CN103510871B - 复杂结构井减阻降扭复合钻井方法 - Google Patents

Abstract

本发明是复杂结构井减阻降扭复合钻井方法，是将井下减阻降扭器安装在上部钻具与随钻测量钻具组合之间，使得上部钻具能够相对于随钻测量钻具独立转动；将反扭矩平衡装置安装在动力钻具与钻头之间，消除动力钻具产生的反扭矩对工具面的干扰。优点在于：减阻降扭器能够在导向钻进时变钻柱滑动钻进为旋转钻进，减少摩擦阻力和扭矩损失，降低钻柱粘卡复杂情况的发生率；反扭矩平衡装置能够有效消除动力钻具产生的反扭矩对工具面的影响，控制工具面保持稳定，提高井眼轨迹控制精度，改善井身质量，实现复杂结构井高效钻进。

Description

复杂结构井减阻降扭复合钻井方法

技术领域

本发明涉及石油天然气钻探、地质勘探、矿山钻探技术领域中的复杂结构井的钻井方法。

技术背景

在石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探的过程中，导向井、水平井、大斜度井、大位移井等复杂结构井应用越来越广泛，对于钻井工艺技术提出了更高的要求。现有的复杂结构井钻井系统多采用的是上部钻具（也称钻柱）、随钻测量钻具组合、泥浆动力马达、反扭矩平衡装置及钻头组合，在导向钻井过程中，国内主要采用由泥浆马达为动力的滑动钻井系统实施钻井作业，此时泥浆动力马达带动钻头旋转钻进，而钻柱本身并不旋转，但由于自重的作用平躺在井底，导致摩阻力较大难以有效施加钻压，同时容易发生粘卡等井下安全事故，尤其是在深井导向井，大位移井，长水平段水平井，非常规井眼等导向钻进过程中，摩阻扭矩大，钻柱上提下放困难，钻进时加压困难等问题尤为突出。

国外由于拥有旋转导向钻井技术，已经能够克服导向钻井时的摩阻与粘卡问题，国内正积极开展旋转导向钻井技术的研究，但是旋转导向钻井技术成本太高，而且使用中对钻井工况要求较高，因此其推广应用规模受到较大程度的限制。

针对此情况，本申请人在先申请了一种井下减阻降扭器（申请号201120407295.6）意在为克服导向钻井时的摩阻与粘卡问题提供必要的配套工具。

发明内容

本发明基于满足钻井设计的前提下，导向过程中大部分钻柱采用复合钻井工艺技术，即导向过程中导向仪器上部钻柱旋转运动，仪器与井下泥浆马达仍旧滑动钻进，这对于减小摩阻，具有很大的积极作用。基于此发明一种复杂结构井减阻降扭复合钻井方法，以实现旋转地质导向的效果，通过较低的成本来解决目前面临的钻井困难，为复杂结构井钻井提供一条新的途径和强有力的技术支撑。

复杂结构井减阻降扭复合钻井方法，是基于上部钻具、减阻降扭器、随钻测量钻具组合、泥浆动力马达、反扭矩平衡装置及钻头自上而下依次连接组成的钻具系统，实施过程如下：首先在钻柱适当位置安装减阻降扭器和反扭矩平衡装置，当直井段钻完需要调整钻具工具面进行导向钻进时，上提钻具，通过减阻降扭器使上部钻具与随钻测量钻具组合啮合成一体通过井口转盘扭矩使泥浆动力马达转动到需要的导向工具面方向，然后下放钻具，当钻头接触井底后，通过减阻降扭器作用会自动与上部钻具内部脱离，此时减阻降扭器、随钻测量钻具组合、泥浆动力马达、反扭矩平衡装置及钻头成一体滑动导向钻进，减阻降扭器、上部钻具通过转盘转动而旋转钻进，下部反扭矩平衡装置消除钻头钻进时的反扭矩，保证了下部导向钻具以恒定的工具面滑动钻进；当因轨迹需要稳斜钻进时，减阻降扭器就会与上部钻具啮合，此时井口转盘扭矩通过上部钻具、减阻降扭器传递至泥泥浆动力马达实现复合钻进方式，整个钻进基本实现完全转盘钻进。

所述的减阻降扭器是由心轴和壳体两部分连接组成，心轴套装在壳体内部，心轴顶部与壳体插接配合后其间安装轴承和弹簧，心轴中部与壳体中部分两段结合，一段是心轴和壳体通过花键与键槽相互插接配合，二段是设在心轴上的行星齿轮组和设在壳体上的齿圈相互旋转配合，在壳体下端设有与心轴滑动密封的密封件。

所述的行星齿轮组由三个以上对称分布的大小行星齿轮组通过齿轮架和中心轮固定在心轴上。

本发明通过在井下钻柱的适当部位安装减阻降扭器进行复杂结构井导向钻进的优点在于：

1、井下减阻降扭器能够确保井下正常钻进的条件下，大大降低了井下钻具钻进中的摩阻扭矩，提高钻井效率，降低钻井风险，节约钻井成本。

2、此钻井方法中使用的钻具组合具有结构简单、操作方便、便于安装、安全可靠的优点。

3、降低了导向钻进中粘卡事故发生的几率，提高了钻井安全。

复杂结构井减阻降扭复合钻井方法适合各种大位移井、长水平段水平井、非常规复杂结构井。在复杂结构井钻井方面具有广泛的用途以及极高的经济效益和社会效益，该技术为解决大位移井、长水平段水平井井、非常规复杂结构井的摩阻及粘卡问题，提供了一条新的途径。

