常见钻具组合及定向井

一、满眼钻具组合又称刚性配合钻具或刚性满眼钻具,是一种安装在钻柱下部的刚度较大而且井径与钻柱外径之间间隙较小的防止井斜角和井眼曲率变大的一种钻具组合。

刚性满眼钻具一般是由几个外径与钻头直径相近的扶正器与一定长度外径较大的钻铤所组成。

它的防斜原理是在钻头以上的下部钻柱上安装一定数量的扶正器，以扶正合钻铤；提高下部钻柱的刚度，减少其弯曲程度，以消除钻头的严重倾斜，使其能减小和限制由于钻柱弯曲而产生的增斜力，同时扶正器能支撑在井壁上，抗衡地层自然造斜力，以达到控制井斜在最小范围内变化的目的。

为了发挥满眼钻具的防斜作用，在钻具上至少要有三个稳定点，除在靠近钻头处有一个扶正器外，其上面应再安放两个扶正器才能保持有三点接触井壁。

如果只有两点接触，钻柱就能循沿一条曲线，不能保证井眼的直线性。

如果有三点接触，就能保证井眼的直线性和限制钻头的横向移动。

具体如下：1.在垂直或接近垂直的井眼中钻具的防斜作用：当钻具在垂直或接近垂直的井眼中工作时，它的作用是保持井眼沿直线方向加深。

上扶正器能抵消由于上扶正器以上的钻柱弯曲所产生的横向力，使上扶正器以下的钻柱居中，同时也帮助下扶正器抵消地层横向力。

下扶正器的作用抵消地层横向力，限制钻头的横向移动，当地层造斜力不大时，满眼钻具能保持刚直居中状态，使钻头沿铅直方向钻进。

2. 增斜时钻具的防斜作用：当钻进时井斜较大的地层时，满眼钻具能有力地抵抗地层横向力，减小井斜的变化。

在地层横向力的作用下，下扶正器和钻头靠向井壁高的一侧，抵抗地层横向力，限制钻头横向移动。

同时地层横向力势必要扭弯下扶正器上的短钻铤，由于钻铤刚度大，能有力地抵抗此地层的横向力。

中扶正器也帮助中扶正器以下的钻柱抵抗地层横向力。

因此，限制了钻头的横向移动和侧斜。

在已斜井眼内，钻具还有一个纠斜作用，这是由于上扶正器以上的钻铤因自重的作用靠在井壁低侧，并以上扶正器为支点将力下传，作用于上扶正器下的一根钻铤上有一个弯矩，此弯矩使中扶正器靠井壁高的一侧，再以中扶正器为支点将力下传使钻头趋向于井壁低的一侧，产生一个纠斜力。

所以满眼钻具在增斜地层中，能限制井斜角的增大速度，可防止狗腿、键槽等现象的发生。

3.降斜时钻具的作用：如果井眼已发生了偏斜，而地层横向力又使其趋向恢复垂直状态，满眼钻具的作用是防止井斜角过快地减小。

下、中扶正器将抵抗地层横向力，限制钻头向井壁下侧移动。

短钻铤也抵抗其弯曲趋势，保持下扶正器趋向壁高的一侧。

同时中扶正器以上的钻铤所产生的弯矩也将使中扶正器趋向井眼高的一侧，迫使下扶正器抵抗地层横向力，以减小钻头倾角。

所以钻具在降斜时能有力地抗衡地层降斜力，减少井眼的降斜率，使其不致于产生狗腿、键槽等不良现象。

4.满眼钻具组合设计1）近钻头扶正器：近钻头扶正器应采用井底型扶正器并紧接钻头，其间不应加装配合接头或其它工具。

为了增强近钻头扶正器抗衡横向偏斜力及限制钻头横向切削的作用，在中等易斜地层应采用有效扶正长度较长的扶正器，也可以在有效扶正长度较短的近钻头扶正器上直接接一只钻柱型扶正器，在严重易斜地层则应采用有效扶正长度更长的近钻头扶正器。

