定向井常用井下工具

油田技术－定向井工程师序列培训讲义（T2－21）

第一部分定向井常用井下工具的分类

1、泥浆马达（PDM）

2、旋转导向工具

3、扶正器（STB）

4、非磁钻铤（NMDC）

5、悬挂短节（HOS）

6、短非磁钻铤（SNMDC）

7、浮阀（F/V）

8、定向接头（O/S）

9、挠性短节（F/J）

10、震击器（JAR）

11、加重钻杆（HWDP）

12、短钻铤

13、弯接头

14、套管开窗工具

15、其它定向井工具

第二部分定向井常用井下工具的现场检查测绘及使用

一、泥浆马达

1、泥浆马达的主要组成部分

1) 旁通阀总成2) 马达总成

3) 万向轴总成4) 驱动轴总成

2、泥浆马达的工作原理:

马达是一种螺杆钻具（SCREW DRILLS），它是以泥浆作为动力的一种井下动力钻具。马达工作原理：泥浆泵产生的高压泥浆流，经旁通阀进入马达时，转子在压力泥浆的驱动下，绕定子的轴线旋转，马达产生的扭矩和转速，通过万向轴和传动轴传递给钻头，来实现钻井作业。

3、旁通阀结构及工作原理：

旁通阀有旁通和关闭两个位置，在起下钻时位于旁通位置，下钻时允许环空的泥浆由旁通阀阀体侧面的阀口孔流向钻杆(钻具)内孔，起钻时使钻杆内孔的泥浆从阀体侧面的阀口流入环空，减少井台溢出泥浆，当泥浆流量及压力达到一定值时，旁通阀关闭，泥浆流经马达，将泥浆能量转换为机械能。

4、马达总成的结构及工作原理：

马达总成由转子和定子两部分组成。定子与转子之间形成若干个密封腔，在泥浆动力作用下，密封腔不断的形成与消失，完成能量交换从而推动转子在定子中旋转。马达可形成几个密封腔就称几级马达。

5、万向轴总成的工作原理：

万向轴总成位于转子下端，其作用是把马达产生的扭矩和转速传递到传动轴上。由于转子作的是偏心运动，因此要求万向轴具有较好的挠性功能，能将偏心运动转换成传动轴的定轴转动。

6、传动轴总成(drive shaft assembly) 的工作原理：

它的作用是将马达的旋转动力（扭矩和转速）传递给钻头，同时承受钻压所产生的轴向和径向负荷。

7、泥浆马达操作参数及注意事项

<工作压力

<循环压力

<工作压差

<马达井口试验应注意的问题

<不同马达所允许的轴向间隙

<马达使用结束后应注意的问题

<马达到达井场后先要作什么

二、旋转导向工具（另有专题讨论）

旋转导向工具是钻柱保持旋转状态下就能实现造斜、增斜、稳斜、降斜和扭方位等定向钻井目的的井下工具。旋转导向工具的种类繁多，工作原理各异，从技术手段上分有全机械式、电子机械式、电子液压式等，从工作原理上分有静止式和调节式等。静止式是指，当钻柱旋转时，导向支撑块不转动，可沿井眼轴线方向滑动；调节式是指，当钻柱旋转时，支撑块随钻柱一起转动，但其整体工作效果具有导向作用。

到目前为止我们只用过SCHLUMBERGER公司的POWER DRIVE、BAKER HUGHES INTEQ公司的AUTO TRAK 和HALLIBURTON公司的GEO-PILOT旋转导向系统。前者为调节式，后两者为静止式

三、扶正器

1、扶正器的分类

可调扶正器

一体式扶正器

近钻头扶正器

可换套筒式扶正器

2、扶正器的作用

1)．在增斜钻具组合和降斜钻具组合中，稳定器起支点作用，通过改变稳定器在下部钻具组合中的位置，可改变下部钻具组合的受力状态，达到控制井眼

轨迹的目的；

2)．增加下部钻具组合的刚性达到稳定井斜和方位的目的。稳斜钻具组合，是减小钻头与稳定器之间，以及稳定器与稳定器之间的相对距离，增强下部钻具的刚性，以限制下部钻具受压变形，达到稳斜效果；

3)．修整井壁，平滑井眼。

3、扶正器的形状

直翼

正螺旋

大斜坡

小斜坡

4、扶正器的检查

扶正器出、入井时，应认真测量稳定器的内、外径，扶正翼的长度及磨损情况，两端丝扣及台肩，测绘扶正器的外形尺寸

四、非磁钻铤

1．常用非磁钻铤的规格

9 “非磁钻铤：扣型：731*730 外径：9 " （228.6mm）

内径：2-13/16″（71.44mm）

8 “非磁钻铤：扣型：631*630 外径：8 ” （203.2mm）

内径：2-13/16″ 3 “ 3-1/4 ” （82.55mm）6-1/2 "非磁钻铤：扣型：411*410 外径：6-1/2 " (165.1mm)

内径：3-1/4 “ 或2-13/16 ” （71.44mm）4-3/4”非磁钻铤：扣型：311*310 外径：4-3/4 " (120.65mm)

内径：2-1/4 ” （57.15mm）

2．组份、原理与作用

（l）组份：

①蒙乃尔钢，含30％铜和65％镍的合金；

②铬／镍钢，含约18％铬和13％以上镍的合金；

③奥氏体钢，锰含量大于18％的含铬合金；

④铬铁铜合金。

（2）用途

由于磁性测量仪器的磁通门感应的是井眼的大地磁场，所以测量仪器工作时必须是一个无其它干扰磁场的环境。然而在钻井过程中，钻具往往具有磁性，影响磁性测量仪器正确测量井眼轨迹数据。利用无磁钻铤可以实现无干扰磁场的环境，并且具有普通钻铤的作用。

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

五、悬挂短节

悬挂短节作用：将MWD仪器坐在其中，为MWD提供一个安全稳定的测量环境。

悬挂短节外壁上有一高边刻度线，其作用是校正马达高边及量MWD到马达OFFSET值。内壁有一凸出的键，为MWD座封时使用。在不使用MWD时，一定要注意先甩掉悬挂短节，以避免排量过大冲掉该键，造成井下事故。

六、短非磁钻铤

主要作用：