一種預彎曲動力學防斜打快雙穩定器底部鑽具組合的製作方法

2023-08-07 06:12:11

專利名稱：一種預彎曲動力學防斜打快雙穩定器底部鑽具組合的製作方法
技術領域：
本發明涉及油田鑽探技術領域，提供一種低成本的垂直井段防斜打快鑽具組合， 特別是一種預彎曲動力學防斜打快雙穩定器底部鑽具組合。
背景技術：
直井眼的防斜打直一直是困擾鑽井界的一個非常重要的難題。在漫長的鑽井實踐過程中，鑽井技術人員一直在探索一種有效的防斜打直技術。這些防斜打直技術包括鐘擺鑽具組合防斜打直技術、滿眼打直技術、偏重雙頭螺旋穩定器防斜技術、偏心防斜技術、大鑽壓防斜技術。以上這些防斜打快技術，從某種意義上講都屬於被動防斜打直技術範疇。自九十年代以來，防斜打直技術又有了新的進展，出現了 VDS、SDD、VertiTrak, PowerV, Smart Drilling等新型主動性防斜打直技術，我國也在塔裡木油田山前高陡構造、中石化南方海相地層成功應用了 VertiTrak、PowerV、Smart Drilling系統，並取得了很好的效果。但由於這些技術的成本較高，就成為這些技術在國內普遍推廣應用的主要障礙。一些高陡構造的直井防斜打直鑽井過程中，目前較多使用的還是鐘擺打直技術。由於鐘擺法的缺點是難以釋放鑽壓，從而使得鑽井速度無法得到提高，使鑽井效益受到了嚴重限制。為此，大鑽壓防斜、偏心防斜打直技術等應運而生。儘管這些方法(應屬動力學防斜打直技術範疇)的發展思路十分正確，但是，由於理論方面的研究及計算方面的缺陷，使得這些技術在現場的應用中並沒有取得很好的效果。可以說低成本的直井防斜問題仍然是一個亟待解決的難題。

發明內容
針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種預彎曲動力學防斜打快雙穩定器底部鑽具組合，並利用這種特定底部鑽具組合的動力學特性，在鑽頭上形成較大的防斜力，並採用可達鐘擺鑽具組合能控制井斜不增長所用最大鑽壓(簡稱鐘擺極限鑽壓)150%以上的鑽壓，實現防斜又打快的目的。其對控制井斜、提高機械鑽速、降低作業成本具有十分重要的意義。為了達到上述目的，本發明採用下述技術方案
一種預彎曲動力學防斜打快雙穩定器底部鑽具組合，其由鑽頭、近鑽頭穩定器、預彎曲短節、短鑽鋌、上穩定器和鑽鋌組成，所述鑽頭連接一個所述近鑽頭穩定器，所述近鑽頭穩定器連接一個預彎曲短節，所述預彎曲短節連接一個所述短鑽鋌，所述短鑽鋌連接一個所述上穩定器，所述上穩定器通過所述鑽鋌連接上部鑽柱；利用底部鑽具組合的動力學特性來給鑽頭提供防斜力，實現防斜打快目的。上述的預彎曲短節中部有彎折，其彎點處的彎角為0.1° 1.5°，所述的預彎曲短節為整體加工。上述近鑽頭穩定器和上穩定器具有3飛條螺旋扶正條。上述近鑽頭穩定器的外徑小於所述上穩定器；所述近鑽頭穩定器外徑小於井眼直徑6 18mm，所述上穩定器的外徑小於井徑廣6mm。
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上述短鑽鋌和鑽鋌的外徑須與鑽頭直徑匹配，滿足工程需要。上述近鑽頭穩定器的中點至所述鑽頭的底端的距離為0. 5^1. Im ；所述近鑽頭穩定器和所述上穩定器之間的距離介於6 16m之間，井徑越大，兩穩定器之間的距離取大值。為了保證具有較高的機械鑽速，應採用合適的鑽壓。一般定義鐘擺鑽具組合能控制井斜不增長所用最大鑽壓為鐘擺極限鑽壓，則預彎曲動力學防斜打快雙穩定器底部鑽具組合的鑽壓可達鐘擺極限鑽壓的150%以上。上述鑽頭為各種滿足工程需要的牙輪鑽頭或PDC鑽頭。本發明與現有技術相比較，具有以下突出的優點
