偏軸下部鑽具組合的製作方法

2023-10-05 18:41:54 1

專利名稱：偏軸下部鑽具組合的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鑽井用的偏軸下部鑽具組合。
在高陡構造地區鑽井常出現井斜問題。為降低井斜，國內外鑽井界常採用地面移動井位，滿眼鑽具組合，鐘擺鑽具組合，塔式鑽具組合及偏心鑽具組合(包括偏重鑽鋌，剛度不對稱鑽鋌)等方法，這些方法雖然對控制井斜具有一定效果，但防斜效果不明顯。目前採用較多的鐘擺鑽具組合在鑽井過程中要減少鑽壓，降低了機械轉速，因而降低了鑽井效益，增加了鑽井成本。
中國實用新型專利90201693.8號公開了一種「多功能井下鑽頭接頭」。這種鑽頭接頭是直接與鑽頭連接在一起的，其主體是一個上，下不同心的偏心接頭，主體內裝有防止泥漿溢出的心臟部分。使用裝有這種鑽頭接頭的鑽具雖然具有一定的防斜作用，其防斜原理是靠偏心質量的離心力達到穩斜的。由於接頭是直接安裝在鑽頭上，鑽頭又是一支點，使接頭偏心質量的慣性力直接加於鑽頭支點上，這一力無法使鑽鋌由自轉變成公轉形成穩定的公轉旋轉運動，也就無法使鑽頭均勻切削井壁四周，實現穩斜。
本實用新型的目的在於克服上述已知鑽具組合缺點，提供一種在0-6°井斜角範圍內既能穩斜，糾斜，又能快速鑽井的偏軸下部鑽具組合。
本實用新型偏軸下部鑽具組合，包括若干根鑽鋌，一個主體部分為圓柱體的內有泥漿通道的偏軸接頭和一個鑽頭，所述偏軸接頭的上部設有與位於其上端的鑽鋌相連接的內錐螺紋，下部設有與位於其下端的鑽鋌相連接的外錐螺紋，與內錐螺紋共軸的泥漿通道的中軸線和與外錐螺紋共軸的泥漿通道的中軸線與主體部分的中軸線相互平行並分別位於其兩側，與內錐螺紋共軸的泥漿通道的中軸線和與外錐螺紋共軸的泥漿通道的中軸線之間的距離為5～38毫米，所述偏軸接頭主體部分的下限位端面與所述鑽頭上限位端面之間的距離為6～12米。
本實用新型偏軸下部鑽具組合，其偏軸接頭內的與內錐螺紋共軸的泥漿通道的中軸線和與外錐螺紋共軸的泥漿通道的中軸線距所述主體部分的中軸線的距離最好相等。
本實用新型偏軸下部鑽具組合由於在鑽鋌之間裝有偏軸接頭，在自由狀態下下部鑽具組合中的上端鑽鋌軸線與下端鑽鋌軸線保持平行，但相互移開一段距離(即偏軸接頭的偏軸距)。當偏軸下部鑽具組合下入井底後，受井眼的限制，在鑽壓的作用下，在偏軸接頭處將產生一彎矩。該彎矩使鑽具組合形成一穩定的弓形的彎曲變形，如圖3所示。工作時轉盤的轉動使偏軸下部鑽具組合在井底形成穩定的公轉迴旋，與此同時，鑽頭承受較大的旋轉側向力，使鑽頭均勻切削井壁四周，達到穩斜；同時本實用新型偏軸下部鑽具組合在工作時有很強的居中能力，保證了偏軸接頭不與井壁相接觸，如將鑽井鑽壓控制在下表範圍內，即可使偏軸接頭上部的鑽柱與井壁的接觸點上移，使鑽頭上的降斜力達到最大，從而實現糾斜的目的。使用本實用新型偏軸下部鑽具組合鑽井時，可使用較高的鑽壓和鑽速，因而提高了鑽井的機械轉速，實現了防斜與打快的統一。使用本實用新型偏軸下部鑽具組合鑽井可使井斜角保持在0～6°範圍之內，與普通鑽具相比，平均鑽速可提高1倍多。
本實用新型偏軸下部鑽具組合的其他細節和特點可通過閱讀下文結合附圖詳加描述的實施例即可清楚明了，其中


圖1是本實用新型偏軸下部鑽具組合結構示意圖；圖2是本實用新型偏軸下部鑽具組合結構中的偏軸接頭的結構示意圖；圖3是本實用新型偏軸下部鑽具組合工作狀態示意圖；圖4是本實用新型偏軸下部鑽具組合在江蘇某井(171/2″井眼)應用的井斜角曲線圖。
參照
圖1。本實用新型偏軸下部鑽具組合包括若干根鑽鋌1、偏軸接頭2和鑽頭3。
參照圖2。圖2是
圖1所示的偏軸接頭的結構示意圖。偏軸接頭2的主體部分為一圓柱體21，其上部加工有內錐螺紋22，用於與位於其上端的鑽鋌11相連接。下部設有外錐螺紋23，用於與位於其下端的鑽鋌12相連。與內錐螺紋22共軸的泥漿通道24的中軸線25和與外錐螺紋23共軸的泥漿通道26的中軸線27與主體部分21的中軸線28相互平行並分別位於其兩側。中軸線25和27之間的距離可在5～38毫米之間任選。中軸線25和27最好是等距離地布置在主體部分的中軸線28的兩側。偏軸接頭主體部分的下限位端面用數字29表示。
