在井眼轨迹控制中螺杆扶正器的选用

2019-10-19张昊宋晓健张楠张鹏宇

石油研究 2019年11期

张昊宋晓健张楠张鹏宇

摘要：根据华北油田各区块各井型的井眼轨迹控制方案，总结优选螺杆扶正器尺寸在井眼轨迹控制过程中的作用，提供一个控制井眼轨迹的新方法;分析安装可变径扶正器对螺杆钻具防托压的作用。

关键词：轨迹控制;螺扶尺寸;防托压螺杆;可变径扶正器

0前言

随着材料和科技的进步，敲击式、推靠式、指向式等旋转导向钻井技术都日益成熟和广泛运用。但许多低效区块的产能制约了开发成本，常规定向井技术依旧占据了举足轻重的份额。影响井眼轨迹的因素包括：1、地层的交错、倾角与各向异性。2、井眼方位与地层上倾方位之间的夹角。3、钻具组合（钻具结构、钻头选型）。4、钻井参数（钻压、转速、钻井液排量）。扶正器具有控制井眼轨迹、扩眼和修整井壁的作用，通过扶正器位置与尺寸的调整可以改变钻具结构，改变其增斜、稳斜、降斜性能，从而能减少滑动定向钻进进尺，并使用更有利于节约时效的钻井参数。螺杆钻具在各类井型中已普遍应用，其扶正器的位置、尺寸、选型由此得到广泛重视。

1 扶正器在常规钻具组合中的应用

在常规钻具组合中，我们通过扶正器的组合位置与数量达到增斜、稳斜、降斜的目的。图1是单扶正器位置使钻具在井底受力时产生的形态变化。斜井内利用第一切点以下未被井壁支撑一段钻铤重量的横向力把钻头推向井壁下方，使之恢复垂直状态减小井斜的作用，通常称为“钟摆效应”，适用这个原理而组合的钻具即为钟摆钻具。增斜钻具使用扶正器在近钻头位置形成支点，受力后，钻头上翘。满眼钻具的工作原理是依据“钻头沿着钻头轴线方向或趋向于它的轴线方向钻进”的理论，钻铤弯曲和钻头的横向位移造成钻头偏斜（相对于井眼轴线）是引起井斜和井斜变化的主要原因，在钻头以上的适当位置安放三个以上与钻头直径相近的稳定器，减少钻铤弯曲变形并限制钻头的横向位移。

2 螺杆扶正器的选型对比与常规井眼螺杆配套尺寸

扶正器按扶正棱形状可分为螺旋线式、直棱式和偏斜直棱式。目前，常规螺杆均选用固定式欠尺寸螺旋扶正器或直棱扶正器。螺旋扶正器旋转钻进时横切井壁产生的扭矩小于直棱扶正器，降低转盘负荷，减少钻杆疲劳破坏;直棱扶正器滑动钻进时竖切井壁的力量小于螺旋扶正器，大幅减少托压，利于滑动钻进。

3 稳斜式螺杆扶正器尺寸变化对井眼轨迹的影响

稳斜式螺杆即我们经常使用的双扶螺杆。由于使用了欠尺寸扶正器，其结构由微增形态转为稳斜（如在φ216mm井眼中，我们使用φ172mm中空螺杆，上下扶正器最大直径为φ212mm或φ210mm），但其性能可以随两个扶正器尺寸大小的变化而改变。

3.1 利用相同尺寸扶正器稳斜

利用相同尺寸扶正器稳斜是目前现场施工中最广泛的使用方式。

安28-32X井2766.00～3290.00m使用1°φ172mm5LZ双扶螺杆（上下扶正器均为φ210mm）稳斜。钻压80KN，转速60+DNr/min，井深2767.52m井斜37.61°方位139.18°，井深3273.50m井斜36.52°方位137.14°，取得了良好效果。

3.2 利用上扶正器小于近钻头扶正器稳斜或微增

螺杆上扶正器小于近钻头扶正器可以解决下列问题：地层倾角大，井眼方位与其异向;地层松软，无法施加较大钻压;井斜大，同尺寸扶正器无法稳斜。

固41X井井段3279.90～3433.80m使用D172mm1.25°双扶螺杆（上扶直径D306mm，近钻头扶正器直径D310mm），钻压80KN，测深3273.90m井斜55.19°方位55.78°，测深3411.65m井斜55.76°方位56.23°。

4 防托压螺杆的特性

在大井斜、大位移井的施工中，即便钻具结构简化、钻井液有较好润滑性、井眼轨迹圆滑，依然极难回避和处理托压现象。防托压螺杆将近钻头扶正器挪至细脖下，和钻头一起旋转，解决了滑动钻进时扶正块横切井壁的问题。

根据各断块使用情况对比分析结果为：

1.双扶防托压螺杆在井斜<30°的井眼中造斜率近似或略小于常规螺杆，转动钻进增、稳、降的趋势和常规螺杆一致。

2.双扶防托压螺杆在井斜≥30°的井眼中造斜效果较差，且转动钻进为降斜趋势。

5 可变径扶正器的优势

可变径稳定器可在钻进过程中，利用钻柱内外钻井液循环过程中在喷嘴处产生的压差变化，改变稳定器支承头的伸出距离，在满足井眼轨迹增、稳、降的需要同时，停泵后支承头收回，稳定器外径变小，避免了易缩径地层的卡钻事故。可变径扶正器按其控制方式可分为遥控式和自控式两大类。利用螺杆扶正器的大小变化可以简捷控制井眼轨迹，若上扶换为可变径稳定器，就可以在转动钻进中一趟钻产生增、稳、降的变化，能减少滑动定向钻进进尺，增加钻压参数的选择范围，减少起下钻次数，节约时效，且井眼轨迹更加圆滑。在下列情况其优势尤为明显：浅井;可钻性好，无法施加较大钻压地层;地层倾角大;岩性致密，可钻性差地层;易缩径地层。可变径稳定器结构相应旋转导向简单，成本低，各油田均有成功使用案例，但还须推广和普及。

6 结论

1）改变双扶螺杆扶正器对比尺寸可以改变其增、降、稳性能，从而更加简捷的控制井眼轨迹。

2）利用单装近钻头扶正器的螺杆在滑动钻进缓慢的大井眼和致密地层转动钻进增斜，可大幅节约生产时效。

3）172mm双扶防托压螺杆在井斜<30°的井眼中造斜率近似或略小于常规螺杆，转动钻进增、稳、降的趋势和常规螺杆一致;在井斜≥30°的井眼中造斜效果较差，且转动钻进为降斜趋势。

4）防托压螺杆近钻头扶正器与钻头之间加入接头，可在防托压的基础上得到了与常规螺杆一致的增、稳、降效果，但无系统的安全系数认证，在需要大钻压或地层深、岩性致密的井眼中必须谨慎使用。

5）D172mm防托压螺杆单装近钻头扶正器降斜。

6）可变径稳定器结构相应旋转导向简单，成本低。一趟钻便使钻具具有增、降、稳性能，减少起下钻次数，提高机械钻速。

7）可变径稳定器起钻时稳定器外径變小，避免易缩径地层的卡钻事故。

参考文献：

[ 1 ] 高德利，刘希圣，徐秉业1 井眼轨迹控制[M] 1 北京：石油大学出版社，19941

[ 2 ] 狄勤丰1 滑动式导向钻具组合复合钻井时导向力计算分析[J ] 1 石油钻采工艺，2000，22（1）：14～161

[ 3 ] 高德利，高宝奎，谢金稳等1 钻压防斜技术的实践与理论探讨[J ] 1 石油钻采工艺，1995，17（6）：21～231