一种新型钻柱结构的研究与应用

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1、一种新型钻柱结构的研宄与应用胜利石油管理局局钻井工程技术公司刘俊摘要：以K：伸缩距的液力加压器为主的新型钻柱结构，改变了传统钻柱结构的钻井加压方式和钻柱力学结构，与传统钻柱结构相比具有很多的优点和使用价值，这种结构更适用于深井和超深井钻井，值得大家一起深入研究与推广应用。关键词：深井钻井；钻柱结构；震动；液力加压器；硬地层；自动送钻；粘卡一、研究内容以长伸缩距的液力加压器（可伸缩1.5米）为主要特征工具而形成的钻柱结构，即叠联式钻柱结构。可以解决传统的直联式钻柱存在的许多问题,更适用于深井、超深井硬（超硬）地层钻井（即复杂钻

2、井）。我们在试验应用中取到了很好的效果。I、讼伸缩距液力加压器的研制图II.1.结构原理：图1是两级结构的长伸缩距的液力加压器，结构非常简单，原理清晰。每一级都是由外壳体、心轴和活塞组成的，每级之间由中间接头联接；第一级心轴和壳体之间还有传递扭矩结构。所以中间接头以下可以单独使用（一级结构）。一般情况下使用PDC钻头，采用一级结构就可达到使用钻压。使用牙轮钻头一般采用二级或三级结构（如果钻井液密度高、钻头水眼压降大，使用一级也可以）。工具木身几乎不产生压降，推力是利用工具以下设备产生的压降，如钻头水眼压降，或螺杆钻具压降加钻

3、头水眼压降等。当然，要配合钻头喷嘴的优化选择，达到推力（钻压）要求。每级都有阻尼孔（花板），这个阻尼孔事实上就是压力平衡孔，就是每级活塞以下心轴外部（中间接头以上）的压力就是环空的压力（低压），每级活塞以上的压力就是钻柱内压力（高压），两者的压差就是工只以下设备的（钻头喷嘴）压降。这个阻尼孔也是个呼吸孔，当活塞上、下移动时，活塞以下、心轴与壳体内壁的空间体积在不断发生变化，所以，这个呼吸孔在不断地吸入和排出钻井液，否则，心轴无法伸缩。1.2工作原理（1）自动送钻原理。钻柱内外的压差与它作用的活塞的有效面积的乘积。第一级的推力

4、和上边几级的推力一般不同（结构原因），上边几级的推力一般相同。在钻柱旋转的情况下，这个液压推力给钻头施加钻压钻进。外壳体和以上钻柱除传递扭矩外只是跟随心轴向前运动，没有轴向力的关系。这个跟随运动由于工具伸缩距的存在，它可以是间歇性的，伸缩距越长，这个间歇的吋间就越长，这就是自动送钻原理，因此，就这一原理来说工具伸缩距越长越好。也就是，当下放钻具，伸缩部分压合，就可以刹住游车，旋转钻柱自动钻进1.5米，然后在下放钻柱1.5米，刹住游车继续钻进，实现自动送钻。若使用有自动送钻功能的钻机，那就调节好送钻速度。（2）减震原理。它的减

5、震原理就是因为液体是弹性物质，它的形状和压力可以随时改变，当钻头向上振动（跳钻）吋，由于钻头喷嘴的阻尼作用，钻柱内压力受到缓冲，吸收了钻头振动的峰值，使振动变得平缓，起到减震的作用（并且带来了井底射流的压力波动，这对清除岩屑更有好处）。这里也正需要说明，如果钻头喷嘴太大，除了加压器没有了推力或太小以外，也失去了减振的作用。这个喷嘴的大小以使用的钻压计算得到，振动阻尼力的大小和压力波动幅度的大小可以通过达西公式求得（11）。据统计当喷嘴的奋效面积与活塞的面积（整个外圆面积减去喷嘴奋效面积）之比大约在0.01〜0.02之间。如果

6、这个比值太大，就起不到减振作用。另外，当工具压并吋也没有减振作用了，因此鉴于井眼深度和钻具伸长的事实，要想加压器具奋最理想的减振效果，就得最大限度的在伸缩段工作，因此，要实现这一原理工具伸缩距还是要求越长越好。1.2.3防斜原理。只使用一级液力加压器，需要大钻压吋，就增大钻头水眼压降。可是当需要使用三级时，也没问题，增加两级的发作用力也不致于让钻具上的一柱钻铤弯曲。所以一般情况下也可以使用三级液力加压器，都具冇很好地防斜作用。1.2.4简化钻具结构，改变了钻柱的力学原理。具奋长伸缩距的液力加压器可以称为“液力减振送钻器”。利

7、用本工具多次到钻井队专门验证“零钻压”问题，（把工具放在井UI试验，较高的泵压（压降达到8MPa,都没奋发生钻柱上奋反作用力的现象，也多次用于钻井试验，结论和理论研究-致。1.2.5解决人斜度井的加压问题。第一，当液力加压器的最人推力大人超过A深度之后的剩余井段钻柱的摩阻力吋，在A深度之前预计本趟钻的进尺X米，在（A-X）深度位置之上钻柱加入液力加压器，先将液力加压器伸缩部分压并，然后靠液力施加钻压滑动钻进，钻完液力加压器的伸缩长度之后，再下放钻柱压并伸缩部分，再靠液力施加钻压滑动钻进，这样循环下去，把A深度一下的设计井段钻

8、完。第二，当液力加压器的最大推力等于或小于A深度之后的剩余设计井段钻柱的摩阻力吋，液力加压器开始可以直接接在A深度的钻柱上，这吋液力加压器伸缩部分的压并方法是靠旋转钻柱（摩阻减小）的方法压并的，然后靠液力施加钻压滑动钻进，钻完液力加压器的伸缩长度之后，再旋转钻柱下放压并伸缩部分，再靠液力施