再參照
圖1和圖2。偏軸接頭2在安裝時，要使偏軸接頭主體部分的下限位端面29與鑽頭3的上限位端面31的距離控制在6～12米之間。
本實用新型偏軸下部鑽具組合的鑽頭可根據地層特性，井身結構選擇不同類型的牙輪鑽頭；下端鑽鋌根據鑽頭類型和已有鑽鋌型號確定；上端鑽鋌由鑽頭類型，偏軸接頭和下端鑽鋌確定；偏軸接頭的偏軸距和安裝位置由鑽頭直徑、鑽鋌尺寸，鑽壓大小和轉盤轉速確定，其數值可按下表給定的關係選取偏軸接頭下限位端面距鑽頭鑽頭尺寸偏軸距上限位端面的距離鑽鋌外徑鑽壓轉盤轉速(mm)(mm) (m) (mm)(KN)(rpm)444.5216至254140至250(171/2′)311.2 216至228 120至240(122/8′) 50至150215.9 5至38 6至12 127至203 100至220(81/2′)165.1 88.9至152 80至200(61/2′)一般情況下，當鑽壓、轉盤轉速選取高值時，偏軸接頭的偏軸距、偏軸接頭下限位端面距鑽頭上限位端面的長度應取低值；反之亦然。
本實用新型偏軸下部鑽具組合被限制在井眼內工作時，同時受到動態的軸向力、橫向力、彎矩，以及扭矩的聯合作用，其運動狀態非常複雜，是一個不確定的渦動系統。偏軸下部鑽具組合運動規律及鑽頭的受力狀態由鑽頭直徑、偏軸接頭的偏軸距和安裝位置，鑽鋌的尺寸，鑽壓大小，轉盤轉速，井斜角和地層特徵等因素決定。
上表是經過發明人多年研究，分析計算並經過實際試驗優選後得出的，本領域的普通技術人員只要根據實際鑽井條件很容易從中選定適合的參數，實現防斜快打。
參照圖3。圖3是本實用新型偏軸下部鑽具組合工作狀態示意圖。本實用新型下部鑽具組合在自由狀態，偏軸接頭上端鑽鋌軸線與下端鑽鋌軸線相互平行，但相互移開一段距離，如
圖1所示。當鑽具下入井底後，受井眼的限制，在鑽壓作用下，在偏軸接頭處產生一彎矩，使鑽具組合形成穩定的彎曲變形，如圖中所示的弓形。工作時，轉盤的轉動使偏軸下部鑽具組合在井底形成穩定的公轉迴旋，如圖中箭頭所示。鑽頭承受較大的旋轉側向力，使鑽頭均勻切削井壁四周，達到穩斜；又因公轉較自轉有很強的居中能力，從而保證偏軸接頭不與井壁相接觸，讓鑽柱與井壁的接觸點上移，實現糾斜。
下面是本實用新型偏軸下部鑽具組合具體應用實例實例1在江蘇某井(17 1/2″井眼)的應用該井所在地區地質條件十分複雜，地層傾角大且多變，斷層多，夾層段長，膠結緻密堅硬，極易產生井斜，嚴重影響鑽井效率。
該井開鑽初期採用常規的防斜措施打鑽。從101m至356m用滿眼鑽具組合鑽進，井斜角很快從0°增加到3.15°。隨後用過兩套鐘擺鑽具糾斜，在糾斜過程中鑽壓普遍採用80KN左右吊打。在630m～707m井段，井斜角從1.9°猛增至9.25°。鑽至1175m井深時，井斜角仍有4.25°。在1145m的井段中，平均機械鑽速在1m/hr左右。最嚴重時，3個多小時才鑽進1m。針對該井的特點，本發明人對原來採用的鐘擺組合進行改進設計。改進後的組合在1155m下井(此時井斜角4.25°)，鑽至1259.9m時，井斜角迅速降至1.75°。
在1259.9m(此時井斜角為1.75°)處採用了本實用新型下部鑽具組合技術。該偏軸下部鑽具組合的偏軸接頭的偏軸距取32mm，偏軸接頭下限位端面距鑽頭上限位端面的距離為9m，轉盤轉速為60rpm。鑽壓先加到180～200KN，井斜角穩定在1.75°，機械鑽速提高到2.7m/hr。在1377m至1416m井段中，鑽壓加到200～220KN噸，井斜角從1.75°降低到1.25°，機械鑽速提高到3.0m/hr。在1416m至1463m井段中，鑽壓加至220～230KN，井斜角從1.25°降至0.5°，機械鑽速提高到3.0m/hr多。可見，該新技術將鑽壓從原先的80KN提高至230KN，防斜糾斜效果相當明顯，機械鑽速有顯著的提高。實鑽井段超過500m，井斜角控制在1.75°以內(見圖4)，瞬時鑽速提高了近2倍，平崐均鑽速提高了1.04倍。實例2在四川某井(121/4″井眼)的應用該井所在地區地層斜角53°，極易發生井斜現象，使得在鑽井施工過程中不得不採取(1)地面移動井位；(2)減壓吊打；(3)多次糾斜等措施，鑽井速度緩慢。
