定向井工程师培训系列之五(定向井钻具组合)

二、常规钻具组合－降斜钻具组合

常用降斜钻具组合：钻头十短钻铤（3～8米）十稳定器十非磁钻铤十 稳定器十钻铤十键槽破坏器十挠性接头十震击器十加重钻杆十钻杆。 （见图9一12，从下至上，降斜效果越来越强）。
二、常规钻具组合－降斜钻具组合

注意事项：
1．定向井的降斜钻具组合不宜采用大钟摆式，否则降斜率过高，起下钻困难。 2．降斜段一般接近完井井段，井下扭矩和摩擦阻力较大，在满足中靶的前提 下，应尽量简化钻具组合，使用加重钻杆加压。 3. 降斜钻具柔性较大，钻进时方位的漂移率也相应较大，需密切注意方位和 井斜的变化。
二、常规钻具组合－造斜钻具组合

斜向器（也叫变向器）造斜
斜向器的结构如图所示。这是最早使用的造斜工具，由于工艺繁杂， 现在仅用于套管内开窗侧钻，或不适宜用井下马达造斜的井段。
二、常规钻具组合－造斜钻具组合


井下马达造斜
常用造斜钻具组合为：钻头十井下马达十定向弯接头（或：弯接头 ＋定向接头）十非磁钻铤十普通钻铤（ 0～30 米）十挠性接头十震 击器十配合接头＋加重钻杆＋钻杆。 工作原理：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。 影响钻具的造斜能力主要因素：a).弯接头的弯角b).动力钻具的长 度 常用弯接头的造斜能力预测见下页表中所列。 根据造斜井段或扭方位井段的井眼尺寸和井深及井温来选择井下马 达。 使用的牙轮钻头应选用适应高转速的金属密封滚动轴承钻头，在浅 层、可钻性好的软地层应使用铣齿钻头或合适的PDC 钻头。

旋转导向技术的特点是无论定向与否，都使整体钻柱保持旋转状态，它 是唯一能解决摩阻、井眼清洗问题的导向钻井技术。因此，旋转导向工 具也就成了井下闭环钻井(自动化 )系统的核心工具。
旋转导向钻井系统能在连续旋转钻进的过程实现造斜、增斜、稳斜、降 斜、扭方位等定向钻井目的。目前我们用的较多的旋转导向工具主要有 SCHLUMBERGER公司的POWER DRIVE 系统、BAKER HUGHES INTEQ公司的AUTO TRAK RCLS系统和HALLIBURTON SPERRYSUN公司的GEO-PILOT系统
二、常规钻具组合－稳斜钻具组合

常用的稳斜钻具组合：钻头十近钻头扶正器十短钻铤（3～6米）十扶正器十非 磁钻铤十扶正器十钻铤十（键槽破坏器）十挠性接头十震击器十加重钻杆 （见图9－11，从下至上，稳斜效果越来越强。图中UG是指尺寸不足的扶正器）
二、常规钻具组合－稳斜钻具组合

施工措施：
1．造斜或增斜结束后，下入第一趟稳斜钻具时，从造斜点开始要慢慢下钻。 尤其是在软地层、高造斜率的情况下，容易遇阻，并可能产生新井眼，必须注 意： （1）下钻遇阻时，活动钻具3～5次，切勿 “压死”钻具； （2）开泵，慢慢下放2～3次。 （3）在遇阻点以上1.5米左右，中高速转动转盘（80～90转／分），快速下 放，钻压不超过98千牛（10吨）； （4）通过遇阻点以后，上、下活动钻具l～2次，继续下钻。 注意：在硬地层时，稳斜钻具在造斜段遇阻，仍可采用前述（1）、（2）步骤， 只是活动钻具的次数适当减少，仍然遇阻时，同样要转动转盘，只是转速适当 地低一些，且控制钻压，慢慢下放，切勿“压死”钻具。 2．在方位右漂严重的地层中钻进，可采用“超长翼”的扶正器（钻具组合相 同），以稳定方位角。也可采用某些具有左漂特性的PDC钻头（如R426型）。 3．总结同一地层的自然增斜或降斜特性，合理地选择稳斜钻具组合。 4．测斜，最大测斜间距不超过60米，特殊井的关键井段测斜间距应为30米左 右，并及时绘制垂直剖面图和水平投影图，随时掌握实钻井眼轨迹情况。
三、导向钻具组合