2）中扶正器与上扶正器的安放高度确定：中扶正器和上扶正器的安放高度与满眼钻具组合的使用效果有重要的关系。

确定中扶正器与上扶正器理想安放高度的原则使尽量减小下部钻柱弯曲变形，从而使钻头偏斜角和作用在钻头上的弯曲偏斜力为最小值。

中扶正器的理想安放高度主要取决于钻铤尺寸，扶正器与井壁间隙值，井斜角及钻井液密度等因素。

上扶正器安放在中扶正器的上部，一般相距一根钻铤的长度约9米左右。

3）提高钻柱的弯曲刚度为了提高钻柱组合的弯曲刚度，在上扶正器上适当位置根据需要可以再加扶正器。

满眼组合部分呢的钻铤，特别是短钻铤，应采用最大外径厚壁钻铤。

4）扶正器与井壁之间的间隙控制扶正器与径壁之间的间隙与满眼钻具组合的使用效果关系甚为重要，应当严重控制（特别是在井斜较严重的层段），一般这一间隙越小越好，尤其是近钻头扶正器和中扶正器，与井壁间的实际间隙过大往往导致满眼钻具组合失效。

二、钟摆钻具组合钟摆钻具是为了减少井斜角而设计的一种钻具组合，是利用斜井内切点以下钻铤重量的横向分力把钻头推向井壁低的一侧，以达到逐渐减小井斜的效果。

这个横向分力如钟摆一样，所以称之为“钟摆力”，运用这个原理组合的钻具称为钟摆钻具。

1.工作原理利用斜井内切点以下钻铤重量的横向分力把钻头推向井壁低的一侧，以达到逐渐减小井斜的效果。

这个横向分力如钟摆一样，所以称之为“钟摆力”，运用这个原理组合的钻具称为钟摆钻具。

对于一定斜度的井眼来说，井斜角是一定的，因此增大降斜力的主要方法是增大切点以下的钻铤重量，其办法有二：一是使用大尺寸钻铤或加重钻铤。

显然在同一钻压下，大尺寸钻铤不易被压弯，并且切点位置高，因而切点以下钻铤长度L大，有利于增大降斜力。

二是在比切点略高的位置上，安装一个扶正器，以提高切点位置，增大其下部钻铤重量，使降斜力增大。

除此之外，扶正器对其下部钻铤还起到扶正作用，因而可减少钻头倾斜角，限制增斜力的增大。

当然最理想的办法是采用大尺寸钻铤加扶正器，这样组成的钻具不仅钟摆的长度大，而且重量也大，其降斜效果更好。

2.扶正器的安放位置光钻铤钟摆钻具虽具有防斜作用，但其能力是有限的，主要原因是切点低，钟摆力较小。

在井斜较严重的地区，如果要使井斜角保持较小值，只有采用较低的钻压。

所以在现场多采用单扶正器钟摆钻具，这种钻具组合就是在适当的高度上安装一个扶正器作为支点，以增大有效的钟摆长度，提高钟摆力。

由此可见，它的技术关键就是扶正器的安放位置要适当。

如果安放位置偏低，则降斜力小，效果差。

如果安放位置偏高，则扶正器以下钻铤可能与井壁形成新的切点，使钟摆钻具失效。

扶正器的理想安装位置应是在保证扶正器以下的钻铤不与井壁接触的条件下尽量提高些。

三、塔式钻具组合塔式钻具就是在钻头之上，使用几段直径自下而上逐渐减小，形如塔状的钻铤组合。

钻铤应不少于12根；这种防斜钻具的特点就是底部钻铤重量大，刚度大，整个钻铤柱的重心低，稳定性好。

能产生较大的钟摆减斜力。

在松软地层，井径易扩大，对于扶正器满眼钻具或扶正器钟摆钻具，由于其井径与扶正器间隙值大，防斜效果差。

使用塔式钻具则能得到满意的效果。

此外，塔式钻具还有结构简单，使用方便，不需要进行扶正器位置计算的优点，也不存在扶正器、方钻铤的磨损及修复等问题，但塔式钻具也存在底部间隙小，易卡钻，钻铤尺寸多，操作部方便等不足。

