CN103835663B - 密集丛式井组直井段防碰钻具组合及防碰方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油工程领域，涉及一种石油天然气钻井过程井眼间防碰钻具组合及防碰方法。密集丛式井组直井段防碰钻具组合包括：钻头、钻头上部钻铤、强磁短节、扶正器下部钻铤、满眼扶正器；钻头、钻头上部钻铤、强磁短节、扶正器下部钻铤、满眼扶正器依次通过螺纹连接；强磁短节，包括强磁铁，强磁铁为带有通孔的圆柱体。本发明的原理简单，无需采用人为方式制定防碰绕障措施或者改变原有钻井方法，不需要增加高精尖设备，不影响其它井的施工，实现了钻进过程的主动防碰绕障和正常钻进自动转化的完美功能，使用过程不会为钻井作业带来其他方面的风险；对地面设施、钻井管柱、钻头类型没有特殊要求，有利于推广和使用。

Description

密集丛式井组直井段防碰钻具组合及防碰方法

技术领域

本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种石油天然气钻井过程井眼间防碰钻具组合及防碰方法，尤其地，涉及一种密集丛式井组直井段防碰钻具组合及防碰方法。

背景技术

目前，陆地及海洋平台上经常设计及钻进大组丛式井来获取地下油气能源，从而降低油气资源的开发成本，提高开发效率。然而，在该类型井钻进过程中，井眼间的碰撞问题变得非常突出，其中直井段井眼交碰问题尤其难以解决。

现有井眼间防碰的技术及方法已有以下专利文献予以批露。

中国发明专利公开说明书CN103218749A(公开日2003年07月24日)提供了一种三维钻井轨道防碰撞验证方法，该方法将新井和老井的轨道数据与三角网数字地面模型结合生成具有约束条件的地面模型，运用水平面扫描法、法面扫描法和最小距离法对新井轨道上各分散点与老井轨道的距离进行计算，并与预设的安全距离进行对比，并将在计算结果小于安全井距的轨道距离用列表的方式显示出来。

中国发明专利公开说明书CN102953722A(2003年03月06日公开)提供了一种钻井作业中的防碰绕障方法及系统，该方法及系统采用磁定位技术预测获得作业井的第一预测轨迹；获得所述作业井在所述第一预测轨迹内与已有的参考井之间的第一最小距离；根据所述第一最小距离以及为所述作业井预设的安全半径确定所述作业井是否需要进行绕障作业。

中国发明专利公开说明书CN102373917A(2012年03月14日公开)提供了通过邻井监测，预测钻头距邻井的距离，提前采取措施避免钻头与邻井套管碰撞的系统。

上述专利公布的防碰技术或方法可以归结为两类，一类为通过扫描计算预警防碰的方法，一类为通过信号测距来防碰的方法。通过扫描计算预警防碰的方法，需要拟合出井眼轨迹，然而拟合轨迹用到的基础数据存在着多种误差，拟合出的轨迹存在着很大范围的不确定性，因此该种防碰方法适用性上受到限制。另外，丛式井直井段钻进中一般不采用随钻测斜，此时井眼轨迹不能实时获得，上述方案直接失效。通过信号测距来防碰的方法可以实现实时防碰预警，并可应用于直井段钻进中，但在危险距离范围内不能直接提供防碰绕障方案。因此亟需一种能够实现在遇到邻井时主动绕障来防碰的钻具工具及方法，以满足利用大组丛式井技术推广应用的要求。

发明内容

为克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种密集丛式井组直井段防碰钻具组合及防碰方法；该发明提供的防碰钻具组合中包含一个强磁短节，利用该钻具组合钻井时，当与邻近距离较近时，强磁短节与邻井套管产生的相互作用会改变钻具的形态，从而使得钻头切削钻进方向发生改变，指向背离邻井方向，以达到主动防碰绕障的目的。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