本發明提供一種預彎曲動力學防斜打快雙穩定器底部鑽具組合，其最大優點是可以利用帶預彎曲結構的底部鑽具組合的動力學特性進行防斜打快作業，本鑽具組合適合泥漿鑽井和氣體鑽井，而且成本低、安全性好。


圖1是預彎曲動力學防斜打快雙穩定器鑽具組合結構示意圖。圖2是所用預彎曲短節示意圖。圖3是穩定器外形示意圖。圖4是預彎曲動力學防斜打快雙穩定器鑽具組合可能提供的鑽頭防斜力。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明的實施例作進一步詳細的描述。如圖1所示，一種預彎曲動力學防斜打快雙穩定器底部鑽具組合，其由鑽頭1、近鑽頭穩定器2、預彎曲短節3、短鑽鋌4、上穩定器5和鑽鋌6組成，所述鑽頭1連接一個所述近鑽頭穩定器2，所述近鑽頭穩定器2連接一個預彎曲短節3，所述預彎曲短節3連接一個所述短鑽鋌4，所述短鑽鋌4連接一個所述上穩定器5，所述上穩定器5通過所述鑽鋌6連接上部鑽柱；利用底部鑽具組合的動力學特性來給鑽頭提供防斜力，實現防斜打快目的。如圖2所示，所述的預彎曲短節3中部有彎折，其彎點7處的彎角為0.1° 1.5°， 所述的預彎曲短節3為整體加工。如圖3所示，所述近鑽頭穩定器2和上穩定器5具有3飛條螺旋扶正條。所述近鑽頭穩定器2的外徑小於所述上穩定器5 ；所述近鑽頭穩定器2外徑小於井眼直徑6 18mm，所述上穩定器5的外徑小於井徑廣6mm。所述短鑽鋌4和鑽鋌6的外徑須與鑽頭直徑匹配，滿足工程需要。所述近鑽頭穩定器2的中點至所述鑽頭1的底端的距離為0. 5^1. Im ；所述近鑽頭穩定器2和所述上穩定器5之間的距離介於6 16m之間，井徑越大，兩穩定器之間的距離取大值。本鑽具組合所用鑽壓可達鐘擺鑽具組合能控制井斜不增長所用最大鑽壓的150% 以上。所述鑽頭1為各種滿足工程需要的牙輪鑽頭或PDC鑽頭。實施例一 215. 9mm井眼所用預彎曲動力學防斜打快雙穩定器鑽具組合
215. 9mm鑽頭+208mm螺旋穩定器+預彎曲短節(1.0° 165mm短鑽鋌+215mm螺旋穩定器165mm鑽鋌*5鈿。其特定結構參數如下(具體符號參見圖1)
I1 = 0. 8m ； L2I = 1. lm, L2 =8m, Dil =215. 9mm, Ai =208mm, Di2 =215mm， A1
=165mm, Ds2 =165mm De-S =165mm, Di =71. 4 mm, Λ =1°。其中，4為近鑽頭穩定器2的中點至所述鑽頭1的底端的距離；I^21為預彎曲短節 3的彎點7到所述近鑽頭穩定器2中點的距離；L2為兩個穩定器之間的距離；Di為鑽頭1 外徑；A1為近鑽頭穩定器2的外徑；A2為上穩定器5的外徑；A1為近鑽頭穩定器2和鑽頭1之間管體外徑；^2為預彎曲短節3的外徑；D必為短鑽鋌4的外徑；EU為鑽鋌6的外
徑；C為鑽具組合的內徑；β為預彎曲短節3的彎角。對應的相對防斜力計算結果如圖4所示，其值為-11. 09kN。作為比較，目前較多採用的防斜或降斜底部鑽具組合為鐘擺鑽具組合
215. 9mm 鑽頭165mm 鑽鋌 *18m+212mm 螺旋穩定器165mm 鑽鋌 *9m+212mm 螺旋穩定器+ 0 165mm鑽鋌*5細。這種組合的最大特點就是在高陡構造時必須採用小鑽壓吊打， 雖能防斜，但機械鑽速很低。例如利用這種鑽具組合在勝利油田永552井20M 觀52. 23m 井段進行了使用，最大鑽壓40kN，最大井斜達10°，機械鑽速小於2米/小時。而預彎曲動力學防斜打快雙穩定器鑽具組合在鄰井永559井相同井段使用，最大鑽壓可達60kN，最大井斜僅3. 62°，機械鑽速達到9. 52米/小時。
