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CN102278066A - 一种复合钻井防斜打快底部钻具组合 - Google Patents

一种复合钻井防斜打快底部钻具组合 Download PDF

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CN102278066A CN2011101999315A CN201110199931A CN102278066A CN 102278066 A CN102278066 A CN 102278066A CN 2011101999315 A CN2011101999315 A CN 2011101999315A CN 201110199931 A CN201110199931 A CN 201110199931A CN 102278066 A CN102278066 A CN 102278066A
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CN
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drilling
stabilizer
drill
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drill bit
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狄勤丰
朱卫平
王文昌
王明杰
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SHANGHAI UNIVERSITY
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SHANGHAI UNIVERSITY
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Abstract

本发明涉及一种复合钻井防斜打快底部钻具组合，其由钻头、带近钻头稳定器的单弯螺杆、短钻铤、上稳定器和钻铤组成；所述钻头通过所述近钻头稳定器连接一个所述单弯螺杆，所述单弯螺杆连接一个所述短钻铤，所述短钻铤连接一个所述上稳定器，所述上稳定器通过所述钻铤连接上部钻柱；利用底部钻具组合的动力学特性来给钻头提供防斜力，实现防斜打快目的。其最大优点是带单弯螺杆的底部钻具组合可以提供较大的动态防斜力，实现防斜作业。同时钻头由地面驱动装置和井下螺杆复合驱动，可以获得更高机械钻速，实现打快目的。本钻具组合适合泥浆钻井，且成本低、安全性好。

Description

一种复合钻井防斜打快底部钻具组合
技术领域
本发明涉及油田钻探技术领域，提供一种低成本的垂直井段防斜打快钻具组合，特别是一种复合钻井防斜打快底部钻具组合。
背景技术
直井眼的防斜打直一直是困扰钻井界的一个非常重要的难题。在漫长的钻井实践过程中，钻井技术人员一直在探索一种有效的防斜打直技术。这些防斜打直技术包括：钟摆钻具组合防斜打直技术、满眼打直技术、偏重双头螺旋稳定器防斜技术、偏心防斜技术、大钻压防斜技术。以上这些防斜打快技术，从某种意义上讲都属于被动防斜打直技术范畴。自九十年代以来，防斜打直技术又有了新的进展，出现了VDS、SDD、VertiTrak、PowerV、Smart Drilling等新型主动性防斜打直技术，我国也在塔里木油田山前高陡构造、中石化南方海相地层成功应用了VertiTrak、PowerV、Smart Drilling系统，并取得了很好的效果。但由于这些技术的成本较高，就成为这些技术在国内普遍推广应用的主要障碍。一些高陡构造的直井防斜打直钻井过程中，目前较多使用的还是钟摆打直技术。由于钟摆法的缺点是难以释放钻压，从而使得钻井速度无法得到提高，使钻井效益受到了严重限制。为此，大钻压防斜、偏心防斜打直技术等应运而生。尽管这些方法（应属动力学防斜打直技术范畴）的发展思路十分正确，但是，由于理论方面的研究及计算方面的缺陷，使得这些技术在现场的应用中并没有取得很好的效果。可以说低成本的直井防斜问题仍然是一个亟待解决的难题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种复合钻井防斜打快底部钻具组合，并利用这种底部钻具组合的特定动力学特性，在钻头上形成较大的防斜力，实现防斜目的。同时钻头由地面驱动装置和井下螺杆复合驱动，可以获得更高的机械钻速，实现防斜打快目的。其对控制井斜、提高机械钻速、降低作业成本具有十分重要的意义。
为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种复合钻井防斜打快底部钻具组合，其由钻头、带近钻头稳定器的单弯螺杆、短钻铤、上稳定器和钻铤组成；所述钻头连接一个所述单弯螺杆，所述单弯螺杆上带有一个所述近钻头稳定器，并连接一个所述短钻铤，所述短钻铤连接一个所述上稳定器，所述上稳定器通过所述钻铤连接上部钻柱；利用底部钻具组合的动力学特性来给钻头提供防斜力，实现防斜打快目的。
上述单弯螺杆中部有弯折，其弯点处的弯角介于0.5°~1.75°之间。
上述近钻头稳定器与单弯螺杆为整体加工，所述近钻头稳定器和所述上稳定器为螺旋稳定器，其上有3~5条螺旋扶正条。当稳定器外径较小时，所用稳定器扶正条个数取低值。
上述近钻头稳定器的外径小于井眼直径6~18mm，所述上稳定器的外径小于井径1~6mm。
上述短钻铤和钻铤的外径须与所述钻头直径匹配，满足工程需要，通过所述短钻铤来调节两个稳定器之间的距离。
上述近钻头稳定器的中点至所述钻头的底端的距离为0.5~1.1m；所述单弯螺杆的弯点到所述近钻头稳定器中点的距离为1~1.5m；所述近钻头稳定器和所述上稳定器之间的距离介于6~16m之间，井径越大，两稳定器之间的距离取大值。
上述钻头为各种满足工程需要的高速牙轮钻头或PDC钻头。
上述钻头由地面驱动装置和井下螺杆复合驱动，以获得更高的机械钻速，实现防斜打快目的。
本发明与现有技术相比较，具有以下突出的优点：
本发明提供一种复合钻井防斜打快底部钻具组合，其最大优点是带单弯螺杆的底部钻具组合可以提供较大的动态防斜力，实现防斜作业。同时钻头由地面驱动装置和井下螺杆复合驱动，可以获得更高机械钻速，实现打快目的。本钻具组合适合泥浆钻井，且成本低、安全性好。
附图说明
图1是带单弯螺杆的防斜打快钻具组合结构示意图；
图2是所用单弯螺杆的稳定器和传动头实物照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的实施例作进一步详细的描述。
如图1所示，一种复合钻井防斜打快底部钻具组合，其由钻头1、带近钻头稳定器2的单弯螺杆3、短钻铤4、上稳定器5和钻铤6组成；所述钻头1通过所述近钻头稳定器2连接一个所述单弯螺杆3，所述单弯螺杆3连接一个所述短钻铤4，所述短钻铤4连接一个所述上稳定器5，所述上稳定器5通过所述钻铤6连接上部钻柱；利用底部钻具组合的动力学特性来给钻头提供防斜力，实现防斜打快目的。
所述的单弯螺杆3有一弯点7，该处的弯角介于0.5°~1.75°之间。
如图2所示，所述近钻头稳定器2与单弯螺杆3为整体加工，所述近钻头稳定器2和所述上稳定器5为螺旋稳定器，其上有3~5条螺旋扶正条。当稳定器外径较小时，所用稳定器扶正条个数取低值。
所述近钻头稳定器2的外径小于井眼直径6~18mm，所述上稳定器5的外径小于井径1~6mm。
所述短钻铤4和钻铤6的外径须与所述钻头1直径匹配，满足工程需要，通过所述短钻铤4来调节两个稳定器之间的距离。
所述近钻头稳定器2的中点至所述钻头1的底端的距离为0.5~1.1m；所述单弯螺杆3的弯点7到所述近钻头稳定器2中点的距离为1~1.5m；所述近钻头稳定器2和所述上稳定器5之间的距离介于6~16m之间，井径越大，两稳定器之间的距离取大值。
所述钻头1为各种满足工程需要的高速牙轮钻头或PDC钻头。
所述钻头1由地面驱动装置和井下螺杆复合驱动，以获得更高的机械钻速，实现防斜打快目的。
 