一种强磁短节，包括强磁铁，强磁铁为带有通孔的圆柱体。

进一步地，还包括：无磁上接头、无磁下接头；无磁上接头、无磁下接头通过螺纹连接，强磁铁套设在无磁上接头、无磁下接头上。

进一步地，无磁上接头的外侧自上而下依次为：圆柱面、第一密封面、强磁铁安装圆柱面、公扣、第二密封面，第一密封面上设有三道第一密封槽；无磁上接头的轴心为贯通的圆孔，圆孔的上端为钻具连接扣；

无磁下接头外侧的自上而下依次为：第三密封面、圆柱面、钻具扣；第三密封面上开有三道第二密封槽，靠下的两道第二密封槽之间开设用于安装定位销钉的内销钉孔，无磁下接头的第三密封面处的外径与无磁上接头的第一密封面处的外径相同，无磁下接头圆柱面处的外径与无磁上接头圆柱面处的外径相同；无磁下接头的轴心为贯通的圆孔，圆孔的顶端为母扣，母扣下方设有第四密封面，第四密封面上开有两道第三密封槽；

无磁上接头通过公扣与无磁下接头的母扣配合连接，无磁上接头的第二密封面与无磁下接头的第四密封面配合密封，无磁下接头的第四密封面的密封槽内装有隔离密封

进一步地，强磁铁为带有通孔的圆柱体，强磁铁的外径与无磁上接头第一密封面处的外径相同，强磁铁的内径略大于无磁上接头强磁铁安装圆柱面外径，强磁铁套装在无磁上接头的强磁铁安装圆柱面上，强磁铁的上端面与第一密封面和强磁铁安装圆柱面之间的台阶面接触，强磁铁的下端面与无磁下接头的顶端圆环平面接触。

进一步地，强磁铁通孔的上端、下端分别设有强磁铁上轴承、强磁铁下轴承；强磁铁通过强磁铁上轴承、强磁铁下轴承套装在无磁上接头的强磁铁安装圆柱面上。

进一步地，还包括强磁铁保护筒，强磁铁保护筒的内径略大于无磁上接头第一密封面、无磁下接头第三密封面处的外径，强磁铁保护筒的外径与无磁上接头上端圆柱面处的外径、无磁下接头下端圆柱面处的外径相等，强磁铁保护筒安装于无磁上接头与无磁下接头之间；强磁铁保护筒的内侧上端与无磁上接头外侧圆柱面下方的第一密封面配合，无磁上接头第一密封面的密封槽内装有上接头密封；强磁铁保护筒的内侧下端与无磁下接头的第三密封面配合，无磁下接头外侧上端第三密封面的密封槽内装有下接头密封。

进一步地，强磁铁保护筒的下侧设有外销钉孔，定位销钉穿入外销钉孔、内销钉孔将强磁铁保护筒定位于无磁上接头与无磁下接头的连接体之上。

进一步地，所述的无磁上接头、强磁铁保护筒、无磁下接头、强磁铁上轴承、强磁铁下轴承及定位销钉均选用无磁材料制造；所述的强磁铁磁场方向沿着强磁短节的半径方向。

一种密集丛式井组直井段防碰钻具组合，包括：钻头、钻头上部钻铤、强磁短节、扶正器下部钻铤、满眼扶正器；其特征在于：钻头、钻头上部钻铤、强磁短节、扶正器下部钻铤、满眼扶正器依次通过螺纹连接；强磁短节如上所述。

一种采用密集丛式井组直井段防碰钻具组合的防碰方法，具体方法如下：

(1)、防斜打直过程：当钻进井的直井段距离邻井较远时，强磁短节与邻井套管之间无吸引力或者具有极小的吸引力，可以认为强磁短节仅为普通钻具接头，则密集丛式井组直井段防碰钻具组合可以认为是钟摆钻具，发挥其防斜打直的作用；

(2)、自动防碰过程：当钻进井的直井段距离邻井较近时，强磁短节与邻井套管之间产生较强的吸引力，该吸引力促使密集丛式井组直井段防碰钻具组合钻头及满眼扶正器中间的部分产生向着邻井套管方向倾斜的趋势，而发生类似于“弓”形的弯曲，由于钻头的保径部位与靠近邻井一侧的井壁接触，提供支撑，使得钻头的轴线方向背离邻井，从而在钻进中原理邻井而防止与邻井交碰。随着钻进井与邻井距离的增加，强磁短节与邻井套管之间吸引力减小，直到基本无作用力，此时，密集丛式井组直井段防碰钻具组合又可以恢复钟摆钻具的功能，修正弯曲的井眼为直井眼并继续钻进。

