井底钻具组合轨迹控制特性分析

摘要：井底钻具组合（BHA）是井眼轨迹控制的关键，BHA不同的结构特征及不同的施工参数配合其轨迹控制能力不同，本文应用wellplan软件BHA特性分析功能，分析了目前常用BHA的结构特征及与不同参数配合下的井眼轨迹控制特性，为井眼轨迹控制BHA结构及施工参数优化提供了参考。

关键词：底部钻具组合；BHA；轨迹控制；Wellplan

准确的掌握钻具组合的轨迹控制能力是控制好轨迹的关键所在，钻具组合所具有的轨迹控制能力不仅于其结构有关，而且与与之配合的施工参数有关，本文采用wellplan软件底部钻具组合分析模块，利用有限单元发，分析常用井眼轨迹控制所用BHA的轨迹控制特性，以便据此优化钻具组合及施工参数，增强入井工具的轨迹控制能力，达到提速的目的。

1 常用井底钻具组合结构

目前最常用的井眼尺寸为φ215.9mm井眼，因此统计出φ215.9mm井眼中常用钻具组合结构类型及参数。

（1）钟摆BHA：φ216mm钻头+φ172mm短钻铤+φ172mm无磁钻铤×1+φ210mm稳定器+φ127mm加重钻杆。

（2）增斜BHA：

a.φ216mm钻头+φ214mm稳定器 +φ159mm无磁钻铤+φ127mm加重钻杆。

b.φ216mm钻头+φ214mm稳定器+φ159mm无磁钻铤×（1根或1.3根或2根）+φ214mm稳定器+φ127mm加重钻杆。

c.φ216mm钻头+φ214mm稳定器+φ159mm无磁钻铤+φ159mm螺旋钻铤×（0根或1.3根或 2根）+φ214mm稳定器+φ159mm螺旋钻铤+φ214mm稳定器+φ127加重钻杆

（3）稳斜BHA：

a.φ216mm钻头+φ214稳定器+φ159短钻铤+φ214稳定器+φ159无磁钻铤+φ214稳定器+φ127加重钻杆。

b.φ216钻头+φ214稳定器+φ159短钻铤+φ214稳定器+φ159无磁钻铤+φ127加重钻杆。

（4）导向BHA

φ216mm钻头+φ208稳定器+φ172导向马达+φ208稳定器+φ165无磁钻铤+φ165MWD+φ127加重钻杆。

2 井底钻具组合轨迹控制能力特性分析

2.1钟摆BHA特性分析

钟摆BHA降斜能力主要受扶正器前钻铤长度、钻压决定，通过计算扶正器前钻铤越长，钟摆力越大，降斜能力越强，而钻压越大降斜率越低。双扶正器钟摆与单稳定器大钟摆相比在同等钻压下双扶钟摆降斜能力及问方位能力要强；小钟摆（穩定器前1DC）降斜能力较大钟摆弱，但是方位稳定性较强。（图1）

2.2 增斜及稳斜BHA特性分析

现场应用的增斜BHA种类较多，主要有三稳定器，双稳定器和单稳定器三种，通过计算增斜能力从强到弱依次为：3S-2DC > 3S-1.6DC > 1S-0DC > 2S-2DC > 2S-1.3DC > 3S-1DC >

2S-1DC，钻压180KN时达到的最大增斜能力分别为：1.46，1.29，0.97，0.76，0.56，0.33，0.14°/30m。（图2）

现场应用的稳斜BHA，主要有三稳定器和双稳定器两种，通过计算三稳定器稳斜BHA无论是井斜稳定性还是方位稳定性上都要优于双稳定器BHA，稳定性与钻压有关，双稳定器BHA井斜及方位稳定性随钻压的升高而降低。（图3）

2.3导向BHA特性分析

导向BHA造斜能力主要受马达弯角大小、钻压及弯距决定，通过计算马达弯角越大，钻压越大造斜率越高，而造斜率随弯距长度增大呈先增大后减小的规律，在2.5m处达到最大；通过计算1.25°与1.50°弯马达通过调节钻压及弯距分别可达到3.22和4.12°/30m的造斜能力。（图4）

3.认识

（1）钟摆BHA降斜能力结构主要取决于钻头与稳定器之间钻铤长度及尺寸，参数主要取决于钻压，轨迹控制中可以通过调整钻压的方式来实现轨迹控制。

（2）增斜BHA和稳斜BHA，其轨迹控制能力主要取决于靠近钻头的两个稳定器之间的钻铤长度，越短稳斜能力越强，越长增斜能力越强，对于方位稳定性来说，两个扶正器即可保证方位的稳定性需要。

（3）导向BHA轨迹控制能力与马达弯角的大小和弯角距离钻头的距离油管，弯角越大造斜能力越强，弯角局里钻头2.5m附近造斜能力最强。

参考文献

[1]帅健，于水南，吕英明.整体钻柱的受力与变形[J].石油大学学报，1994，18（1）：56-60.

[2]夏焱，管志川.偏心钻头底部钻具组合稳定器的适宜安放位置研究[J].石油大学学报：自然科学版，2003，27（5）：39-43.

作者简介：张海军，男，1983年5月出生，工程师，2009年获得大庆石油学院油气井工程专业硕士学位，现在大港油田石油工程研究院工作，从事钻井工程方案、工程设计及相关的科研工作。

（作者单位：大港油田石油工程研究院）