該井的上部井段(＜1415m)，採用塔式鑽具鑽進，所用鑽壓是100至120KN，機械鑽速為每米40多分鐘。在1415m時採用本實用新型下部鑽具組合技術。該偏軸下部鑽具組合的偏軸接頭的偏軸距取28mm，偏軸接頭的下限位端面距鑽頭上限位端面之間的距離為8.7m，轉盤轉速為60rpm。首先採用180KN鑽壓鑽進。此時，機械鑽速為每米20分左右，鑽至1476m時，井斜角控制在2°之內。隨後，鑽壓增加到200KN，機械鑽速為每米18分鐘左右。鑽進到井斜最嚴重的自流井地層時，該項技術有效地控制了井斜的迅速增加，同時還以高機械鑽速通過自流井層段。鑽至1639m時，井斜角僅增至4.2°工程設計在該井深的允許井斜角為9°。通過自流井層位後井斜角又降至2°左右。實例3在江蘇某井(81/2″井眼)的應用該地區鑽直井易產生井斜，為保證井身質量，經常用動力鑽具糾斜。該井在56.2m(此時井斜角為0°)處下入了本實用新型偏軸下部鑽具組合。該偏軸下部鑽具組合的偏軸接頭的偏軸距取18mm，偏軸接頭的下限位端面距鑽頭上限位端面之間的距離為8.5m，轉盤轉速為60rpm，鑽壓為140KN。用該組合鑽完該井全井段，防斜糾斜效果明顯，機械鑽速有顯著提高。實鑽井段超過1600m，井斜角控制在2.75°以內，平均機械鑽速提高2.05～3.60米/小時。
該井的實驗證明，本實用新型偏軸下部鑽具組合防斜糾斜效果明顯，能大幅度地提高鑽井時效，見表1。表1試驗井與對比井的井斜比較試驗井 對比井1#2#井深井斜井深 井斜井深 井斜(m) (°)(m) (°)(m) (°)275.80 0.30403.200.45576.342.00493.39 1.45583.371.00641.702.10608.10 2.00 783.501.00769.68 2.45730.491.15896.292.20921.55 2.30913.762.001021.34 2.451100.0 1.45 1155.42 3.301205.70 3.451267.10 4.301287.0 2.15 1305.08 4.001397.06.451366.49 3.451400.0 0.301637.23.001430.00 6.001505.00 6.00
權利要求1.一種偏軸下部鑽具組合，包括若干根鑽鋌，一個主體部分為圓柱體的內有泥漿通道的偏軸接頭和一個鑽頭，其特徵在於所述偏軸接頭的上部設有與位於其上端的鑽鋌相連接的內錐螺紋，下部設有與位於其下端的鑽鋌相連接的外錐螺紋，與內錐螺紋共軸的泥漿通道的中軸線和與外錐螺紋共軸的泥漿通道的中軸線與主體部分的中軸線相互平行並分別位於其兩側，與內錐螺紋共軸的泥漿通道的中軸線和與外錐螺紋共軸的泥漿通道的中軸線之間的距離為5～38毫米，所述偏軸接頭主體部分的下限位端面與所述鑽頭上限位端面之間的距離為6～12米。
2.按照權利要求1所述的偏軸下部鑽具組合，其特徵在於所述偏軸接頭內的與內錐螺紋共軸的泥漿通道的中軸線和與外錐螺紋共軸的泥漿通道的中軸線距所述主體部分的中軸線的距離相等。
專利摘要一種偏軸下部鑽具組合,包括若干根鑽鋌,一個偏軸接頭和一個鑽頭,與內錐螺紋共軸的泥漿通道的中軸線和與外錐螺紋共軸的泥漿通道的中軸線之間的距離為5～38毫米,偏軸接頭主體部分的下限位端面與鑽頭上限位端面之間的距離為6～12米。根據選定的鑽頭尺寸,鑽鋌外徑、鑽壓、轉盤轉速確定偏軸接頭的偏軸距和偏軸接頭距鑽頭的距離,用該鑽具組合鑽直井,既可防斜,又能糾斜。
文檔編號E21B21/12GK2311600SQ97230149
公開日1999年3月24日 申請日期1997年12月12日 優先權日1997年12月12日
發明者王珍應 申請人:石油勘探開發科學研究院鑽井工藝研究所