常見鉆具組合及定向井

1、一、滿眼鉆具組合又稱剛性配合鉆具或剛性滿眼鉆具,是一種安裝在鉆柱下部的剛度較大而且井徑與鉆柱外徑之間間隙較小的防止井斜角和井眼曲率變大的一種鉆具組合。 剛性滿眼鉆具一般是由幾個外徑與鉆頭直徑相近的扶正器與一定長度外徑較大的鉆鋌所組成。它的防斜原理是在鉆頭以上的下部鉆柱上安裝一定數(shù)量的扶正器，以扶正合鉆鋌；提高下部鉆柱的剛度，減少其彎曲程度，以消除鉆頭的嚴重傾斜，使其能減小和限制由于鉆柱彎曲而產生的增斜力，同時扶正器能支撐在井壁上，抗衡地層自然造斜力，以達到控制井斜在最小范圍內變化的目的。 為了發(fā)揮滿眼鉆具的防斜作用，在鉆具上至少要有三個穩(wěn)定點，除在靠近鉆頭處有一個扶正器外，其上面應再安放兩個扶

2、正器才能保持有三點接觸井壁。如果只有兩點接觸，鉆柱就能循沿一條曲線，不能保證井眼的直線性。如果有三點接觸，就能保證井眼的直線性和限制鉆頭的橫向移動。具體如下： 1.在垂直或接近垂直的井眼中鉆具的防斜作用：當鉆具在垂直或接近垂直的井眼中工作時，它的作用是保持井眼沿直線方向加深。上扶正器能抵消由于上扶正器以上的鉆柱彎曲所產生的橫向力，使上扶正器以下的鉆柱居中，同時也幫助下扶正器抵消地層橫向力。下扶正器的作用抵消地層橫向力，限制鉆頭的橫向移動，當?shù)貙釉煨绷Σ淮髸r，滿眼鉆具能保持剛直居中狀態(tài)，使鉆頭沿鉛直方向鉆進。 2. 增斜時鉆具的防斜作用：當鉆進時井斜較大的地層時，滿眼鉆具能有力地抵抗地

3、層橫向力，減小井斜的變化。在地層橫向力的作用下，下扶正器和鉆頭靠向井壁高的一側，抵抗地層橫向力，限制鉆頭橫向移動。同時地層橫向力勢必要扭彎下扶正器上的短鉆鋌，由于鉆鋌剛度大，能有力地抵抗此地層的橫向力。中扶正器也幫助中扶正器以下的鉆柱抵抗地層橫向力。因此，限制了鉆頭的橫向移動和側斜。在已斜井眼內，鉆具還有一個糾斜作用，這是由于上扶正器以上的鉆鋌因自重的作用靠在井壁低側，并以上扶正器為支點將力下傳，作用于上扶正器下的一根鉆鋌上有一個彎矩，此彎矩使中扶正器靠井壁高的一側，再以中扶正器為支點將力下傳使鉆頭趨向于井壁低的一側，產生一個糾斜力。所以滿眼鉆具在增斜地層中，能限制井斜角的增大速度，可防止狗腿

4、、鍵槽等現(xiàn)象的發(fā)生。 3.降斜時鉆具的作用：如果井眼已發(fā)生了偏斜，而地層橫向力又使其趨向恢復垂直狀態(tài)，滿眼鉆具的作用是防止井斜角過快地減小。下、中扶正器將抵抗地層橫向力，限制鉆頭向井壁下側移動。短鉆鋌也抵抗其彎曲趨勢，保持下扶正器趨向壁高的一側。同時中扶正器以上的鉆鋌所產生的彎矩也將使中扶正器趨向井眼高的一側，迫使下扶正器抵抗地層橫向力，以減小鉆頭傾角。所以鉆具在降斜時能有力地抗衡地層降斜力，減少井眼的降斜率，使其不致于產生狗腿、鍵槽等不良現(xiàn)象。4.滿眼鉆具組合設計 1）近鉆頭扶正器： 近鉆頭扶正器應采用井底型扶正器并緊接鉆頭，其間不應加裝配合接頭或其它工具。 為了增強近鉆頭扶正器抗衡橫向偏斜