实施例一：215.9mm井眼所用复合钻井防斜打快底部钻具组合
￠215.9mm钻头+￠172mm单弯螺杆（带￠208mm螺旋稳定器）（弯角1.0°）+￠165mm短钻铤+￠215mm螺旋稳定器+￠165mm钻铤*54m。
其特定结构参数如下（具体符号参见图1）：
Figure 2011101999315100002DEST_PATH_IMAGE002
＝0.8m；＝1.1m,
Figure 2011101999315100002DEST_PATH_IMAGE006
=8m，=215.9mm, 
Figure 2011101999315100002DEST_PATH_IMAGE010
=208mm, 
Figure 2011101999315100002DEST_PATH_IMAGE012
=215mm， =172mm，
Figure 2011101999315100002DEST_PATH_IMAGE016
=172mm 
Figure 2011101999315100002DEST_PATH_IMAGE018
=165mm, 
Figure 2011101999315100002DEST_PATH_IMAGE020
=165mm， 
Figure 2011101999315100002DEST_PATH_IMAGE022
 =71.4 mm，=1°。
其中，
Figure 407086DEST_PATH_IMAGE002
为近钻头稳定器2的中点至所述钻头1的底端的距离；
Figure 324226DEST_PATH_IMAGE004
为单弯螺杆3的弯点7到所述近钻头稳定器2中点的距离；
Figure 41646DEST_PATH_IMAGE006
为两个稳定器之间的距离；
Figure 436856DEST_PATH_IMAGE008
为钻头1外径；
Figure 251228DEST_PATH_IMAGE010
为近钻头稳定器2的外径；
Figure 11373DEST_PATH_IMAGE012
为上稳定器5的外径；
Figure 278407DEST_PATH_IMAGE014
为近钻头稳定器2和钻头1之间管体外径；
Figure 916455DEST_PATH_IMAGE016
为单弯螺杆3的外径；为短钻铤4的外径；
Figure 578697DEST_PATH_IMAGE020
为钻铤6的外径；
Figure 270710DEST_PATH_IMAGE022
为钻具组合的内径（对于单弯螺杆，其内径用钻铤内径近似等效）；
Figure 7722DEST_PATH_IMAGE024
为单弯螺杆3的弯角。
作为比较，目前较多采用的防斜或降斜底部钻具组合为钟摆钻具组合：
215.9mm钻头+￠165mm钻铤*18m+212mm螺旋稳定器+￠165mm钻铤*9m+212mm螺旋稳定器+￠165mm钻铤*54m。这种组合的最大特点就是在高陡构造时必须采用小钻压吊打，虽能防斜，但机械钻速很低。例如利用这种钻具组合在吐哈油田丘陵构造1200—2700米井段的实际可用钻压为10kN(也即钟摆极限钻压)，对应的平均机械钻速约为3米/小时。而使用复合钻井防斜打快底部钻具组合，实际最大钻压可达50-70kN，平均机械钻速可达16米/小时左右，最大达24米/小时。
 
