩高的大钻铤更为不利。其化学成分见表2-2。

3、以铬和锰为基础的奥氏体合金

其制造方法为半热锻形变强化方法，这种钢的缺点是对盐水钻井液应力腐蚀很敏感。其化学成分见表2-2。

4、铍铜合金

用铍铜巴氏合金25制造的无磁钻铤钻井液腐蚀性好，尤其对硫化物应力破坏抵抗性更好。磁化率低，接头不易磨损，机加工性能好，由于其成分为重量百分数铜占98%，铍占2%，所以价格很贵。

5、SMFI无磁钢

SMFINM钻铤采用高抗腐蚀、高磁特性的优质无磁材料制造。SMFIN-MDC无磁材料化学成分见表2-3

6、国产锰铬镍钢

这种钢含锰16.59%，含铬13.12%,含镍1.91%,相对导磁率小于1.01rцr,化学成分见表2-4

四、技术规格

五、无磁钻铤长度的选择

为了保证磁性测量仪器测量结果准确，必须合理选择无磁钻铤的长度。应根据测量井段的井斜角和井斜方位角的大小来选定无磁钻铤的长度。井斜角大时，要加长无磁钻铤的长度。见图2-2，3

图2-2

图2-3

关于磁性测量仪器在无磁钻铤中的位置，推荐如下：

Ⅰ区：6m钻铤中心以下，0.3～0.6m；

8m钻铤中心以下，0.6～1.0m；

10m钻铤中心以下，1.0～1.3m；

Ⅱ区：10m钻铤中心以下，1.0～1.3m；

20m钻铤中心以下，2.3～3.0m；

30m钻铤中心。

Ⅲ区：20m钻铤中心（曲线A）；

20m钻铤中心以下，2.3～3.0m（曲线B）；

30m钻铤在中心。

当无磁钻铤中间需用扶正器时，必须注意扶正器对磁性测量仪器的影响，最好的办法是扶正器制造成无磁钻铤芯子加钢套筒配合，这样既可以降低对磁性测量仪器的影响，又可以节省价格昂贵的非磁钢材。

Ⅰ区—18m钻铤曲线A下；25m钻铤曲线B下; 30m钻铤曲线C下;串联18m+25m钻铤曲线C上

Ⅱ区-- 30m钻铤曲线A下；60m钻铤曲线B下（加找中稳定器）; 60m钻铤曲线C下（加近钻头稳定器）；90m钻铤曲线C上

Ⅲ区-- 60m钻铤曲线A下（加找中稳定器）；60m钻铤曲线B下（加近钻头稳定器）; 90m钻铤曲线C下

第三节AGS可调变径稳定器

一、作用

可调变径稳定器是一种在钻进过程中，用于控制或调整井眼的井斜角的一种工具。它通过调整稳定器的尺寸大小，改变下部钻具的井斜控制能力，从而较准确地控制井眼的井斜角。这是美国Sperry-Sun公司生产的可调变径稳定器Adjustable Gsuge Stabilizer，简称AGS。

二、结构示意图3-1

AGS可调变径稳定器示意图3-1

三、AGS可调变径稳定器的工作原理

AGS的每一个翼片有四个或五个活塞，如有五个活塞，就有五个活动斜面体，每一个斜面体调节三个活塞，每一个活塞有一个斜面．所有的斜面体是一起活动．当压差作用在活塞下部的斜面体上时，活塞向外伸展．活塞的伸缩，是通过凸轮筒控制的．活塞通过压差保持工作状态．当带有斜面的心轴通过作用在自身的压差向下移动时，斜面同时作用所有活塞,活塞从自由状态向外移动，并通过压差控制，在凸轮筒保持固定．当停泵消除压差时，内部弹簧回弹，心轴恢复原位，活塞收缩，并引导凸轮筒到达下一个位置．

重新开泵将引导AGS工具从自由状态到另一个工作状态，这时活塞通过压差在凸轮筒中保持固定．当压差如上减小，活塞重新恢复下一个状态．活塞将一直保持伸展状态,直到在停泵时才收缩。钻压不对工具或活塞产生影响。

通过记录钻柱在一定排量的压力，然后停泵、开泵，记录在同样排量下的新的压力值，来确立AGS的位置（工作状态）。如果新的压力值高，这时活塞全部伸展，反之亦然。压力升高=尺寸增大。只有当信号清晰时，信号的压力值才不重要。当再一次停泵、开泵时，活塞又将从一种工作状态转到另一种工作状态。由于这种工具可以通过泵简单且快速的调节，所以能够对井斜进行精确的控制。在水平段，通过调节每一个立柱的进尺，可以精确的控制ＴＶＤ（垂深）。一旦司钻、定向井工程师、MWD工程师建立交流，那么这种工具就非常简单和安全。

四、AGS可调变径稳定器的技术规格