CN206035384U - 一种适应涪陵页岩气水平井定向的钻具组合 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适应涪陵页岩气水平井定向的钻具组合，包括PDC钻头、单弯螺杆、短钻铤和欠尺寸扶正器，PDC钻头的上部与单弯螺杆连接，单弯螺杆上部与短钻铤连接，短钻铤上部与欠尺寸扶正器连接，短钻铤长度可调。实现造斜、稳斜和降斜，能显著降低因为轨迹控制不力而导致的起下钻，避免因频繁定向纠斜及更换钻具而影响钻井时效、增加钻井周期。实钻中通过调整短钻铤长度完成对井斜增降幅度的调整，非常灵活，易于操作，可解决大井眼大斜度长稳斜段钻进时井斜难以控制的问题，降低摩阻扭矩，提高涪陵页岩气长水平段的延伸能力。

Description

一种适应涪陵页岩气水平井定向的钻具组合

技术领域

本实用新型涉及钻井设备技术领域，具体涉及一种适应涪陵页岩气水平井定向的钻具组合。

背景技术

涪陵国家级页岩气产能示范区是我国的第一个海相页岩气示范区，它的建设是中国石化实现页岩气资源战略的关键所在，同时也肩负着实现国家“十二五”页岩气战略目标的重大使命。相比北美成熟技术，国内页岩气集成配套技术仍显不足，尚处于起步阶段。由于涪陵地区地处山区，地质条件复杂，对定向施工带来很大困难：1、由于同台多井，井位受地面限制，井眼大部分是大三维水平井，控制段长，轨道设计、施工难度和防碰难度大；2、定向工作量大，存在大井眼长稳斜控制和大井斜连续扭方位井段，摩阻扭矩大，PDC钻头定向托压严重；3、水平段长，一般为1500-2200m，并且要分别在不同目的层穿行，地层倾角不明确，轨迹调整频繁，水平段控制难度和延伸难度大，后期钻进过程中摩阻扭矩大；4、井下漏失严重；5、地层复杂，夹层多，可钻性差，机械钻速低，钻头选型困难。现有水平井定向技术只适合于常规油气井施工，针对性不强，不适用于涪陵区块页岩气水平井的地层、井型及井眼轨迹的特殊性，无法解决该地区钻井及定向施工中遇到的技术难题，在钻进时需要不断改变钻井方向及造斜率以适应特殊的地质特点。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种适应涪陵页岩气水平井定向的钻具组合，实现造斜、稳斜和降斜，能显著降低因为轨迹控制不力而导致的起下钻，避免更换钻具而降低完井周期，实钻中通过调整短钻铤长度完成对井斜增降幅度的调整，非常灵活，易于操作，可解决大井眼大斜度长稳斜段钻进时井斜难以控制的问题，提高对于涪陵页岩气长水平段的延伸能力。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种适应涪陵页岩气水平井定向的钻具组合，包括PDC钻头、单弯螺杆、短钻铤和欠尺寸扶正器，PDC钻头的上部与单弯螺杆连接，单弯螺杆上部与短钻铤连接，短钻铤上部与欠尺寸扶正器连接，短钻铤长度可调。

接上述技术方案，还包括倒装钻具，倒装钻具与欠尺寸扶正器连接。

接上述技术方案，PDC钻头的直径为165mm～311mm，单弯螺杆的直径为165mm～244mm，短钻铤的外径为165mm～203mm，欠尺寸扶正器的外径为210mm～300mm。

接上述技术方案，所述PDC钻头的复合片背后设有减振齿。

接上述技术方案，单弯螺杆的弯度为0.75～1.25度。

接上述技术方案，单弯螺杆的弯点处设有垫片。

接上述技术方案，所述单弯螺杆的外径上设有稳定器，稳定器的外径尺寸为210～306mm。

接上述技术方案，所述稳定器为螺旋棱状，3个稳定器均匀的分布在单弯螺杆外径上。

本实用新型具有以下有益效果：

1、通过PDC钻头、单弯螺杆、短钻铤和欠尺寸扶正器的组合实现造斜、稳斜和降斜，能显著降低因为轨迹控制不力而导致的起下钻，避免因频繁定向纠斜及更换钻具而影响钻井时效、增加钻井周期。实钻中通过调整短钻铤长度完成对井斜增降幅度的调整，非常灵活，易于操作，可解决大井眼大斜度长稳斜段钻进时井斜难以控制的问题，提高对于涪陵页岩气长水平段的延伸能力，适应涪陵页岩气长水平段水平井井眼的钻井。