相对于现有技术，本发明具有如下的有益效果：

1、实现密集丛式井组直井段防碰方法的原理简单，无需采用人为方式制定防碰绕障措施或者改变原有钻井方法，不需要增加高精尖设备，不影响其它井的施工，实现了钻进过程的主动防碰绕障和正常钻进自动转化的完美功能；

2、实现密集丛式井组直井段防碰钻具组合结构简单、性能稳定，使用过程不会为钻井作业带来其他方面的风险；

3、钻井过程中，该防碰方法及相应的装置对地面设施、钻井管柱、钻头类型没有特殊要求，施工人员的操作施工跟常规钻井完全相同，有利于该防碰方法及相应装置的推广和使用。

附图说明

图1是本发明的密集丛式井组直井段防碰钻具组合结构示意图；

图2是强磁短节结构示意图；

图3是密集丛式井组直井段防碰钻具组合工作状态一；

图4是密集丛式井组直井段防碰钻具组合工作状态二；

图中：1、钻头，2、钻头上部钻铤，3、强磁短节，4、扶正器下部钻铤，5、满眼扶正器，301、无磁上接头，302、上接头密封，303、强磁铁保护筒，304、强磁铁，305、下接头密封，306、无磁下接头，307、强磁铁上轴承，308、强磁铁下轴承，309、定位销钉，310、隔离密封。

具体实施方式

图1所示，密集丛式井组直井段防碰钻具组合，包括：钻头1、钻头上部钻铤2、强磁短节3、扶正器下部钻铤4、满眼扶正器5；钻头1、钻头上部钻铤2、强磁短节3、扶正器下部钻铤4、满眼扶正器5依次通过螺纹连接。钻进过程中，钻头4位于井底，用于破岩钻进；钻头上部钻铤2、强磁短节3、扶正器下部钻铤4、满眼扶正器5组合在一起构成组合结构用于改变钻头的钻进趋势；扶正器5与扶正器5上部的钻具组合连接。

图2所示，强磁短节3，包括：无磁上接头301、上接头密封302、强磁铁保护筒303、强磁铁304、下接头密封305、无磁下接头306、强磁铁上轴承307、强磁铁下轴承308、定位销钉309、隔离密封310。

无磁上接头301的外侧自上而下依次为：圆柱面、第一密封面、强磁铁安装圆柱面、公扣、第二密封面，第一密封面上设有三道第一密封槽302；无磁上接头301的轴心为贯通的圆孔，圆孔的上端为钻具连接扣。

无磁下接头306外侧的自上而下依次为：第三密封面、圆柱面、钻具扣；第三密封面上开有三道第二密封槽，靠下的两道第二密封槽之间开设用于安装定位销钉309的内销钉孔，无磁下接头306的第三密封面处的外径与无磁上接头301的第一密封面处的外径相同，无磁下接头306圆柱面处的外径与无磁上接头301圆柱面处的外径相同；无磁下接头306的轴心为贯通的圆孔，圆孔的顶端为母扣，母扣下方设有第四密封面，第四密封面上开有两道第三密封槽。

无磁上接头301通过公扣与无磁下接头306的母扣配合连接，用于传递钻压扭矩；无磁上接头301的第二密封面与无磁下接头306的第四密封面配合密封，防止钻杆内部钻井液对强磁铁304的腐蚀，无磁下接头306的第四密封面的密封槽内装有隔离密封310。