5、力及限制鉆頭橫向切削的作用，在中等易斜地層應采用有效扶正長度較長的扶正器，也可以在有效扶正長度較短的近鉆頭扶正器上直接接一只鉆柱型扶正器，在嚴重易斜地層則應采用有效扶正長度更長的近鉆頭扶正器。 2）中扶正器與上扶正器的安放高度確定：中扶正器和上扶正器的安放高度與滿眼鉆具組合的使用效果有重要的關系。確定中扶正器與上扶正器理想安放高度的原則使盡量減小下部鉆柱彎曲變形，從而使鉆頭偏斜角和作用在鉆頭上的彎曲偏斜力為最小值。 中扶正器的理想安放高度主要取決于鉆鋌尺寸，扶正器與井壁間隙值，井斜角及鉆井液密度等因素。上扶正器安放在中扶正器的上部，一般相距一根鉆鋌的長度約9米左右。 3）提高鉆柱的彎曲剛度為了

6、提高鉆柱組合的彎曲剛度，在上扶正器上適當位置根據(jù)需要可以再加扶正器。滿眼組合部分呢的鉆鋌，特別是短鉆鋌，應采用最大外徑厚壁鉆鋌。 4）扶正器與井壁之間的間隙控制扶正器與徑壁之間的間隙與滿眼鉆具組合的使用效果關系甚為重要，應當嚴重控制（特別是在井斜較嚴重的層段），一般這一間隙越小越好，尤其是近鉆頭扶正器和中扶正器，與井壁間的實際間隙過大往往導致滿眼鉆具組合失效。二、鐘擺鉆具組合 鐘擺鉆具是為了減少井斜角而設計的一種鉆具組合，是利用斜井內切點以下鉆鋌重量的橫向分力把鉆頭推向井壁低的一側，以達到逐漸減小井斜的效果。這個橫向分力如鐘擺一樣，所以稱之為“鐘擺力”，運用這個原理組合的鉆具稱為鐘擺鉆具。 1

7、.工作原理 利用斜井內切點以下鉆鋌重量的橫向分力把鉆頭推向井壁低的一側，以達到逐漸減小井斜的效果。這個橫向分力如鐘擺一樣，所以稱之為“鐘擺力”，運用這個原理組合的鉆具稱為鐘擺鉆具。 對于一定斜度的井眼來說，井斜角是一定的，因此增大降斜力的主要方法是增大切點以下的鉆鋌重量，其辦法有二：一是使用大尺寸鉆鋌或加重鉆鋌。顯然在同一鉆壓下，大尺寸鉆鋌不易被壓彎，并且切點位置高，因而切點以下鉆鋌長度L大，有利于增大降斜力。二是在比切點略高的位置上，安裝一個扶正器，以提高切點位置，增大其下部鉆鋌重量，使降斜力增大。除此之外，扶正器對其下部鉆鋌還起到扶正作用，因而可減少鉆頭傾斜角，限制增斜力的增大。當然最理想

8、的辦法是采用大尺寸鉆鋌加扶正器，這樣組成的鉆具不僅鐘擺的長度大，而且重量也大，其降斜效果更好。 2.扶正器的安放位置 光鉆鋌鐘擺鉆具雖具有防斜作用，但其能力是有限的，主要原因是切點低，鐘擺力較小。在井斜較嚴重的地區(qū)，如果要使井斜角保持較小值，只有采用較低的鉆壓。所以在現(xiàn)場多采用單扶正器鐘擺鉆具，這種鉆具組合就是在適當?shù)母叨壬习惭b一個扶正器作為支點，以增大有效的鐘擺長度，提高鐘擺力。由此可見，它的技術關鍵就是扶正器的安放位置要適當。如果安放位置偏低，則降斜力小，效果差。如果安放位置偏高，則扶正器以下鉆鋌可能與井壁形成新的切點，使鐘擺鉆具失效。扶正器的理想安裝位置應是在保證扶正器以下的鉆鋌不與井壁