2、单弯螺杆的弯度为0.7～1.25度；能够更好的适应涪陵地区不同地层特性，复合钻进过程中的增稳斜效果好，便于控制钻具按预定方位行走，防碰绕障效果，直接减少了起下钻次数，真正实现了一趟钻，二开至中完及水平段不起钻倒换钻具不更换钻头，最大限度的简化钻井程序，单弯螺杆的弯点处设有垫片；相较于普通单弯螺杆造斜率更高。

附图说明

图1是本实用新型实施例中适应涪陵页岩气水平井定向的钻具组合的结构示意图；

图中，1-PDC钻头，2-螺杆，3-短钻铤，4-欠尺寸扶正器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

参照图1所示，本实用新型提供的一种实施例中适应涪陵页岩气水平井定向的钻具组合，包括PDC钻头、单弯螺杆、短钻铤和欠尺寸扶正器，PDC钻头的上部与单弯螺杆连接，单弯螺杆上部与短钻铤连接，短钻铤上部与欠尺寸扶正器连接，短钻铤长度可调；实现造斜、稳斜和降斜，能显著降低因为轨迹控制不力而导致的起下钻，避免因频繁定向纠斜及更换钻具而影响钻井时效、增加钻井周期。实钻中通过调整短钻铤长度完成对井斜增降幅度的调整，非常灵活，易于操作，可解决大井眼大斜度长稳斜段钻进时井斜难以控制的问题，提高对于涪陵页岩气长水平段的延伸能力，可实现一趟钻稳斜长度可达到1000m以上，实钻最长稳斜段1680m，适应涪陵页岩气长水平段水平井井眼的钻井。

进一步地，还包括倒装钻具，倒装钻具与欠尺寸扶正器连接；在实际钻井中斜度大，有效重力就小，且摩阻大，也就意味着在钻头的有效钻压小，通过倒装，将钻铤或加重钻杆等重量大的钻具加在上部井斜小的井段(越靠近井口越好)，这样在同样的钻具下，通过倒装可使井底可以获得更多更真实有效的钻压，满足钻进的需求，保证正常进尺。

进一步地，PDC钻头的直径为165mm～311mm，单弯螺杆的直径为165mm～244mm，短钻铤的外径为165mm～203mm，欠尺寸扶正器的外径为210mm～300mm。

进一步地，所述PDC钻头的复合片背后设有减振齿。

进一步地，单弯螺杆的弯度为0.7～1.25度；能够更好的适应涪陵地区不同地层特性，复合钻井过程中的增稳斜效果好，便于控制钻具按预定方位行走，防碰绕障效果，直接减少了起下钻次数，真正实现了一趟钻，二开至中完及水平段不起钻倒换钻具不更换钻头，最大限度的简化钻井程序。

进一步地，单弯螺杆的弯点处设有垫片；相较于普通单弯螺杆造斜率更高。

进一步地，所述单弯螺杆的外径上设有稳定器，稳定器的外径尺寸为210～306mm。

进一步地，所述稳定器为螺旋棱状，3个稳定器均匀的分布在单弯螺杆外径上。

本发明提供的一个实施例中，

进一步地，PDC钻头定向技术：针对涪陵地区不同地层特性，对PDC钻头进行以下改型和优化：采用钢体一体式结构，开展平稳切削控制技术、低扭矩设计技术、力平衡优化等切削结构研究，提高定向控制能力，确保工具面稳定。主要是优化击碎线，以适应定向钻头工艺及岩性变化较为频繁地层；大齿间距，提高钻头攻击性；一体式设计，短钻头体，提高钻头的可控性；内锥限制吃深，修边限制吃深，提高钻头的导向能力及可控性；直刀翼，斜保径特别保径(复合片主动保径加聚晶被动保径)，提高钻头的稳定性；鼻部、肩部减震齿设计，限制齿的吃深；9个1英寸喷嘴，优化水力设计；45度斜面覆焊强化，以利于倒划眼工艺；肩部部分双排，提高钻头的耐磨能力。

与江钻股份联合成功研制强冲击抗回旋高侧向力PDC钻头，结合定向技术，可解决常规PDC钻头定向钻进严重托压、不能实现连续定向作业及牙轮钻头钻时高、寿命短、井下风险大的难题，成为钻井提速的核心技术。该技术平均定向机械钻速提高74％，极大的提高了机械钻速和钻井时效，实现了从造斜点到完钻全部使用PDC钻头进行定向施工的目标。

进一步地，大井眼长稳斜轨迹控制技术：创新设计出一套适应不同地层的大井眼稳斜钻具组合：PDC钻头+单弯螺杆+短钻铤+欠尺寸扶正器，实钻中通过调整短钻铤长度可完成对井斜增降幅度的调整，非常灵活、易于操作，可解决大井眼大斜度长稳斜段钻进时井斜难以控制的难题。在涪陵工区已经推广应用150多口井，提高了钻井速度和钻井时效，多次刷新工区钻井新记录。目前利用该技术一趟钻稳斜长度可达到1000m以上，实钻最长稳斜段1680m。该技术目前在国内同行业处于领先水平。

