ø215 mm双级变径稳定器试验研究

叶文勇，胡东锋，赵航博

（1.中国石油集团川庆钻探工程有限公司，成都610051；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安710018）

ø215 mm双级变径稳定器试验研究

叶文勇1，2，胡东锋1，2，赵航博1，2

（1.中国石油集团川庆钻探工程有限公司，成都610051；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安710018）

常规钻具在改变钻具组合特性时要频繁起钻来更换稳定器，作业周期长，效率低，同时也增大了起下钻遇阻卡的风险。研制的215 mm双级变径稳定器，可在地面通过开停泵遥控其外径进行两级交替变化，改变钻具组合特性，不需要起钻具，提高了钻井效率，降低钻具遇阻卡的风险。现场试验表明，双级变径稳定器变径动作可靠，变径状态压差信号显示清楚，试验取得了阶段性成功。

变径稳定器；井眼轨迹；钻具阻卡；试验

直井、定向井、水平井钻进中，常使用固定棱稳定器［1］改变钻具性能，提供钻头偏离井眼轴线的侧向力，达到增斜、稳斜和降斜的工艺要求。但是固定棱稳定器存在一些固有的缺点，例如，在易垮塌、缩径等不稳定地层中使用，遇阻遇卡的风险高；起下钻过程中产生的“拔活塞”效应容易诱发井涌井喷，井控风险增加；因外径无法变化，需要改变下部钻具的组合特性时，必须起钻更换另一外径的稳定器，这样会增加起下钻次数。针对此种情况，研制了一种双级变径稳定器［2］，在地面通过开停泵遥控［3-5］其外径进行大小两级交替变化，不起钻改变钻具组合特性，可用于水平井、定向井轨迹的连续调整控制，提高钻井效率，同时也可有效降低钻具遇卡的风险。

1　技术分析

1.1结构

如图1所示，双级变径稳定器结构主要由本体、行程转换元件、芯轴、弹簧、活塞式支撑头、密封座、节流头等组成。本体扶正棱为螺旋结构，本体左右端均为钻杆扣，扶正棱上均匀分布有活塞式支撑头；本体内腔装有行程转换元件、弹簧、密封座，右端装有节流头；行程转换元件、活塞式支撑头、密封座、芯轴合围形成密封腔，密封腔内注满液压油。

图1　双级变径稳定器结构示意

1.2工作原理

通过开停泵次数控制活塞式支撑头伸出（大径状态）或不伸出（小径状态）来实现稳定器外径的变化。如图2所示，开泵时，流体压差推动芯轴压缩弹簧，行程转换元件运动到短行程末端，同时挤压油腔促使支撑头伸出与扶正棱齐平，达到小径状态，一级变径结束；停泵时，在弹簧力作用下，芯轴、行程转换元件复位，支撑头全部缩回本体。再次开泵，行程转换元件运动到长行程末端，支撑头全部伸出，高于扶正棱5～7 mm，达到大径状态，二级变径完成；停泵，在弹簧力作用下，芯轴复位、支撑头全部缩回本体。如此开停泵循环，控制稳定器外径大小交替变化。大径状态立管压力p1会比小径状态立管压力p2高1～2 MPa，方便地面操作人员判断稳定器处于何种变径状态。

图2　开、停泵变径状态示意

1.3主要技术参数

一级变径直径与井壁环空间隙5～7 mm

二级变径直径与井壁环空间隙0～1.5 mm

变径状态压差信号1.0～2.0 MPa

支撑头个数10～16个

1.4技术创新点

1） 利用液体压差，实现了稳定器外径的可变，结构简单。

2） 通过开停泵次数和油压来控制稳定器外径的变化，通过立管压力差显示变径状态，不会因流量的波动或机械冲击使支撑头状态发生变化，操作简单，实用性强。

3） 支撑头总成采用双重防掉措施，支撑头顶部镶焊硬质合金块，入井安全性更高、使用寿命长。

2　试验情况分析

在长庆油田的某井进行试验，试验井段为二开钻水泥塞，实钻井深80～120m。钻具组合：222.25 mm PDC钻头+430×4A10×0.5 m转换接头+165无磁钻铤×8.71 m+4A11×410转换接头+（204／215）双级变径稳定器×1.9 m+411 ×4 A10×0.36 m转换接头+165钻铤×5 m+ 4 A11×410×0.3 m转换接头+127钻杆。

