CN102330538B - 单稳定器预弯曲动力学钟摆底部钻具组合 - Google Patents

单稳定器预弯曲动力学钟摆底部钻具组合 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单稳定器预弯曲动力学钟摆底部钻具组合，其由钻头、预弯曲短节、钻铤、稳定器和钻铤组成，所述钻头连接一个所述预弯曲短节，所述预弯曲短节连接一个所述钻铤，所述钻铤连接一个所述稳定器，所述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降斜力，实现防斜打快目的。其最大优点是这种钻具组合可以提供的钟摆降斜力比常规钟摆钻具组合大。本钻具组合适合泥浆钻井和气体钻井，而且成本低、安全性好，尤其适合气体钻井。

Description

单稳定器预弯曲动力学钟摆底部钻具组合
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，特别是一种单稳定器预弯曲动力学钟摆底部钻具组合。
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。
最为重要的是，气体钻井目前正得到迅速发展，而气体钻井直井易斜问题正是制约这种技术发展的瓶颈。由于气体钻井的复杂性，一些泥浆钻井所用防斜方法不能适用于气体钻井，同时应尽可能减少稳定器的用量以免引起井下复杂情况。
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单稳定器预弯曲动力学钟摆底部钻具组合，并利用这种特定底部钻具组合的动力学特性，在钻头上形成较大的钟摆力，相应提高钻压，实现防斜又打快的目的。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：
一种单稳定器预弯曲动力学钟摆底部钻具组合，其由钻头、预弯曲短节、下钻铤、稳定器和上钻铤组成，所述钻头连接一个所述预弯曲短节，所述预弯曲短节连接一个下钻铤，所述下钻铤连接一个稳定器，所述稳定器连接一个上钻铤，所述上钻铤连接上部钻柱； 
所述的预弯曲短节中部有弯折，其弯点处的弯角为0.5°~1.5°，所述的预弯曲短节为整体加工；
所述稳定器具有3~5条螺旋扶正条； 
所述稳定器的外径小于井眼直径2~18mm；
所述下钻铤的长度介于9~45m之间，井径越大，下钻铤的长度取大值；利用底部钻具组合的动力学特性来给钻头提供较大的钟摆力，实现防斜打快目的。
所述下钻铤和稳定器的外径须与钻头直径匹配，满足工程需要。
所述钻头为各种满足工程需要的牙轮钻头或PDC钻头。
本发明与现有技术相比较，具有以下突出的优点：
本发明提供一种单稳定器预弯曲动力学钟摆底部钻具组合，其在钻头上产生的动态钟摆力是常规钟摆钻具组合的1.5倍以上。其最大优点是可以利用带预弯曲结构的底部钻具组合的动力学特性进行防斜打快作业，本钻具组合适合泥浆钻井和气体钻井，而且成本低、安全性好。
附图说明
图1是单稳定器预弯曲动力学钟摆底部钻具组合结构示意图。
图2是所用预弯曲短节示意图。
图3是稳定器外形示意图。
图4是单稳定器预弯曲动力学钟摆底部钻具组合提供的钻头防斜力（气体钻井）。
图5是常规单稳定器钟摆底部钻具组合提供的钻头防斜力（气体钻井）。
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，一种单稳定器预弯曲动力学钟摆底部钻具组合，由钻头1、预弯曲短节2、下钻铤3、稳定器4和上钻铤5组成，所述钻头1连接一个所述预弯曲短节2，所述预弯曲短节2连接一个下钻铤3，所述下钻铤3连接一个稳定器4，所述稳定器4连接一个上钻铤5，所述上钻铤5连接上部钻柱； 
如图2所示，所述的预弯曲短节2中部有弯折，其弯点6处的弯角为0.5°~1.5°，所述的预弯曲短节2为整体加工；
如图3所示，所述稳定器4具有3~5条螺旋扶正条； 
所述稳定器4的外径小于井眼直径2~18mm；
所述下钻铤3的长度介于9~45m之间，井径越大，下钻铤3的长度取大值；利用底部钻具组合的动力学特性来给钻头提供较大的钟摆力，实现防斜打快目的。
所述下钻铤3和稳定器4的外径须与所述钻头1直径匹配，满足工程需要。
所述钻头1为各种满足工程需要的牙轮钻头或PDC钻头。
实施例一：215.9mm井眼气体（空气）钻井所用单稳定器预弯曲动力学钟摆底部钻具组合
215.9mm钻头+￠172mm预弯曲短节（1.0°）+￠172mm下钻铤*18m+215mm螺旋稳定器+￠172mm上钻铤*54m。
其特定结构参数如下（具体符号参见图1）：
Figure 2011103028518100002DEST_PATH_IMAGE001
＝20m；
Figure 376751DEST_PATH_IMAGE002
＝1m, 
Figure 2011103028518100002DEST_PATH_IMAGE003
=215.9mm, 
Figure 45630DEST_PATH_IMAGE004
=215mm,
Figure 2011103028518100002DEST_PATH_IMAGE005
=172mm，
Figure 665093DEST_PATH_IMAGE006
=172mm
Figure 2011103028518100002DEST_PATH_IMAGE007
=172mm,
Figure 544056DEST_PATH_IMAGE008
 =71.4 mm，
Figure 2011103028518100002DEST_PATH_IMAGE009
=1°。
其中，
Figure 907166DEST_PATH_IMAGE001
为稳定器4的中点至所述钻头1的底端的距离；
Figure 430551DEST_PATH_IMAGE002
为预弯曲短节2的弯点6到所述钻头底端的距离； 为钻头1外径；为稳定器4的外径；
Figure 501779DEST_PATH_IMAGE005
预弯曲短节3的外径；
Figure 145250DEST_PATH_IMAGE006
为下钻铤3的外径；
Figure 2011103028518100002DEST_PATH_IMAGE011
为上钻铤5的外径；
Figure 106515DEST_PATH_IMAGE008
为钻具组合的内径；为预弯曲短节2的弯角。
对应的钟摆力计算结果如图4所示，其值为-0.4422kN。
作为比较，目前采用的常规钟摆钻具组合：
215.9mm钻头+￠172mm下钻铤*18m+215mm螺旋稳定器+￠172mm上钻铤*54m。这种底部钻具组合的钟摆力为-0.2709kN，见图5。
可见气体（空气）钻井时，单稳定器预弯曲动力学钟摆钻具组合的降斜力是常规单稳定器钟摆钻具组合降斜力的1.63倍。

