CN110905409A - 一种高钻速旋转导向系统实现高造斜率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高钻速旋转导向系统实现高造斜率的方法，所采用的钻具组合包括依次串接在一起的钻头、旋转导向钻具、下部稳定器、弯壳井下动力钻具、MWD和上部稳定器；该方法包括以下步骤：步骤一、按上述顺序组接好钻具串，落到井底；步骤二、循环钻井泥浆，由地面转盘带动整个钻具组合旋转，旋转导向钻具按常规进行旋转导向定向钻井；步骤三、当实际造斜率达不到设计要求时，地面转盘停止转动，因而弯壳井下动力钻具之上的部分不旋转，上部的弯壳井下动力钻具采用滑动导向模式，同时下部的旋转导向钻具采用旋转导向模式，钻进。本发明的方法可达到更高的造斜率（<18°/30m）和更高的钻头转速（<400rpm），进而有更高的机械钻速。

Description

一种高钻速旋转导向系统实现高造斜率的方法

技术领域

本发明专利涉及油气资源领域的定向钻井技术，特别涉及一种高钻速旋转导向系统实现高造斜率的方法。

背景技术

定向钻井是以可控方式钻出井筒，以达到所需的井道轨迹的过程。定向井的钻进常采用马达或旋转导向系统来控制井眼轨迹。有很多原因需要使油井定向，其中包括避免与另一口井发生碰撞、穿透预定的地质目标、与另一口井相交以进行救援作业或遵循地质导向所需的轨迹以及许多其它可能的原因。

现有技术中较为先进的钻具组合包括依次串接在一起的钻头、旋转导向钻具、下部稳定器、弯壳井下动力钻具、MWD和上部稳定器。所说的井下动力钻具是指外壳带弯角的螺杆钻具或涡轮钻具，井下动力钻具的定向钻井方式被称为滑动导向。所说的旋转导向钻具的工作原理包括“点”钻头或者“推”钻头或两者的混合。“点”钻头原理的系统通过内部机械和/或液压装置产生所需的弯角，使钻头朝所需方向倾斜。而“推”钻头原理通过推动钻头向所需方向的钻进方式进行导向。旋转导向钻具的定向钻井方式被称为旋转导向。

现有钻具组合的工作方法是：整个钻具由井口转盘带着旋转，旋转导向钻具、井下动力钻具都在旋转，钻头的转速是转盘转速和马达转速的叠加，最高可以达到400rpm，这种方法的优点是有较高的机械钻速，但由于旋转导向钻具的自重压在翼肋上，为了增斜，首先旋转导向钻具中的翼肋要克服自重，多余的力才会加载到钻头上，形成导向力，水平状态下导向能力就明显不足，目前钻头转速为200rpm时，造斜率在斜井段最大可达到14°/30m，但在水平段由于受自重的影响，造斜率只能达到8°/30m，因此现有技术技术存在的问题是：在定向钻井时往往会发生造斜率达不到工程设计要求的情况，导致钻出的井眼超出最佳施工层。

发明内容

本发明要提供一种高钻速旋转导向系统实现高造斜率的方法，以克服现有技术存在的在水平段达不到高钻速和高造斜率要求的问题。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种高钻速旋转导向系统实现高造斜率的方法，所采用的钻具组合包括依次串接在一起的钻头、旋转导向钻具、下部稳定器、弯壳井下动力钻具、MWD和上部稳定器；

所述方法，包括以下步骤：

步骤一、按上述顺序组接好钻具串，落到井底；

步骤二、循环钻井泥浆，由地面转盘带动整个钻具组合旋转，旋转导向钻具按常规进行旋转导向定向钻井；

步骤三、当实际造斜率达不到设计要求时，地面转盘停止转动，因而弯壳井下动力钻具之上的部分不旋转，上部的弯壳井下动力钻具采用滑动导向模式，同时下部的旋转导向钻具采用旋转导向模式，钻进。

上述步骤三，具体包括以下步骤：

步骤（1）：根据MWD上传的弯壳井下动力钻具工具面角，井口由司钻转动转盘把弯壳井下动力钻具的工具面角摆到目标钻进的方向；

步骤（2）：循环泥浆，转盘保持不转动，旋转导向钻具起旋转模式下井眼轨迹导向的作用，工作在旋转导向模式；而弯壳井下动力钻具以及上部的钻具全部不旋转，在井中滑动，工作在滑动导向模式；

步骤（3）：当造斜率达到要求时，退出混合导向模式，整个系统工作在旋转导向状态下。

与现有技术相比，本发明的优点是：

本发明将传统的滑动导向和旋转导向进行了结合，这两种不同导向模式的结合，可以被称作混合导向模式。这种模式下，钻头的转速就是弯壳井下动力钻具中的螺杆的转速，而造斜率是推钻头和点钻头的综合效果，因此采用本发明的方法，可达到更高的造斜率（<18°/30m）和更高的钻头转速（<400rpm），进而有更高的机械钻速。如图1所示，高造斜率旋转导向钻具组合的造斜率是弯壳井下动率钻具造斜率与旋转导向钻具造斜率之和。