2.1井口变径试验

将双级变径稳定器连接入钻具组合，放入转盘以下，人员离开转盘，开泵，立管压力5.0 MPa，支撑头全部伸出。停泵，缓慢将变径稳定器提出转盘面，支撑头全部缩回，变径状态如图3所示。再次将变径稳定器放入转盘以下，开泵，立管压力为3.0 MPa，稳定器处于小径状态。停泵，缓慢将变径稳定器提出转盘面，支撑头全部缩回，变径状态如图4所示。再进行3次开、停泵操作，变径均正常，试验数据如表1。

图3　井口试压大径状态

图4　井口试压小径状态

表1　井口变径试验数据

2.2井底变径试验

正常钻进中，每接1根单根，均进行1次开停泵操作，立管压力也相应发生高低变化，表2是记录的数据，显示变径稳定器在井底处于正常变径状态。

表2　井底变径试验数据

2.3试验结果分析

1） 双级变径稳定器在井口、井底均能通过开停泵实现大小径准确转换，达到了设计的变径要求。

2） 大小径时立管压差为1～2 MPa，通过压力表可清晰观察，方便地面人员直观判断变径稳定器处于何种直径状态。

3） 在井底复杂工况条件下，双级变径稳定器各部分密封可靠。

3　结论

1） 研制的双级变径稳定器经初步试验表明，其变径动作可靠，压差信号清楚，达到了设计的功能要求。

2） 继续在斜井段或水平段进行试验，检验双级变径稳定器连续调整井眼轨迹的性能。

［1］吕瑞典，肖晓华，贺林，等.钻柱稳定器结构特点分析［J］.西南石油学院学报，2003，25（4）：81-84.

［2］苏义脑，窦修荣，王家进.变径稳定器及其应用［J］.石油钻采工艺，2003，25（3）：4-8.

［3］张玉英，王永宏，邹涌.钻井遥控变径稳定器的研制及应用［J］.石油矿场机械，2008，37（1）：87-89.

［4］孟庆昆，马家骥，谢正凯，等.遥控变径稳定器的研制与应用［J］.石油机械，2001，29（增）：39-42.

［5］巩同标.遥控变径稳定器在胜利油田钻井中的应用［J］.石油钻探技术，2007，35（6）：82-84.

Experimental Research ofø215 mm Dual-stage Adjustable Stabilizer

YEWenyong1，2，H UDongfeng1，2，ZHAOHangbo1，2
（1．CNPC Chuanqing Drilling Engineering Company Limited，Chengdu 610051，China；2．State Engineering Laboratory of Low Permeability Oil and Gas Field Exploration and Development，Xi’an 710018，China）

When conventional drilling BHA characteristics change，to replace the stabilizer frequent tripping，long operating cycle，low efficiency，but also increases the risk of tripping Difficult card. 215 mm dual-stage adjustable stabilizer is developed，can be on the ground by remote control to open the outer diameter of the pump stops its alternating levels，changing BHA characteristics，without starting hole，improved drilling efficiency and reduce drilling difficult card risk.Changqing Oilfield in the field tests showed that the two-stage adjustable stabilizer adjustable reliable opera-tion，adjustable pressure signal status display is clear，test and achieved initial success.

variable diameter stabilizer；well trajectory；the drilling tool resistance card；test

TE921.203

A

10.3969／j .issn.1001-3482.2015.11.014

1001-3482（2015）11-0058-03

2015-05-12

叶文勇（1985-），男，四川仁寿人，工程师，主要从事机械设计工作，E-mail：yewy＿zcy＠cnpc.com.cn。