导向钻井系统的优点
导向钻井系统最大的特点是用一套钻具组合实现多种定向作业， 这样就节省了大量的起下钻时间，缩短了建井周期，节约了钻井费用， 因此对昂贵的海上钻井有特别重要的意义。 其主要优点有： （1）及时控制井眼轨迹，提高钻井的准确性。采用MWD 跟踪监测 井眼轨迹，一旦发现轨迹不合要求，便可随时进行方位和井斜的调整， 提高井眼轨迹的精度； （2）减少起下钻次数，提高钻井效率。由于使用一套井下钻具组合， 就能完成多种定向作业，减少了起下钻的次数，从而避免许多井下事故 的发生； （3）充分发挥钻头潜力，提高机械钻速。由于导向动力钻具的多功 能性，减少了为控制井眼轨迹而进行的起下钻，从而得以优化钻头使用 效果。钻头受到的侧向力一般较小，也有利于延长钻头寿命和增加钻头 进尺。 （4）利用计算机技术监测与预测井眼轨迹以及导向马达和钻头的工 作性能，能及时调整有关可控因素、钻进方式，确保井眼轨迹控制得以 安全、准确、迅速、连续地进行。
三、导向钻具组合

导向钻井系统分类
（1）几何导向钻井系统
几何导向钻井系统由钻头、导向马达、无线随钻测斜仪和 地面计算机系统组成。它的主要特点为不需要起下钻就可以连 续地完成造斜、增斜、降斜、扭方位、稳斜钻进，有利于提高 钻进速度和控制井眼轨道沿设计轨道钻进。 （2）地质导向钻井系统 地质导向钻井系统由钻头、导向马达、无线随钻测井仪、 无线随钻测斜仪和地面计算机系统组成。它的主要特点为不需 要起下钻就可以连续地完成造斜、增斜、降斜、扭方位、稳斜 钻进，有利于提高钻进速度和控制井眼轨道，并且可以随时测 得地层参数，以便及时修改地质设计和井眼轨道。
四、旋转导向钻具组合

滑动导向技术的特点是在导向作业时，上部钻具不随钻头转动，随钻进 深度的增加，钻柱整体沿井壁向下滑动（井眼轴向），这种工作方式可 能带来摩阻过大和井眼清洁不完善两大问题。轴向摩阻使得在滑动方式 下很难控制钻头上的钻压，这个问题随着水平位移的增加越来越明显， 在极限情况下，钻柱发生屈曲，从而限制了定向井、水平井的有效深度。

三、导向钻具组合
三、导向钻具组合






典型的导向钻具组合 17-1/2″井眼导向组合：17-1/2″钻头（0.45m）＋95/8″导向马达（9.7m）＋ 16″ 扶正器(2.1m)＋8″浮阀接头(0.9m)＋8″随钻测斜仪(MWD)(10m)＋8″非磁钻铤 (9.5m)＋（8″定向接头）(0.7m)＋8″钻铤(28m)+8″配合接头(0.7m)+5″加重钻杆 (200m)+5″钻杆 钻井参数：钻压 2－20T 排量 2800－4000LPM 转速 0－40（60）RPM（依马达弯角确定钻柱最高转速） 12-1/4″井眼导向组合：12 1/4″PDC钻头（0.4m）＋9 5/8″导向马达（9.7m）＋ 11 3／4″扶正器(1.7m)＋8″浮阀接头(0.9m)＋8″随钻测斜仪(MWD)(10m)＋8″非磁 钻铤(9.5m)＋8″配合接头(0.7m)＋5″加重钻杆(200m)＋5″钻杆 钻井参数：钻压 2－11T 排量 2600－3800LPM 转速 0－40（60）RPM（依马达弯角确定钻柱最高转速） 8-1/2″井眼导向组合：8 -1/2″PDC钻头（0.25m）＋6 -3/4″导向马达（7.5m）＋ 8″扶正器(1.7m)＋61/2″浮阀接头(0.7m)＋6 3／4″随钻测斜仪(MWD)(10m)＋63/4″非磁钻铤(9.5m)＋5″加重钻杆(200m)+5″钻杆 钻井参数：钻压 2－10T 排量 1800－2200LPM 转速 0－40（60）RPM（依马达弯角确定钻柱最高转速）

