在井眼軌跡控制中螺桿扶正器的選用

張昊 宋曉健 張楠 張鵬宇

摘要：根據(jù)華北油田各區(qū)塊各井型的井眼軌跡控制方案，總結(jié)優(yōu)選螺桿扶正器尺寸在井眼軌跡控制過(guò)程中的作用，提供一個(gè)控制井眼軌跡的新方法;分析安裝可變徑扶正器對(duì)螺桿鉆具防托壓的作用。

關(guān)鍵詞：軌跡控制;螺扶尺寸;防托壓螺桿;可變徑扶正器

0前言

隨著材料和科技的進(jìn)步，敲擊式、推靠式、指向式等旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)都日益成熟和廣泛運(yùn)用。但許多低效區(qū)塊的產(chǎn)能制約了開(kāi)發(fā)成本，常規(guī)定向井技術(shù)依舊占據(jù)了舉足輕重的份額。影響井眼軌跡的因素包括：1、地層的交錯(cuò)、傾角與各向異性。2、井眼方位與地層上傾方位之間的夾角。3、鉆具組合（鉆具結(jié)構(gòu)、鉆頭選型）。4、鉆井參數(shù)（鉆壓、轉(zhuǎn)速、鉆井液排量）。扶正器具有控制井眼軌跡、擴(kuò)眼和修整井壁的作用，通過(guò)扶正器位置與尺寸的調(diào)整可以改變鉆具結(jié)構(gòu)，改變其增斜、穩(wěn)斜、降斜性能，從而能減少滑動(dòng)定向鉆進(jìn)進(jìn)尺，并使用更有利于節(jié)約時(shí)效的鉆井參數(shù)。螺桿鉆具在各類(lèi)井型中已普遍應(yīng)用，其扶正器的位置、尺寸、選型由此得到廣泛重視。

1 扶正器在常規(guī)鉆具組合中的應(yīng)用

在常規(guī)鉆具組合中，我們通過(guò)扶正器的組合位置與數(shù)量達(dá)到增斜、穩(wěn)斜、降斜的目的。圖1是單扶正器位置使鉆具在井底受力時(shí)產(chǎn)生的形態(tài)變化。斜井內(nèi)利用第一切點(diǎn)以下未被井壁支撐一段鉆鋌重量的橫向力把鉆頭推向井壁下方，使之恢復(fù)垂直狀態(tài)減小井斜的作用，通常稱(chēng)為“鐘擺效應(yīng)”，適用這個(gè)原理而組合的鉆具即為鐘擺鉆具。增斜鉆具使用扶正器在近鉆頭位置形成支點(diǎn)，受力后，鉆頭上翹。滿(mǎn)眼鉆具的工作原理是依據(jù)“鉆頭沿著鉆頭軸線(xiàn)方向或趨向于它的軸線(xiàn)方向鉆進(jìn)”的理論，鉆鋌彎曲和鉆頭的橫向位移造成鉆頭偏斜（相對(duì)于井眼軸線(xiàn)）是引起井斜和井斜變化的主要原因，在鉆頭以上的適當(dāng)位置安放三個(gè)以上與鉆頭直徑相近的穩(wěn)定器，減少鉆鋌彎曲變形并限制鉆頭的橫向位移。

2 螺桿扶正器的選型對(duì)比與常規(guī)井眼螺桿配套尺寸

扶正器按扶正棱形狀可分為螺旋線(xiàn)式、直棱式和偏斜直棱式。目前，常規(guī)螺桿均選用固定式欠尺寸螺旋扶正器或直棱扶正器。螺旋扶正器旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)橫切井壁產(chǎn)生的扭矩小于直棱扶正器，降低轉(zhuǎn)盤(pán)負(fù)荷，減少鉆桿疲勞破壞;直棱扶正器滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)豎切井壁的力量小于螺旋扶正器，大幅減少托壓，利于滑動(dòng)鉆進(jìn)。

3 穩(wěn)斜式螺桿扶正器尺寸變化對(duì)井眼軌跡的影響

穩(wěn)斜式螺桿即我們經(jīng)常使用的雙扶螺桿。由于使用了欠尺寸扶正器，其結(jié)構(gòu)由微增形態(tài)轉(zhuǎn)為穩(wěn)斜（如在φ216mm井眼中，我們使用φ172mm中空螺桿，上下扶正器最大直徑為φ212mm或φ210mm），但其性能可以隨兩個(gè)扶正器尺寸大小的變化而改變。

3.1 利用相同尺寸扶正器穩(wěn)斜

利用相同尺寸扶正器穩(wěn)斜是目前現(xiàn)場(chǎng)施工中最廣泛的使用方式。

安28-32X井2766.00～3290.00m使用1°φ172mm5LZ雙扶螺桿（上下扶正器均為φ210mm）穩(wěn)斜。鉆壓80KN，轉(zhuǎn)速60+DNr/min，井深2767.52m井斜37.61°方位139.18°，井深3273.50m井斜36.52°方位137.14°，取得了良好效果。

