单弯单稳钻具结构在定向井中研究与应用

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1、吐哈定向井钻井技术自1992年开始发展，到2004年走向成熟，完善了在各区块单弯双稳钻具结构的应用。该套钻具在常规定向井中实现了直井段-定向段-稳斜段的一趟钻工程，简化了施工工序，缩短了钻井周期；但在实现快速钻井的同时也出现了一些局限性，主要包括以下两个方面：1.在易缩径、易垮塌等复杂地层钻井施工中,双扶正器易引起井下复杂和事故发生；2.在大井眼、大井斜定向井中，上扶正器托压严重滑动困难。为了解决以上矛盾，试验应用了单弯单稳钻具组合，取得了理想的效果。一、单弯单稳钻具组合及特点钻头+螺杆+无磁钻铤（MWD）+钻

2、铤（加重钻杆）+钻杆特点：钻具结构简单，减少复杂与事故的发生，滑动钻进可以避免拖压现象的发生概率。二、影响钻具结构造斜力的因素研究影响钻头造斜力因素有很多，主要有主要可以概括为下部钻具组合结构参数、钻井参数、已钻井眼几何参数及待钻地层特性等几类。针对单弯单稳钻具组合主要从可变因素进行分析研究，通过SABHA软件分析计算，总结出了钻具组合结构参数及钻压对钻头造斜力的关系。1.影响因素与钻头造斜力的关系(1)螺杆的结构弯角与钻头造斜力的关系计算条件：井眼尺寸：241mm，钻压：80kN，转速60rpm，钻井液密度：

3、1.05g/cm3，扶正器外径238mm、L1=0.89m，L21=1.39m。(2)螺杆本体扶正器与弯点的距离与钻头造斜力的关系计算条件：井眼尺寸：241mm，钻压：80kN，转盘转速：60rpm，钻井液密度：1.02g/cm3，扶正器外径214mm、L1=0.89m、螺杆弯角为1°。(3)螺杆本体扶正器外径与钻头造斜力关系计算条件：井眼尺寸：241mm，钻压：80kN，转盘转速：60rpm，钻井液密度：1.02g/cm3，L1=0.89m、L21=1.39m，螺杆弯角为1.25°。(4)井斜与钻头造斜力的关

4、系计算条件：井径：241mm，钻压：80kN，钻井液密度：1.02g/cm3，扶正器外径238mm，L1=0.89m、L21=1.39m，螺杆弯角为1.25°。(5)钻压与钻头造斜力关系计算条件：井深：2500m，井斜：20º，钻井液密度：1.02g/cm3，扶正器外径238mm，螺杆弯角为1.25°。通过理论研究表明单弯单稳钻具结构与影响因素存在以下关系：螺杆的结构弯角越大，螺杆本体扶正器外径越大，螺杆本体扶正器距离弯点越近，井斜越大钻头造斜力越大。2.单稳与双稳钻具组合造斜力对比下面以鲁802C井下入定向钻

5、具结构前的井眼为例，利用SABHA软件计算出来的数据来说明。 井深：2150，井斜：4.87˚，方位：308˚。井深：2200，井斜：12˚，方位：308˚。钻具结构L1L21L22钻压(KN)钻头侧向力（KN）双稳(1.25°)0.871.26.98020.17双稳(1°)0.871.26.98010.23单稳(1.25°)0.871.39∞8021.69单稳(1°)0.871.5∞8011.38由上表可以看出单稳钻具组合在同等条件下，钻头侧向力大于双稳钻具组合，并且钻具结构相比双稳更为简单。三、现场应用及效

6、果1.钻具结构：钻头+1.25ºLZ+无磁钻铤+钻铤（加重钻杆）+钻杆241mm井眼应用5口井，平均滑动增斜率4-6º/30m，旋转增斜率在3-5.5º/100m之间，其中鲁802C滑动增斜到24.38º，旋转钻进至2629m，井斜增到33.1º，顺利中靶；牛东9-13井采用牙轮钻头滑动增斜到26.4º，旋转钻进到1390m，井斜增到30.17º井斜达到预定目的。该钻具结构适合于滑动造斜完继续增斜的定向井，也能应用于大斜度定向井在滑动困难时，灵活采用该钻具旋转增斜。该钻具结构简单适合在大井眼、大井斜及复杂地层的

7、定向施工，在施工过程中根据旋转增斜率及稳斜段长度定向时井斜留够余量。2.钻具结构：钻头+1ºLZ+无磁钻铤+钻铤（加重钻杆）应用2口井旋转平均增斜率0.47º/100m，旋转钻进是一种微增钻具结构，主要调节241mm井眼1.25º螺杆旋转增斜率高的问题。3.应用效果在241mm井眼定向采用1.25°单弯单稳滑动钻进平均增斜率4.47º/30m，解决了单弯双稳钻具结构在滑动钻进时由于拖压引起造斜率低（1.36°/30m）的问题，平均机速9.32m/h，相比双稳钻具结构（平均机速3.78m/h）提高了5.54m/h

8、，提高幅度达到146.56%。四、结论 1.丰富了定向井钻具结构系列，解决了单弯双稳钻具结构的局限性。 2.有利于灵活控制定向井井眼轨迹，防止出现井身质量事故。 3.钻具结构简单，有利于井下安全。    4.简化定向井施工工序，提高定向井钻井速度，缩短钻井周期。