附图说明

图1是本发明一种实施复杂结构井减阻降扭复合钻井方法的钻具组合示意图。图2是减阻降扭器的结构图；图3是图2的A-A截面图。

1-上部钻具、2-减阻降扭器、3-随钻测量钻具组合、4-泥浆动力马达、5-反扭矩平衡装置、6-钻头、7-井眼、201-壳体、202-轴承、203-弹簧、204-密封圈、205-心轴、206-壳体花键槽、207-心轴花键、208-齿圈、209-行星齿轮组、210-密封件、211-行星齿轮架、212-大小行星齿轮组、213中心轮。

具体实施方式

现结合说明书附图对本发明方法作进一步的描述。

如图1所示，减磨降阻钻井的主要钻具组合为上部钻具（钻柱）1，随钻测量钻具组合3，在上部钻具1和随钻测量钻具组合3之间，可根据要求适当加入减阻降扭器2，随钻测量钻具组合3下部接泥浆动力马达4，在泥浆动力马达4和钻头6之间加入反扭矩平衡装置5。

如图2，心轴205安装在壳体201内部，心轴205上端与壳体201之间安装轴承202和弹簧203，壳体花键槽206与心轴花键207配合，齿圈208与行星齿轮组209配合，行星齿轮组209和行星齿轮架211安装在心轴205上，密封圈204和密封件210安装在壳体201与心轴205之间。

如图3，行星齿轮组209由三个对称分布的大小行星齿轮组212与一个中心齿轮213组成，大小行星齿轮组212安装在行星齿轮架211上，大小行星齿轮组212与齿轮架211能够围绕中心齿轮213转动。

本发明方法是这样实施的。如图1所示，待带钻井的直井段钻完后，需要导向摆放钻具工具面造斜时，上提钻具，减磨降扭器心轴与壳体两部分由花键锁定，这样上部钻具与下部随钻测量钻具组合啮合成一体，通过井口转盘扭矩使钻柱转动到需要的导向工具面方向。然后下放钻具，当钻头接触井底后，通过减阻降扭器心轴在下支撑力的作用下与壳体的花键分离，上部钻具与下部的随钻测量钻具组合相对脱离，此时随钻测量钻具组合带动泥浆动力马达、反扭矩平衡装置及钻头滑动导向钻进，减磨降扭器、上部钻具通过转盘转动而旋转钻进。当因轨迹需要稳斜钻进时，通过减磨降扭器作用下部所有钻具就会与上部钻具啮合，而使全井钻具通过转盘转动，进行复合钻进。本方法主要针对导向钻井的现实需要通过减磨降扭器与上部钻柱的内部分离，从而使减磨降扭器上部的钻具通过转盘转动而旋转钻进，从而使钻具与井壁之间的滑动摩擦变为滚动摩擦方式，降低钻具摩阻扭矩，降低钻具粘卡几率，达到高效安全钻井的方法，从而降低钻井生产成本。

Claims (3)

1.复杂结构井减阻降扭复合钻井方法，其特征在于该方法是基于上部钻具（1）、减阻降扭器（2）、随钻测量钻具组合（3）、泥浆动力马达（4） 、反扭矩平衡装置（5）及钻头（6）自上而下依次连接组成的钻具系统，并按照如下方法实施：首先，当直井段钻完需要调整钻具工具面进行导向钻进时，上提上部钻具（1），通过减阻降扭器（2）使上部钻具（1）与随钻测量钻具组合（3）啮合成一体，通过井口转盘扭矩使泥浆动力马达（4）转动到需要的导向工具面方向；然后下放上部钻具（1），当钻头（6）接触井底后，通过减阻降扭器（2）会自动与上部钻具（1）内部脱离，此时减阻降扭器（2）、随钻测量钻具组合（3）、泥浆动力马达（4）、反扭矩平衡装置（5）及钻头（6）成一体滑动导向钻进，减阻降扭器（2）、上部钻具（1）通过转盘转动而旋转钻进，下部反扭矩平衡装置（5）消除钻头（6）钻进时的反扭矩，下部导向钻具以恒定的工具面滑动钻进；当因轨迹需要稳斜钻进时，通过减阻降扭器（2）使得减阻降扭器（2）与上部钻具（1）啮合，此时井口转盘扭矩通过上部钻具（1）、减阻降扭器（2）传递至泥浆动力马达（4）实现复合钻进方式，整个钻进实现完全转盘钻进。

2.如权利要求1所述的复杂结构井减阻降扭复合钻井方法，其特征在于：所述的减阻降扭器（2） 是由心轴（205）和壳体（201）两部分连接组成，心轴（205）套装在壳体（201）内部，心轴（205）顶部与壳体（201）插接配合后其间安装轴承（202）和弹簧（203），心轴（205）中部与壳体（201）中部分两段结合，一段是心轴（205）和壳体（201）通过花键（207）与键槽（206）相互插接配合，二段是设在心轴（205）上的行星齿轮组（209）和设在壳体（201）上的齿圈（208）相互旋转配合，在壳体（201）下端设有与心轴（205）滑动密封的密封件（210）。

3.根据权利要求2所述的复杂结构井减阻降扭复合钻井方法，其特征在于：所述的行星齿轮组（209）由三个以上对称分布的大小行星齿轮组通过齿轮架（211）和中心轮固定在心轴（205）上组成。