进一步地，长水平段轨迹控制技术：创新设计出一套长水平段轨迹控制的常规导向钻具组合：PDC钻头+小度数单弯螺杆+欠尺寸扶正器+倒装钻具，解决了长水平段钻进中井斜不稳定及定向困难的难题。该钻具复合钻稳斜效果好、可通过钻压调整井斜的小幅度变化，同时可保证定向施工造斜率。该技术已在涪陵工区推广应用近200口井，多次刷新工区钻井新记录。目前采用常规导向钻具，水平段延伸能力已达到2000m以上，实钻最长水平段2101m。该技术目前在国内同行业处于领先水平。

进一步地，泡沫定向技术：通过采用泡沫钻井液、电磁波无线随钻地质导向仪、空气螺杆等先进的工艺和工具，解决了定向钻进漏失、地层出水、随钻仪器信号无法传输问题。该技术已在涪陵工区应用了3口井，无任何井下复杂发生，平均机械钻速同比提高10％以上。泡沫定向技术在国内首次成功应用并取得了突破，在国内同行业中处于领先水平，为今后推广泡沫定向技术起到了指导作用，具有十分重要的意义。

进一步地，摩阻扭矩分析预测技术：采用摩阻扭矩分析软件，通过钻前、钻中和钻后的摩阻扭矩计算和下套管模拟分析，优化井眼轨迹、钻具组合，减小井下摩阻与扭矩，避免卡钻、断钻具、套管无法下入等井下安全事故，为钻井后续施工打下良好的基础。

变曲率渐增式井眼轨道设计：在钻井时需要不断改变钻井方向及造斜率以适应不同的地质特点，为了适应涪陵页岩气的地质特点，采用“直-增-微增-增-水平”五段制剖面，将二开造斜段设计为“先低后高”的变曲率剖面:在定向刚开始的100m左右，以较低的造斜率0.1-0.12°/m定向施工，以减小造斜点附近井斜方位的突然变化率，在井斜达到10°以后，再恢复到0.15-0.2°/m造斜率施工；微增井段采用复合钻以0.01-0.02°/m的造斜率自然增斜至40-45°；三开造斜段设计为“先高后低”的变曲率剖面：定向中期(井斜70°以前)采用略高于设计的0.25°/m造斜率，将井斜定至高于设计井斜，后期再采用低于设计的0.15-0.2°/m造斜率施工。该技术可有效降低最大侧向力，降低摩阻扭矩，提高钻柱通过能力和水平段延伸能力，保证井下钻具安全，同时能够很好的应对定向施工中后期设计靶点的临时调整，避免井眼轨迹的大幅度变化，保证井眼轨迹平滑，该技术解决了长水平段水平井摩阻扭矩大、限制水平段延伸能力、新区块地层不确定性等技术难题。

以上的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种适应涪陵页岩气水平井定向的钻具组合，其特征在于，包括PDC钻头、单弯螺杆、短钻铤和欠尺寸扶正器，PDC钻头的上部与单弯螺杆连接，单弯螺杆上部与短钻铤连接，短钻铤上部与欠尺寸扶正器连接，短钻铤长度可调。

2.根据权利要求1所述的适应涪陵页岩气水平井定向的钻具组合，其特征在于，还包括倒装钻具，倒装钻具与欠尺寸扶正器连接。

3.根据权利要求1所述的适应涪陵页岩气水平井定向的钻具组合，其特征在于，PDC钻头的直径为165mm～311mm，单弯螺杆的直径为165mm～244mm，短钻铤的外径为165mm～203mm，欠尺寸扶正器的外径为210mm～300mm。

4.根据权利要求1所述的适应涪陵页岩气水平井定向的钻具组合，其特征在于，所述PDC钻头的复合片背后设有减振齿。

5.根据权利要求1所述的适应涪陵页岩气水平井定向的钻具组合，其特征在于，单弯螺杆的弯度为0.75～1.25度。

6.根据权利要求5所述的适应涪陵页岩气水平井定向的钻具组合，其特征在于，单弯螺杆的弯点处设有垫片。

7.根据权利要求1所述的适应涪陵页岩气水平井定向的钻具组合，其特征在于，所述单弯螺杆的外径上设有稳定器，稳定器的外径尺寸为210～306mm。

8.根据权利要求7所述的适应涪陵页岩气水平井定向的钻具组合，其特征在于，所述稳定器为螺旋棱状，3个稳定器均匀的分布在单弯螺杆外径上。