实施例二：311.2mm井眼所用复合钻井防斜打快底部钻具组合
￠311.2mm钻头+￠203mm单弯螺杆（带￠302mm螺旋稳定器）（弯角0.75°）+￠203mm短钻铤+￠311mm螺旋稳定器+￠203mm钻铤*54m。
其特定结构参数如下（具体符号参见图1）：
Figure 531107DEST_PATH_IMAGE002
＝0.9m；
Figure 898634DEST_PATH_IMAGE004
＝1.1m,
Figure 140260DEST_PATH_IMAGE006
=12m，
Figure 415383DEST_PATH_IMAGE008
=311.2mm,=302mm, 
Figure 331704DEST_PATH_IMAGE012
=311mm， 
Figure 60625DEST_PATH_IMAGE014
=203mm，
Figure 575658DEST_PATH_IMAGE016
=203mm 
Figure 73636DEST_PATH_IMAGE018
=203mm, =203mm，
Figure 733604DEST_PATH_IMAGE022
 =71.4 mm，
Figure 616109DEST_PATH_IMAGE024
=0.75°。

Claims (9)

1.一种复合钻井防斜打快底部钻具组合，其特征在于，其由钻头（1）、带近钻头稳定器（2）的单弯螺杆（3）、短钻铤（4）、上稳定器（5）和钻铤（6）组成；所述钻头（1）连接一个所述单弯螺杆（3），所述单弯螺杆（3）带一个所述近钻头稳定器（2）；所述单弯螺杆（3）连接一个所述短钻铤（4），所述短钻铤（4）连接一个所述上稳定器（5），所述上稳定器（5）通过所述钻铤（6）连接上部钻柱；利用底部钻具组合的动力学特性来给钻头提供防斜力，实现防斜打快目的。
2.根据权利要求1所述的一种复合钻井防斜打快底部钻具组合，其特征在于，所述的单弯螺杆（3）有一弯点（7），该点处的弯角介于0.5°~1.75°之间。
3.根据权利要求1所述的一种复合钻井防斜打快底部钻具组合，其特征在于，所述近钻头稳定器（2）与单弯螺杆（3）为整体加工，所述近钻头稳定器（2）和所述上稳定器（5）为螺旋稳定器，其上有3~5条螺旋扶正条。
4.根据权利要求1所述的一种复合钻井防斜打快底部钻具组合，其特征在于，所述近钻头稳定器（2）的外径小于井眼直径6~18mm，所述上稳定器（5）的外径小于井径1~6mm。
5.根据权利要求1所述的一种复合钻井防斜打快底部钻具组合，其特征在于，所述短钻铤（4）和钻铤（6）的外径须与所述钻头（1）直径匹配，满足工程需要，通过所述短钻铤（4）来调节两个稳定器之间的距离。
6.根据权利要求1所述的一种复合钻井防斜打快底部钻具组合，其特征在于，所述近钻头稳定器（2）的中点至所述钻头（1）的底端的距离为0.5~1.1m；所述单弯螺杆（3）的弯点（7）到所述近钻头稳定器（2）中点的距离为1~1.5m；所述近钻头稳定器（2）和所述上稳定器（5）之间的距离介于6~16m之间，井径越大，两稳定器之间的距离取大值。
7.根据权利要求1所述的一种复合钻井防斜打快底部钻具组合，其特征在于，所述钻头（1）为各种满足工程需要的高速牙轮钻头或PDC钻头。
8.根据权利要求1所述的一种复合钻井防斜打快底部钻具组合，其特征在于，所述钻头（1）由地面驱动装置和井下螺杆复合驱动，以获得更高的机械钻速，实现防斜打快目的。
9.根据权利要求1所述的一种复合钻井防斜打快底部钻具组合，其特征在于，本钻具组合适合泥浆钻井。
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