分析报告书--改进单弯螺杆本体扶正器

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1、改善经营管理建议项目分析报告书建议名称：改进单弯螺杆本体扶正器的建议建议人：谢学明邓冬红所在单位：江汉石油管理局钻井一公司建议时间：2011年8月15日一、项目背景江汉油田地处鱼米之乡，江河、湖泊、稻田甚多，受地面条件的限制，勘探开发采用定向井、大斜度井和水平井的井型逐年增多。今年，在中石化集团公司大力开展非常规油气开发的背景下，江汉油田钻井一公司承钻的中石化首口页岩气井一建页HF-1井顺利完钻。该井是一口浅层页岩气大位移水平井，在定向造斜段和水平段施工中，暴露出了两个重大技术问题，也是定向井和水平井中普遍存在的

2、问题：一是在井斜角45。以后滑动定向钻进中的“托压”问题，二是在长达1000多米水平段施工中的稳斜问题，井斜始终上升，稳不住，需要随时滑动定向，调整井眼轨迹。目前世界上最理想、最先进的方法是使用旋转导向工具，但被国外少数几家公司所垄断，由于该工具价格昂贵，每天租金需要18万人民币，而且租用困难，时间上不能满足现场需要。针对这种现状，我们从旋转导向工具的原理得到了启发，构思在现有单弯螺杆钻具的基础上去掉本体非对称式扶正器，在转子下方的驱动接头上设计一个螺旋扶正器，这样可以缩短扶正器到钻头的距离，而且能使扶正器始终处

3、于旋转状态，提高滑动定向能力,不仅可以解决现有单弯螺杆滑动定向存在的“托压”问题，而且能钻出更光滑更规则的井眼。为此，特提出改进单弯螺杆本体扶正器的建议。二、现状及存在问题现状：单弯螺杆是带有弯接头的井下动力钻具，是目前国内使用最多的一种定向造斜工具，它是一种把液体的压力能转换为机械能的能量转换装置，当高压液体进入钻具时，迫使转子在定子中转动（定子和转子组成了马达），马达产生的扭矩和转速通过万向轴传递到传动轴和钻头上，达到钻井之目的。在定向钻井施工过程中，单弯螺杆以上的钻具是静止不动的，依靠单弯螺杆的弯曲角度以设

4、计要求的工具面方向滑动钻进。当定向钻井时的井斜角较小的情况下，钻压能够有效地传递到钻头上，滑动定向就比较顺利，当井斜角大于30°以后，由于钻具躺在下井壁而产生的摩阻就会阻碍钻压传递到钻头上（俗称“托压”），影响定向正常施工，有时因定向失误而导致井身质量不合格而填井，造成巨大的经济损失。目前，江汉油田定向井、大斜度井、水平井日益增多，在定向施工中使用的单弯螺杆，由于钻具静止不动，本体扶正器产生的摩阻导致“托压”非常严重，需要投入大量的钻井成本（混原油或加入泥浆润滑剂），有时也不能解决问题，严重影响了定向井、大斜度井

5、、水平井的正常生产。因此，对单弯螺杆钻具本体扶正器的改进显得尤为重要，并且势在必行。存在问题：在定向井、大斜度井和水平井中，一是定向时，常出现钻压加不到钻头上的托压问题，定向困难，直接影响井眼轨迹控制效果；二是该情况会导致定向失误引起的井身质量不合格，所钻的井眼不规则，拐点台阶多引起的电测困难以及摩阻扭矩引起的卡钻等其它钻井复杂情况，严重影响了钻井时效，制约了钻井速度。三、改进原理和作用为解决上述问题，针对单弯螺杆钻具进行了结构上的创新改进：将单弯螺杆钻具上的本体扶正器去掉，在驱动接头上设计一种螺旋扶正器，随螺杆

6、钻具转子驱动而旋转（见图1）。图1扶正器改在驱动接头上的示意图摩擦。在定向钻井施工过程中，尽管钻具静止不动，只要开泵，单弯螺杆转子转动，驱动接头就会旋转，带动扶正器跟着旋转，使螺杆钻具的工作状态发生了根本改变，将滑动定向钻进过程中的静摩擦变成动该扶正器的作用：一是作为底部钻具组合的近钻头支点，可以有效提高BHA的滑动定向能力；二是近钻头扶正器可以起到修正井壁作用；三是在滑动定向钻进时，近钻头扶正器处于旋转状态，相比单弯螺杆钻具改进前滑动阻力明显减小，从而解决了“托压”问题。四、改善重点内容及解决措施改善重点内容：

7、1、改进本体扶正器的形状，将非对称式改进为对称式螺旋形,减少旋转时的摩擦力，降低摩阻。2、改进本体扶正器的位置，将其设计在单弯螺杆驱动接头上。随着单弯螺杆转子驱动而旋转。改进示意图（见图2）：图2本体扶正器改进示意图解决措施：，建议与江钻螺杆厂家或中石化其他厂家合作，进行改进设计与加工制造。从扶正器改进后示意图可知，设计加工制造比较简单，没有风险，因为已有国内外大量定向井、水平井现场施工经验，只需在常规单弯螺杆钻具的基础上进行改进，改进措施如下：1、改进的扶正器结构优化。改进的扶正器结构是单弯螺杆钻具使用效果好坏

8、的关键。改进的扶正器必须满足两个条件：①扶正器在旋转状态下的支点效应、稳定性和尽可能低的额外扭矩；②及时排导岩屑。为此，扶正器采用螺旋过封闭扶正翼，旋转一周能保持稳定的支撑外径，同时旋转行进时稳定性好，且额外扭矩最小，降低摩阻，改变“托压”状况；使钻头居中，减少偏磨，延长钻头寿命；还能保证造斜率稳定，提高定向速度。另外还要通过钻井液轴向流速、切向速度计算，确定不同外径螺杆