四、旋转导向钻具组合－ POWER DRIVE
SCHLUMBERGER ANADRIL公司的POWER DRIVE系统
井眼 支撑翼肋 控制机构
导向方式：偏置钻头
偏置方向
（BIAS THE BITS）
调制式：整体旋转
动力：钻井液压差
四、旋转导向钻具组合－ POWER DRIVE
四、旋转导向钻具组合－AUTO TRAK BAKER HUGHES INTEQ公司的AUTO TRAK RCLS系统
三、导向钻具组合

组成：由高效能钻头、导向动力钻具 MWD 组成一体，并辅之计算机 软件而组成。 功能：可适时变更定向和开转盘两种工况，连续完成定向造斜、增斜、 稳斜、降斜及扭方位操作，而不用起钻变更钻具组合，就能快速钻出高 质量的井眼轨迹的钻井方式。
Adjustable Gauge Motor AGS™ / TRACS™ SlickBore™ GEO -PILOT™
定向井工程师培训系列之五
--定向井常用钻具组合--
陈秋炎 200908 新疆
一
定向井常用钻具组合的分类 定向井常用钻具组合的分类 常规钻具组合 导向钻具组合 旋转导向钻具组合
二
三Biblioteka Baidu
四
一、定向井常用钻具组合的分类
一、常规钻具组合 造斜钻具组合 斜向器（也叫变向器）造斜 井下马达造斜 增斜钻具组合 稳斜钻具组合 降斜钻具组合 二、导向钻具组合 三、旋转导向钻具组合


二、常规钻具组合－造斜钻具组合
弯接头造斜率数据表
二、常规钻具组合－造斜钻具组合
根据测斜仪器的种类不同，分为五种定向方式：
单点定向 地面记录陀螺（SRO）定向 有线随钻测斜仪（SST）定向 无线随钻测量仪（MWD）定向 自寻北陀螺（North-Seeking Gyroscopes）定向

施工注意事项： 1．按设计钻井参数钻进，均匀送钻，使井眼曲率变化平缓。 2．每钻进25～50米测量一次，掌握井斜、方位的变化趋势，随时跟踪轨迹走 向。如果增斜率不能满足设计要求，应及时采取措施： （1）调整钻压改变增斜率。增加钻压可使增斜率增大，减小钻压，则使增斜 率降低。 （2）更换钻具组合，改变近钻头扶正器与相邻扶正器之间的距离。改变的范 围为10～30米，距离越短，增斜率越低，距离越长，增斜率越高； （3）改变近钻头扶正器与相邻扶正器之间的钻铤刚性，刚性越高，增斜率越 低；刚性越低，增斜度越高。 （4）钻头底部距近钻头扶正器翼片中部的距离为0.7～1.2米。 3．如果增斜率比设计值稍低（1.5°／30米以内），可采用强行增斜法。 （1）接单根后，开泵至设计排量，慢慢加压至设计钻压的75％左右； （2）转动转盘至设计转速，同时逐步增加钻压至允许的最大钻压； （3）钻完一个单根时，马上停转盘，钻压不回零，上提钻具。 （4）划眼时，井底的最后2米左右不划眼。 采用强行增斜法要注意：一是当前钻进的转盘扭矩不应过大；二是启动转盘时， 要保持钻压达到预定的数值；三是整个井下钻具各组件质量应合格；四是采用 这种特殊方法只能达到微增效果（增斜率可提高1.2°／30米左右——经验数 据）。
不旋转外筒式
四、旋转导向钻具组合－ GEO-PILOT
四、旋转导向钻具组合－ GEO-PILOT
钻井参数：钻压2～15klbs,排量1700~2000LPM,转速120~150RPM


二、常规钻具组合－增斜钻具组合

常用增斜钻具组合为：钻头十近钻头扶正器十非磁钻铤十钻铤（非磁钻 铤和钻铤的总长度为18～30米之间）十扶正器十钻铤（10米）十扶正 器十钻铤十随钻震击器十加重钻杆十钻杆（见图9－10，从下至上，增 斜效果越来越强。图中UG是指尺寸不足的扶正器）
二、常规钻具组合－增斜钻具组合
导向方式：偏置钻头 （BIAS THE BITS）
不旋转外筒式
动力：独立液压系统
四、旋转导向钻具组合－AUTO TRAK
四、旋转导向钻具组合－AUTO TRAK
四、旋转导向钻具组合－ GEO-PILOT HALLIBURTON SPERRY-SUN公司的GEO-PILOT系统
导向方式： POINTING THE BITS 偏置钻柱