6英寸小井眼水平井无磁钻铤的改进

6英寸小井眼水平井无磁钻铤的改进
【摘要】随着井眼直径6英寸的水平井在大牛地气田的大规模推广，在小井眼水平井的定向施工过程中，定向仪器的磨损和故障率明显升高，定向仪器的维修、折旧费用急剧增加。

定向仪器损坏造成的起下钻作业明显增多。

小井眼水平井施工现场急需要一种切实、有效地降低定向仪器故障率的措施。

从井下仪器的工作环境和状态出发，分析导致仪器损坏的各种因素。

提出有效降低定向仪器磨损和故障率的方法是加大水平段无磁钻铤的内径。

在不影响无磁钻铤本身机械性能的前提下，将无磁钻铤的内径改造成台阶孔形式，以扩大无磁钻铤的内径。

改造后的无磁钻铤经过数口水平井的实际使用测试，对定向仪器的保护表现出明显的优势，定向仪器的磨损明显减轻，仪器的故障率也显著下降，对水平井施工的提效、提速具有积极的意义。

【关键词】小井眼水平井无磁钻铤 mwd 钻具振动
随着水平井钻井技术的发展，6英寸小井眼水平井在大牛地气田已得到深入推广。

相比之前的常规水平井，小井眼水平井在钻井施工过程中存在着诸多的优势，较小的钻具结构减少了钻井成本，降低了钻井施工难度，增加了机械钻速，缩短了建井周期。

但是在钻具尺寸变小后，我们在定向施工过程中发现，定向仪器的故障率明
显比在大井眼水平井施工时增大很多。

在6英寸小井眼水平井的定向施工过程中，定向仪器的磨损、损坏特别严重，由于井下仪器损坏造成的起下钻作业也相应增多。

定向仪器的频繁损坏导致生产成本的急剧增加，严重的影响了气田水平井的钻井实效。

在此情形下，分析定向仪器的损坏机理，对大牛地气田6英寸小井眼水平井所用无磁钻铤进行技术改造，在满足正常定向钻井施工的同时，改善定向仪器的工作环境，延长定向仪器的使用寿命，降低定向仪器损坏事故率。

1 原因分析
无磁钻铤在水平井钻井施工中不但起到钻铤的作用，还由于其具有极低的磁导率，能够为井下磁性测量仪器创造一个无磁干扰的工作环境。

无磁钻铤是水平井钻井施工中必需的专用工具，也是安装无线随钻测量仪器（mwd）的载体，无线随钻测量仪器都被安放在无磁钻铤的内部。

目前，大牛地气田的6寸小井眼水平井在施工过程中所用的无磁钻铤都是外径为 120.65mm，内径为57.15mm的普通钻铤结构形式。

安放在无磁钻铤里面的mwd（无线随钻测量仪）仪器管串抗压外筒的外径一般为48mm，总长度一般为6m到8m。

通过在仪器管串上安装3到4只橡胶翼扶正器，使mwd仪器处于无磁钻铤的中心位置。

扶正器的橡胶翼同时起到减震的作用对mwd仪器进行一定的保护，减震效果的好坏与扶正器橡胶翼的宽度成正比。

（如图1所示，坐键式无线随钻测量仪器与无磁钻铤示意图）
在水平井正常钻井施工过程中，井下mwd仪器的磨损、损坏主要是由以下两种因素造成。

1.1 钻井泥浆冲蚀磨损
含有一定固相颗粒的钻井泥浆在流经无磁钻铤内部时，会对mwd 仪器产生冲蚀磨损作用（如图2所示）。

钻井泥浆对mwd仪器的破坏，主要是由于泥浆中的泥沙颗粒对仪器外筒的冲击、碰撞所致。

泥浆的流速和含砂量越高就越容易造成mwd仪器的冲蚀损坏。

在mwd 仪器外筒的形状不规则处，钻井泥浆对mwd仪器的冲蚀损害尤为明显。

比如下坐键式mwd仪器的打捞头和脉冲器部分就更容易受到钻井泥浆的冲蚀磨损。

图2？受泥浆冲蚀磨损的mwd仪器
为了减少钻井泥浆对mwd仪器的冲蚀磨损，可采用如下两种方法。

一是降低钻井泥浆的固相颗粒含量。

通过选用优质的泥浆体系和使用地面泥浆固控装置对钻井泥浆进行处理，可有效降低钻井泥浆的含砂量，以降低钻井泥浆对mwd仪器的冲蚀磨损。

另一种方法是降低泥浆在无磁钻铤内部的流速。

在泥浆泵排量大小固定的情况下，
扩大无磁钻铤内部的环空面积，可降低泥浆的流速。

无磁钻铤内环空面积是由mwd仪器的外径和无磁钻铤的内径大小限定的。

由于mwd 仪器外径大小已经固定不可改变，只能通过增大无磁钻铤内径的方式加大无磁钻铤内部环空面积，降低钻井泥浆的流速，从而减轻钻井泥浆对mwd仪器的冲蚀损害。

1.2 钻具震动
钻具振动是指在钻井过程中，由于钻柱与井壁、钻头与岩石之间的相互作用使钻具受力而产生的复杂振动。

钻具振动主要有三种类型，分别为扭转振动、轴向振动和横向振动。

钻具振动是导致mwd 仪器损坏的主要因素。

在水平井段，井斜角90度左右，mwd仪器处于平躺位置，仪器本身的抗震性能大大减弱。

由碘化钠晶体与光电倍增管为核心部件的伽玛探管本身的抗震能就非常弱，目前即使是进口的由热锻工艺制备的碘化钠晶体在水平段的定向施工中也经
常被震碎，导致伽玛探管损坏。

另外定向探管中的石英重力加速度计的抗震性能也很低，仪器使用过程中频繁出现定向探管损坏。

在扭转振动中，振动强度对mwd仪器的影响大小与其在无磁钻铤中位置的剧中度有关。

mwd仪器越靠近于无磁钻铤的轴向中心位置，承受的扭转振动破坏就越小。

胶翼扶正器自身形状越规整，扶正翼外径与无磁钻铤内径越接近时，扶正器对mwd仪器的支撑效果就越好，mwd仪器就越处于无磁钻铤的中心位置。

在现场操作的过程中，胶翼扶正器的外径是靠人工切削扶正器橡胶翼来把握的。

所需的扶
正器外径越小，扶正翼切削时的操作误差对mwd仪器位置的影响就越大。

在扭转振动中，加大无磁钻铤内径，即增大仪器扶正器外径将提高仪器在无磁钻铤中的居中度，可减小扭转振动对仪器的破坏影响。

轴向振动是由于钻头与井底地层冲击而产生的，包括钻头接触井底的垂直振动和钻头在井底的弹跳两种形式。

可钻性差的致密地层、硬质研磨岩性、牙轮钻头都能使轴向振动加剧。

对mwd仪器而言，轴向振动易导致仪器的坐键或悬挂部分疲劳损坏。

对坐键类mwd 仪器而言，仪器脉冲器的引鞋部分受轴向振动的损害尤为明显。