塔式钻具防斜效果的好坏，取决于钻具的塔式组合。

要求组合的重心低、底部钻铤直径大、整个钻铤重量大、每一级钻铤尺寸差值小。

四、定向井1.定向井的概念：设计井眼轨迹由多段直线和光滑曲线组成，井底相对井口有一定的水平位移；这种沿着预先设计的井眼轨迹钻进的井称为定向井。

2.定向井的使用范围增加油层穿越面积，提高产量和采收率（水平井）绕开地面障碍（河流、高山、建筑、沼泽）适应井下地质条件，节省钻井时间减小地面井场占用面积,节省投资（丛式井、多底井）处理井下事故（救援井、侧钻井）3.井身要素：1)测深：L 单位：米井眼轴线上任一点到井口的井身长度称为该点的测深。

2)井斜角：α单位：度某测点处的井眼方向线与通过该点的重力线之间的夹角称为该点的井斜角。

3)井斜方位角：Φ单位：度在井眼轨迹上任一点为原点的平面坐标系中以通过该点的正北方向线为始边，顺时针旋转至该点处井眼方向线在水平面上的投影线，所转过的角度称为该点的方位角。

井斜方位角的值可用0°--360°表示，也可以用象限值表示。

象限角是指井眼的井斜方位线与正北方向线或正南方向线之间的夹角。

其值在 0°--90°之间变化并需要注明象限。

4.定向井的其他井身要素1)垂深：即测点的垂直深度，以H表示。

是指井身上任一点至井口所在水平面的距离。

可以在垂直投影图上反映出真实值。

2)水平长度：即测点井深的水平投影长度以S表示。

是指自井口至测点的井眼长度在水平面上的投影长度。

3)平移；即测点的水平位移。

4．平移方位角：是指以正北方位线为始边顺时针转至平移方位线上所转过的角度。

5．N坐标和E坐标：是指测点在以井口为原点的水平面坐标系里的坐标值。

一个是北，一个是东。

4)视平移：水平位移在设计方位线上的投影。

5.井身剖面设计设计原则：利用地层自然造斜规律；利于钻井、采油、修井工作；剖面简单；造斜井段地层稳定；井眼曲率变化均匀1）井深剖面设计：剖面要求基本为两段制（直—增）或三段制（直—增—稳）；2）定向井设计必须有：a.地质设计应提供井口和目标点纵、横坐标，目标点垂垂直深度；b.给出目标点靶区半径，有特殊要求应作出说明；c.提供本地的磁偏角；d.丛式井场有老井的，必须提供已钻的井测斜数据，并复测井口坐标；e.根据地质设计和井场组合，是丛式井井场要进行施工顺序排序，尽量避免绕障，减少施工位移；6.定向井工艺1）直井段钻进过程中按设计要求认真作好测斜工作，监测井眼轨迹，严格作好防碰工作，并控制直井段最大井斜符合设计要求。

特别要作好1：100的防碰图，做好随钻分析，异常情况分析记录判断，搞好全员防碰工作。

2）造斜段：造斜点的选择应考虑以下因素：a.设计造斜点。

b.直井段以发生的轨迹偏移。

c.有利于防碰。

d.下步计划实施的增斜方式及增斜率。

e.其它井施工安全性。

f.尽量充分利用钻头寿命7.定向井测量方法１）井斜角测量原理：重力方法：液体染色（虹吸测斜仪），腐蚀（ＨＦ），感光照相（单、多点照相仪），电法（随钻测量仪 MWD）。

２）方位角测量原理：陀螺、磁场（在套管内不能测量，需使用无磁钻铤）方法：感光照相（单、多点照相仪），电法（随钻测量仪 MWD）。

8.井身质量要求1）上直段井斜＜2°2）最大全角变化率＜4°／25米3）全角变化率连续三点不大于3°/25m4）实际井斜角与设计井斜角一般不超过±3°、最大不得超过±5°5）方位角的摆动与设计值一般不超过±10°、最大不得超过±20°。