9、接觸的條件下盡量提高些。3、 塔式鉆具組合 塔式鉆具就是在鉆頭之上，使用幾段直徑自下而上逐漸減小，形如塔狀的鉆鋌組合。鉆鋌應不少于12根；這種防斜鉆具的特點就是底部鉆鋌重量大，剛度大，整個鉆鋌柱的重心低，穩(wěn)定性好。能產生較大的鐘擺減斜力。在松軟地層，井徑易擴大，對于扶正器滿眼鉆具或扶正器鐘擺鉆具，由于其井徑與扶正器間隙值大，防斜效果差。使用塔式鉆具則能得到滿意的效果。此外，塔式鉆具還有結構簡單，使用方便，不需要進行扶正器位置計算的優(yōu)點，也不存在扶正器、方鉆鋌的磨損及修復等問題，但塔式鉆具也存在底部間隙小，易卡鉆，鉆鋌尺寸多，操作部方便等不足。 塔式鉆具防斜效果的好壞，取決于鉆具的塔式組合。要求

10、組合的重心低、底部鉆鋌直徑大、整個鉆鋌重量大、每一級鉆鋌尺寸差值小。四、定向井 1.定向井的概念：設計井眼軌跡由多段直線和光滑曲線組成，井底相對井口有一定的水平位移；這種沿著預先設計的井眼軌跡鉆進的井稱為定向井。 2.定向井的使用范圍 增加油層穿越面積，提高產量和采收率（水平井） 繞開地面障礙（河流、高山、建筑、沼澤） 適應井下地質條件，節(jié)省鉆井時間 減小地面井場占用面積,節(jié)省投資（叢式井、多底井） 處理井下事故（救援井、側鉆井）3.井身要素：1)測深：L 單位：米井眼軸線上任一點到井口的井身長度稱為該點的測深。2)井斜角： 單位：度某測點處的井眼方向線與通過該點的重力線之間的夾角稱為該點的井

11、斜角。3)井斜方位角： 單位：度在井眼軌跡上任一點為原點的平面坐標系中以通過該點的正北方向線為始邊，順時針旋轉至該點處井眼方向線在水平面上的投影線，所轉過的角度稱為該點的方位角。井斜方位角的值可用0°-360°表示，也可以用象限值表示。象限角是指井眼的井斜方位線與正北方向線或正南方向線之間的夾角。其值在 0°-90°之間變化并需要注明象限。4.定向井的其他井身要素1)垂深：即測點的垂直深度，以H表示。是指井身上任一點至井口所在水平面的距離?？梢栽诖怪蓖队皥D上反映出真實值。2)水平長度：即測點井深的水平投影長度以S表示。 是指自井口至測點的井眼長度在水平面

12、上的投影長度。3)平移；即測點的水平位移。4平移方位角：是指以正北方位線為始邊順時針轉至平移方位線上所轉過的角度。5N坐標和E坐標：是指測點在以井口為原點的水平面坐標系里的坐標值。一個是北，一個是東。 4)視平移：水平位移在設計方位線上的投影。 5.井身剖面設計設計原則：利用地層自然造斜規(guī)律；利于鉆井、采油、修井工作；剖面簡單；造斜井段地層穩(wěn)定；井眼曲率變化均勻1） 井深剖面設計：剖面要求基本為兩段制（直增）或三段制（直增穩(wěn)）；2） 定向井設計必須有：a.地質設計應提供井口和目標點縱、橫坐標，目標點垂垂直深度；b.給出目標點靶區(qū)半徑，有特殊要求應作出說明；c.提供本地的磁偏角；d.叢式井場有老

13、井的，必須提供已鉆的井測斜數(shù)據(jù)，并復測井口坐標；e.根據(jù)地質設計和井場組合，是叢式井井場要進行施工順序排序，盡量避免繞障，減少施工位移； 6.定向井工藝 1）直井段鉆進過程中按設計要求認真作好測斜工作，監(jiān)測井眼軌跡，嚴格作好防碰工作，并控制直井段最大井斜符合設計要求。特別要作好1：100的防碰圖，做好隨鉆分析，異常情況分析記錄判斷，搞好全員防碰工作。 2）造斜段：造斜點的選擇應考慮以下因素：a.設計造斜點。b.直井段以發(fā)生的軌跡偏移。c.有利于防碰。d.下步計劃實施的增斜方式及增斜率。e.其它井施工安全性。f.盡量充分利用鉆頭壽命 7.定向井測量方法 ）井斜角測量原理：重力方法：液體染色（虹吸測斜儀），腐蝕（），感光照相（單、多點照相儀），電法（隨鉆測量儀 MWD）。 ）方位角測量原理：陀螺、磁場（在套管內不能測量，需使用無磁鉆