第三章-第二节-钻柱.doc

第二节 钻柱(Drilling String) （6）稳定器稳定器又称扶正器，是稳定井下钻具，起防斜和控制井眼轨迹的作用，用来稳定钻进方向的装置。连接在靠近粗径钻具的一段钻杆柱上。钻杆柱在孔内高速回转时，稳定器保持细长钻杆平稳运转，使钻头轴线尽可能接近钻孔中心线。稳定作用主要是减轻钻杆柱弹性系统在孔内的径向和轴向的剧烈振动；减少钻头和钻杆偏磨；保证取心质量；防止井斜或用人工定向钻进。稳定器的结构比较简单，是带有肋骨片(直条或螺旋形)的粗径接头。大致可分为以下三种类型：刚性稳定器、不转动橡胶套稳定器、滚轮稳定器。还有其他的分类方法如：（1）按安装位置稳定器又可分为井底型（又称近钻头型）及钻柱型，这两种稳定器又称整体式稳定器，该稳定器用同一棒料加工出打捞段（上段）、扶正段（中段）及钳合段（下段）；（2）按组装结构稳定器可分为整体式、套装式和可拆式。整体式稳定器没有统一的标准尺寸，均由厂家各自制定。套装式稳定器后继使用成本低，能减少边远地区钻井时后勤供应的麻烦。可拆式稳定器的特点是在井场上只需要更换耐磨块，耐磨块表面上镶嵌大直径硬质合金块，增加耐磨性并起保径作用，并且其扶正棱是楔入的，钻井过程迫使它紧靠在本体上，扶正棱磨损后可以直接在钻柱上更换，减少了拆卸钻柱的时间；（3）按扶正棱形状稳定器可分为螺旋线式、直棱式和偏斜直棱式。主要用于软地层至中硬地层的井眼。机械加工的稳定器，也可以为这三种形式的扶正棱。图 3-32 几种常见的稳定器稳定器扶正段是稳定器发挥扶正作用的工作段，是稳定器设计与制造的核心部位。由于井斜控制的不同要求，因而扶正段出现多种多样的结构。下面介绍几种常见的稳定器扶正段结构：（1）360搭接标准型360搭接标准型稳定器扶正棱螺旋角较小，在旋转过程中，第一条螺旋尚未退出接触前，第二螺旋进入接触，保持与井壁360连续接触。该型稳定器接触区长。根据井径大小，可设计为三螺旋或四螺旋。（2）带引导角的标准型带引导角的标准型稳定器一端带有逐渐减少的引导角，便于稳定器导入井眼。（3）带引导角及尾随角的标准型带引导角及尾随角的标准型稳定器除一端有引导角外，另一端还有逐渐减少的尾随角，从而有利于起钻。但接触区长度减少。（4）270开口360搭接型270开口360搭接型稳定器在第一条扶正棱退出接触时，第二条扶正棱刚好进入接触。在转动360中，尽管扶正棱与井壁接触是连续的，但接触平稳性较标准型差。螺旋的首尾相间角为90，即所谓的270开口；这种稳定器为四棱。（5）270开口螺旋型270开口螺旋型稳定器第一条扶正棱退出接触时，第二条扶正棱尚未进入接触，在转动360过程中，接触不连续，带有一定冲击性，平稳性差。该稳定器为三棱，螺旋的首尾相间角为90。这种稳定器的主要特点就是泥浆流道通畅。吕瑞典, 肖晓华, 贺, 林, 陈, 渝. 钻柱稳定器结构特点分析J. 西 南 石 油 学 院 学 报, 2003, 25(4): 81-82在各种钻具组合中，稳定器是实现井眼增斜、降斜、稳斜必不可少的组件。随着深井、超深井、丛式井、水平井等现代钻井工艺的发展，稳定器的作用愈加突出。尽管变径稳定器在近几年的现场使用中已经表现出卓越的优点，但目前国内广泛使用的仍然是常规的、不可变径稳定器，常规的不可变径稳定器仍然是井斜控制的主力军。考虑到煤层气井的特殊性及其稳定性与连续性要求，在煤层气井建设过程中井眼轨迹尤其是定向造斜段有着较高要求，井眼轨迹越平滑曲率越小，泵抽系统与地层间的偏磨损耗则越小，越有利于生产单位连续稳定排采，常规稳定器与钻铤构成的底部钻具组合(BHA)力学性能不能改变，若与实际要求不相符合时，必须起下钻更换。利用可变径稳定器替代常规稳定器可减少起下钻次数，降低煤层气开发成本。可变径稳定器有298.45 mm(1134英寸)和311.15 mm(1214英寸)2种规格，设计有3道标准螺旋片，每一片有6个63.5 mm(212英寸)表面硬化的活塞，内心轴有6个锥形凸轮，如图3-33示。工作时，凸轮滑动作用于相对应的活塞斜锥边,使活塞滑出螺旋边表面，从而增大可变径稳定器的直径。该工具在任何情况下都能保持360与井眼接触，有效接触面积能超过0.058 m2，与标准套管稳定器相当。图 3-33 可变径稳定器有2种可选择状态的可变径稳定器是靠钻压激活的，在可变径稳定器中安装有碟形弹簧，弹簧预紧力必须要大于钻压，当钻压弹簧预紧力时，可变径稳定器才会处于大直径工作状态。可变径稳定器被激活后将始终保持满尺寸，直到将其提离井底才会自动恢复到原有状态。如果钻压过大，可变径稳定器将很难达到满尺寸工作状态；如果钻压过小，又可能会在不需要的情况下出现大直径的状态。为此设计了液压栓系统，仍保留原可变径稳定器机械式激活方式，工作状态的锁定则需由流量控制。新型可变径稳定器一个明显的优点是增大了钻井的灵活性，既使在高扭矩情况下也能正常工作，因为只需要22.23 kN钻压该工具就能处于满尺寸工作状态。在定向钻井中，能够频繁并方便地变化可变径稳定器直径的机械装置显得尤为重要。例如，用可变径稳定器钻第1口井时，必须先设定一种工作状态，直到造斜或降斜完成后，再通过不断地改变稳定器的工作状态来进行纠偏，才能准确地按照设计的井身轨迹钻进,然后应用实时随钻测量技术(MWD)对井斜控制进行全面监控。最初的研究认为，可变径稳定器直径变化达到12.7 mm(1/2英寸)可能会导致大的“狗腿”。因此设计的可变径稳定器有多个可变的直径范围，例如304.80 311. 15 mm(12 1214英寸)，使用298.45311.15 mm(11341214英寸)的可变径稳定器，可在大尺寸和小尺寸2种工作状态之间改变，使用时没有发现引起大的“狗腿”，反而能够成功地控制井斜，并且正确地选择近钻头稳定器和可变径稳定器之间的短钻铤长度，可以让BHA的力学性能很好地适应各种特殊的工况，把“狗腿”控制在