强磁铁304为带有通孔的圆柱体，强磁铁的外径与无磁上接头301第一密封面处的外径相同，强磁铁的内径略大于无磁上接头301强磁铁安装圆柱面外径，强磁铁304通孔的上端、下端分别设有强磁铁上轴承、强磁铁下轴承；强磁铁304通过强磁铁上轴承307、强磁铁下轴承308套装在无磁上接头301的强磁铁安装圆柱面上，强磁铁的上端面与第一密封面和强磁铁安装圆柱面之间的台阶面接触，强磁铁的下端面与无磁下接头306的顶端圆环平面接触，强磁铁304可相对于无磁上接头301及无磁下接头306旋转，用于在与邻井套管接近时产生作用力而引起钻柱整形态变化。

强磁铁保护筒303的内径略大于无磁上接头301第一密封面、无磁下接头306第三密封面处的外径，强磁铁保护筒303的外径与无磁上接头301上端圆柱面处的外径、无磁下接头306下端圆柱面处的外径相等，强磁铁保护筒303安装于无磁上接头301与无磁下接头306之间；强磁铁保护筒303的内侧上端与无磁上接头301外侧圆柱面下方的第一密封面配合，无磁上接头301第一密封面的密封槽内装有上接头密封302；强磁铁保护筒303的内侧下端与无磁下接头306的第三密封面配合，无磁下接头306外侧上端第三密封面的密封槽内装有下接头密封305；强磁铁保护筒303的下侧设有外销钉孔，定位销钉309穿入外销钉孔、内销钉孔将强磁铁保护筒303定位于无磁上接头301与无磁下接头306的连接体之上；强磁铁保护筒303外表面裸露于井眼环空之内，用于保护强磁铁304应力破坏并防止钻井液的腐蚀。

所述的无磁上接头301、强磁铁保护筒303、无磁下接头306、强磁铁上轴承307、强磁铁下轴承308及定位销钉309均选用无磁材料制造；所述的强磁铁304磁场方向沿着强磁短节3的半径方向。

一种采用密集丛式井组直井段防碰钻具组合的防碰方法，具体方法如下：

(1)、防斜打直过程：如图3所示，当钻进井的直井段距离邻井较远时，强磁短节3与邻井套管之间无吸引力或者具有极小的吸引力，可以认为强磁短节3仅为普通钻具接头，则密集丛式井组直井段防碰钻具组合可以认为是钟摆钻具，发挥其防斜打直的作用；

(2)、自动防碰过程：如图4所示，当钻进井的直井段距离邻井较近时，强磁短节3与邻井套管之间产生较强的吸引力，该吸引力促使密集丛式井组直井段防碰钻具组合钻头1及满眼扶正器5中间的部分产生向着邻井套管方向倾斜的趋势，而发生类似于“弓”形的弯曲，由于钻头1的保径部位与靠近邻井一侧的井壁接触，提供支撑，使得钻头的轴线方向背离邻井，从而在钻进中原理邻井而防止与邻井交碰。随着钻进井与邻井距离的增加，强磁短节3与邻井套管之间吸引力减小，直到基本无作用力，此时，密集丛式井组直井段防碰钻具组合又可以恢复钟摆钻具的功能，修正弯曲的井眼为直井眼并继续钻进。

强磁短节3仅为构成密集丛式井组直井段防碰钻具组合及实现密集丛式井组直井段防碰方法所用强磁体一种，不作为该钻具组合及防碰方法的限制，凡采用强磁铁与邻井套管的吸引力来改变钻进井井下钻具组合受力状态从而达到防碰目的的方法均属于该专利保护范围之中。

Claims (8)

1.一种强磁短节，包括强磁铁、无磁上接头、无磁下接头，其特征在于：强磁铁为带有通孔的圆柱体；

无磁上接头、无磁下接头通过螺纹连接，强磁铁套设在无磁上接头、无磁下接头上；

无磁上接头的外侧自上而下依次为：圆柱面、第一密封面、强磁铁安装圆柱面、公扣、第二密封面，第一密封面上设有三道第一密封槽；无磁上接头的轴心为贯通的圆孔，圆孔的上端为钻具连接扣；无磁下接头外侧的自上而下依次为：第三密封面、圆柱面、钻具扣；第三密封面上开有三道第二密封槽，靠下的两道第二密封槽之间开设用于安装定位销钉的内销钉孔，无磁下接头的第三密封面处的外径与无磁上接头的第一密封面处的外径相同，无磁下接头圆柱面处的外径与无磁上接头圆柱面处的外径相同；无磁下接头的轴心为贯通的圆孔，圆孔的顶端为母扣，母扣下方设有第四密封面，第四密封面上开有两道第三密封槽；无磁上接头通过公扣与无磁下接头的母扣配合连接，无磁上接头的第二密封面与无磁下接头的第四密封面配合密封，无磁下接头的第四密封面的密封槽内装有隔离密封。