實施例二 311. 2mm井眼所用預彎曲動力學防斜打快雙穩定器鑽具組合 311. 2mm鑽頭+30Imm螺旋穩定器+預彎曲短節(0. 7° )+(t 203mm短鑽鋌+311mm螺旋穩定器203mm鑽鋌*54m。其特定結構參數如下(具體符號參見圖1)
L1 = 0.9m; Z2I = I- lm, L2 =12m, Di =311. 2mm, Ai =30lmm, Dl2 =311mm, Dol
=203mm, Dff2 =203mm Ae =203mm, : =71. 4 mm, ^ =0. 7° 。
權利要求
1.一種預彎曲動力學防斜打快雙穩定器底部鑽具組合，其特徵在於，其由鑽頭(1)、近鑽頭穩定器(2)、預彎曲短節(3)、短鑽鋌(4)、上穩定器(5)和鑽鋌(6)組成，所述鑽頭(1) 連接一個所述近鑽頭穩定器(2)，所述近鑽頭穩定器(2)連接一個預彎曲短節(3)，所述預彎曲短節(3 )連接一個所述短鑽鋌(4 )，所述短鑽鋌(4 )連接一個所述上穩定器(5 )，所述上穩定器(5 )通過所述鑽鋌(6 )連接上部鑽柱；所述的預彎曲短節(3)中部有彎折，其彎點(7)處的彎角為0.5° 1.5°，所述的預彎曲短節(3)為整體加工；所述近鑽頭穩定器(2)和上穩定器(5)具有3飛條螺旋扶正條；所述近鑽頭穩定器(2)的外徑小於所述上穩定器(5);所述近鑽頭穩定器(2)外徑小於井眼直徑6 18mm，所述上穩定器(5)的外徑小於井徑廣6mm ；所述近鑽頭穩定器(2)的中點至所述鑽頭(1)的底端的距離為0. 5^1. Im ；所述近鑽頭穩定器(2)和所述上穩定器(5)之間的距離介於6 16m之間，井徑越大，兩穩定器之間的距離取大值；利用底部鑽具組合的動力學特性來給鑽頭提供防斜力，實現防斜打快目的。
2.根據權利要求1所述的一種預彎曲動力學防斜打快雙穩定器底部鑽具組合，其特徵在於，所述短鑽鋌(4)和鑽鋌(6)的外徑須與鑽頭直徑匹配，滿足工程需要。
3.根據權利要求1所述的一種預彎曲動力學防斜打快雙穩定器底部鑽具組合，其特徵在於，本鑽具組合所用鑽壓可達鐘擺鑽具組合能控制井斜不增長所用最大鑽壓的150%以上。
4.根據權利要求1所述的一種預彎曲動力學防斜打快雙穩定器底部鑽具組合，其特徵在於，所述鑽頭(1)為各種滿足工程需要的牙輪鑽頭或PDC鑽頭。
5.根據權利要求1所述的一種預彎曲動力學防斜打快雙穩定器底部鑽具組合，其特徵在於，本鑽具組合適合泥漿鑽井和氣體鑽井。
全文摘要
本發明涉及一種預彎曲動力學防斜打快雙穩定器底部鑽具組合，其由鑽頭、近鑽頭穩定器、預彎曲短節、短鑽鋌、上穩定器和鑽鋌組成，所述鑽頭連接一個所述近鑽頭穩定器，所述近鑽頭穩定器連接一個預彎曲短節，所述預彎曲短節連接一個所述短鑽鋌，所述短鑽鋌連接一個所述上穩定器，所述上穩定器通過所述鑽鋌連接上部鑽柱；利用底部鑽具組合的動力學特性來給鑽頭提供防斜力，實現防斜打快目的。其最大優點是可以利用帶預彎曲結構的底部鑽具組合的動力學特性進行防斜打快作業，本鑽具組合適合泥漿鑽井和氣體鑽井，而且成本低、安全性好。
文檔編號E21B7/04GK102242603SQ20111019993
公開日2011年11月16日 申請日期2011年7月18日 優先權日2011年7月18日
發明者張新旭, 張洪泉, 朱衛平, 狄勤豐, 王文昌, 王明傑 申請人:上海大學