Claims (3)

1.一种单稳定器预弯曲动力学钟摆底部钻具组合，其特征在于，其由钻头（1）、预弯曲短节（2）、下钻铤（3）、稳定器（4）和上钻铤（5）组成，所述钻头（1）连接一个所述预弯曲短节（2），所述预弯曲短节（2）连接一个下钻铤（3），所述下钻铤（3）连接一个稳定器（4），所述稳定器（4）连接一个上钻铤（5），所述上钻铤（5）连接上部钻柱； 
所述的预弯曲短节（2）中部有弯折，其弯点（6）处的弯角为0.5°~1.5°，所述的预弯曲短节（2）为整体加工；
所述稳定器（4）具有3~5条螺旋扶正条； 
所述稳定器（4）的外径小于井眼直径2~18mm；
所述下钻铤（3）的长度介于9~45m之间，井径越大，下钻铤（3）的长度取大值；
利用底部钻具组合的动力学特性来给钻头提供较大的钟摆力，实现防斜打快目的。
2.根据权利要求1所述的一种单稳定器预弯曲动力学钟摆底部钻具组合，其特征在于，所述下钻铤（3）和稳定器（4）的外径须与所述钻头（1）直径匹配，满足工程需要。
3.根据权利要求1所述的一种单稳定器预弯曲动力学钟摆底部钻具组合，其特征在于，所述钻头（1）为各种满足工程需要的牙轮钻头或PDC钻头。
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