附图说明

图1是常规旋转导向钻具组合与高造斜率旋转导向钻具组合的造斜率对比；

图2为侧向力与钻压的关系曲线；

图3是比例因子与钻压的关系曲线；

图4为侧向力增量与钻压的关系曲线；

图5为侧向力比值与钻压的关系曲线。

具体实施方式：

下面将结合附图和实施例对本发明进行详细地说明。

一种高钻速旋转导向系统实现高造斜率的方法，所采用的钻具组合包括依次串接在一起的钻头、旋转导向头、下部稳定器、弯壳井下动力钻具、MWD和上部稳定器。所述弯壳井下动力钻具可以是弯壳的螺杆钻具或者弯壳的涡轮钻具；

所述方法，包括以下步骤：

步骤一、按上述顺序组接好钻具串，落到井底；

步骤二、循环钻井泥浆，旋转导向头按要求进行旋转-导向-定向钻井，由于钻具中带有弯壳井下动力钻具，钻头的转速是地面钻盘转速与井底动力钻具转速之和，这样钻头就可以高的钻速快速切削地层；

步骤三、当实际造斜率达不到设计要求时，上部的弯壳井下动力钻具采用滑动导向模式，同时下部的旋转导向头采用旋转导向模式，钻进。具体的实施步骤包括：

步骤（1）：根据MWD上传的弯壳井下动力钻具工具面角，井口由司钻转动转盘把弯壳井下动力钻具的工具面角摆到目标钻进的位置；

步骤（2）：然后循环泥浆，转盘保持不转动。旋转导向钻具起旋转模式下井眼轨迹导向的作用，工作在旋转导向模式；而弯壳井下动力钻具造成了钻具组合的几何弯曲，弯外壳马达以及上部的钻具全部不旋转，在井中滑动，工作在滑动导向模式。两种不同的导向模式结合，也称作混合导向模式。这时钻头的转速就是弯壳井下动力钻具中的螺杆的转速。这时的造斜率是推钻头和点钻头综合效果，有高的造斜率。

步骤（3）：当造斜率达到要求时，就退出混合导向模式，让整个系统工作在旋转导向状态下。这时转盘开始带着整串钻具转动。钻头的转速是转盘转速和马达转速之和，因此可以达到高的机械钻速。

为了达到更高的造斜率，本发明在步骤三（2）中还可以有下面的操作：在混合导向模式下，通过改变钻压，地面进行干预。根据造斜率的要求，钻压与造斜率成正比关系，选择钻压范围0-25T。钻压调整造斜率的依据是：

在0～250 kN范围内，钻具组合二（即本发明的钻具组合，井下动力钻具有弯外壳）比钻具组合一（即常规旋转导向钻具组合，井下动力钻具有直外壳）造斜力对钻压的敏感度变化见图3。造斜力增量为：相同钻压（最小与最大钻压）条件下，钻具组合二与钻具组合一造斜力的差值；造斜力比值为：相同钻压（最小与最大钻压）条件下，钻具组合二造斜力/钻具组合一造斜力值；敏感度增量为：钻具组合二比钻具组合一的造斜力对钻压的敏感度（增量因子）差值。

参见图1~图5，可知：

（1）与设计的钻具组合一比较可知，钻压的变化对钻具组合二的造斜力影响相对较大，增大钻压，可增大钻具组合二的造斜力。

（2）钻具组合二造斜力对钻压的敏感度大于钻具组合一的相应量，当钻压大于100kN时，钻具组合二随钻井钻压的增大，其造斜力相较于钻具组合一明显增大。

（3）翼肋推力越小，钻具组合二的造斜力对钻压的敏感度越高。

因此，翼肋推力越小，钻井钻压越大，采用钻具组合二可较大程度提高钻具组合的造斜力。

Claims (2)

1.一种高钻速旋转导向系统实现高造斜率的方法，其特征在于：所采用的钻具组合包括依次串接在一起的钻头、旋转导向钻具、下部稳定器、弯壳井下动力钻具、MWD和上部稳定器；

所述方法包括以下步骤：

步骤一、按上述顺序组接好钻具串，落到井底；

步骤二、循环钻井泥浆，由地面转盘带动整个钻具组合旋转，旋转导向钻具按常规进行旋转导向定向钻井；

步骤三、当实际造斜率达不到设计要求时，地面转盘停止转动，因而弯壳井下动力钻具之上的部分不旋转，上部的弯壳井下动力钻具采用滑动导向模式，同时下部的旋转导向钻具采用旋转导向模式，钻进。

2.根据权利要求1所述高钻速旋转导向系统实现高造斜率的方法，其特征在于：上述步骤三，具体包括以下步骤：

步骤（1）：根据MWD上传的弯壳井下动力钻具工具面角，井口由司钻转动转盘把弯壳井下动力钻具的工具面角摆到目标钻进的方向；

步骤（2）：循环泥浆，转盘保持不转动，旋转导向钻具起旋转模式下井眼轨迹导向的作用，工作在旋转导向模式；而弯壳井下动力钻具以及上部的钻具全部不旋转，在井中滑动，工作在滑动导向模式；

步骤（3）：当造斜率达到要求时，退出混合导向模式，整个系统工作在旋转导向状态下。

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