2.根据权利要求1所述的强磁短节，其特征在于，强磁铁的外径与无磁上接头第一密封面处的外径相同，强磁铁的内径略大于无磁上接头强磁铁安装圆柱面外径，强磁铁套装在无磁上接头的强磁铁安装圆柱面上，强磁铁的上端面与第一密封面和强磁铁安装圆柱面之间的台阶面接触，强磁铁的下端面与无磁下接头的顶端圆环平面接触。

3.根据权利要求2所述的强磁短节，其特征在于，强磁铁通孔的上端、下端分别设有强磁铁上轴承、强磁铁下轴承；强磁铁通过强磁铁上轴承、强磁铁下轴承套装在无磁上接头的强磁铁安装圆柱面上。

4.根据权利要求3所述的强磁短节，其特征在于，还包括强磁铁保护筒，强磁铁保护筒的内径略大于无磁上接头第一密封面、无磁下接头第三密封面处的外径，强磁铁保护筒的外径与无磁上接头上端圆柱面处的外径、无磁下接头下端圆柱面处的外径相等，强磁铁保护筒安装于无磁上接头与无磁下接头之间；强磁铁保护筒的内侧上端与无磁上接头外侧圆柱面下方的第一密封面配合，无磁上接头第一密封面的密封槽内装有上接头密封；强磁铁保护筒的内侧下端与无磁下接头的第三密封面配合，无磁下接头外侧上端第三密封面的密封槽内装有下接头密封。

5.根据权利要求4所述的强磁短节，其特征在于，强磁铁保护筒的下侧设有外销钉孔，定位销钉穿入外销钉孔、内销钉孔将强磁铁保护筒定位于无磁上接头与无磁下接头的连接体之上。

6.根据权利要求5所述的强磁短节，其特征在于，所述的无磁上接头、强磁铁保护筒、无磁下接头、强磁铁上轴承、强磁铁下轴承及定位销钉均选用无磁材料制造；所述的强磁铁磁场方向沿着强磁短节的半径方向。

7.一种密集丛式井组直井段防碰钻具组合，包括：钻头、钻头上部钻铤、强磁短节、扶正器下部钻铤、满眼扶正器；其特征在于：钻头、钻头上部钻铤、强磁短节、扶正器下部钻铤、满眼扶正器依次通过螺纹连接；强磁短节如权利要求1-6所述。

8.一种采用权利要求7所述的密集丛式井组直井段防碰钻具组合的防碰方法，具体方法如下：

(1)、防斜打直过程：当钻进井的直井段距离邻井较远时，强磁短节与邻井套管之间无吸引力或者具有极小的吸引力，可以认为强磁短节仅为普通钻具接头，则密集丛式井组直井段防碰钻具组合可以认为是钟摆钻具，发挥其防斜打直的作用；

(2)、自动防碰过程：当钻进井的直井段距离邻井较近时，强磁短节与邻井套管之间产生较强的吸引力，该吸引力促使密集丛式井组直井段防碰钻具组合钻头及满眼扶正器中间的部分产生向着邻井套管方向倾斜的趋势，而发生类似于“弓”形的弯曲，由于钻头的保径部位与靠近邻井一侧的井壁接触，提供支撑，使得钻头的轴线方向背离邻井，从而在钻进中原理邻井而防止与邻井交碰；

 随着钻进井与邻井距离的增加，强磁短节与邻井套管之间吸引力减小，直到基本无作用力，此时，密集丛式井组直井段防碰钻具组合又可以恢复钟摆钻具的功能，修正弯曲的井眼为直井眼并继续钻进。