3.2 利用上扶正器小于近鉆頭扶正器穩(wěn)斜或微增

螺桿上扶正器小于近鉆頭扶正器可以解決下列問(wèn)題：地層傾角大，井眼方位與其異向;地層松軟，無(wú)法施加較大鉆壓;井斜大，同尺寸扶正器無(wú)法穩(wěn)斜。

固41X井井段3279.90～3433.80m使用D172mm1.25°雙扶螺桿（上扶直徑D306mm，近鉆頭扶正器直徑D310mm），鉆壓80KN，測(cè)深3273.90m井斜55.19°方位55.78°，測(cè)深3411.65m井斜55.76°方位56.23°。

4 防托壓螺桿的特性

在大井斜、大位移井的施工中，即便鉆具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、鉆井液有較好潤(rùn)滑性、井眼軌跡圓滑，依然極難回避和處理托壓現(xiàn)象。防托壓螺桿將近鉆頭扶正器挪至細(xì)脖下，和鉆頭一起旋轉(zhuǎn)，解決了滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)扶正塊橫切井壁的問(wèn)題。

根據(jù)各斷塊使用情況對(duì)比分析結(jié)果為：

1.雙扶防托壓螺桿在井斜<30°的井眼中造斜率近似或略小于常規(guī)螺桿，轉(zhuǎn)動(dòng)鉆進(jìn)增、穩(wěn)、降的趨勢(shì)和常規(guī)螺桿一致。

2.雙扶防托壓螺桿在井斜≥30°的井眼中造斜效果較差，且轉(zhuǎn)動(dòng)鉆進(jìn)為降斜趨勢(shì)。

5 可變徑扶正器的優(yōu)勢(shì)

可變徑穩(wěn)定器可在鉆進(jìn)過(guò)程中，利用鉆柱內(nèi)外鉆井液循環(huán)過(guò)程中在噴嘴處產(chǎn)生的壓差變化，改變穩(wěn)定器支承頭的伸出距離，在滿(mǎn)足井眼軌跡增、穩(wěn)、降的需要同時(shí)，停泵后支承頭收回，穩(wěn)定器外徑變小，避免了易縮徑地層的卡鉆事故。可變徑扶正器按其控制方式可分為遙控式和自控式兩大類(lèi)。利用螺桿扶正器的大小變化可以簡(jiǎn)捷控制井眼軌跡，若上扶換為可變徑穩(wěn)定器，就可以在轉(zhuǎn)動(dòng)鉆進(jìn)中一趟鉆產(chǎn)生增、穩(wěn)、降的變化，能減少滑動(dòng)定向鉆進(jìn)進(jìn)尺，增加鉆壓參數(shù)的選擇范圍，減少起下鉆次數(shù)，節(jié)約時(shí)效，且井眼軌跡更加圓滑。在下列情況其優(yōu)勢(shì)尤為明顯：淺井;可鉆性好，無(wú)法施加較大鉆壓地層;地層傾角大;巖性致密，可鉆性差地層;易縮徑地層?？勺儚椒€(wěn)定器結(jié)構(gòu)相應(yīng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向簡(jiǎn)單，成本低，各油田均有成功使用案例，但還須推廣和普及。

6 結(jié)論

1）改變雙扶螺桿扶正器對(duì)比尺寸可以改變其增、降、穩(wěn)性能，從而更加簡(jiǎn)捷的控制井眼軌跡。

2）利用單裝近鉆頭扶正器的螺桿在滑動(dòng)鉆進(jìn)緩慢的大井眼和致密地層轉(zhuǎn)動(dòng)鉆進(jìn)增斜，可大幅節(jié)約生產(chǎn)時(shí)效。

3）172mm雙扶防托壓螺桿在井斜<30°的井眼中造斜率近似或略小于常規(guī)螺桿，轉(zhuǎn)動(dòng)鉆進(jìn)增、穩(wěn)、降的趨勢(shì)和常規(guī)螺桿一致;在井斜≥30°的井眼中造斜效果較差，且轉(zhuǎn)動(dòng)鉆進(jìn)為降斜趨勢(shì)。

4）防托壓螺桿近鉆頭扶正器與鉆頭之間加入接頭，可在防托壓的基礎(chǔ)上得到了與常規(guī)螺桿一致的增、穩(wěn)、降效果，但無(wú)系統(tǒng)的安全系數(shù)認(rèn)證，在需要大鉆壓或地層深、巖性致密的井眼中必須謹(jǐn)慎使用。

5）D172mm防托壓螺桿單裝近鉆頭扶正器降斜。

6）可變徑穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)相應(yīng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向簡(jiǎn)單，成本低。一趟鉆便使鉆具具有增、降、穩(wěn)性能，減少起下鉆次數(shù)，提高機(jī)械鉆速。

7）可變徑穩(wěn)定器起鉆時(shí)穩(wěn)定器外徑變小，避免易縮徑地層的卡鉆事故。

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