“四合一”钻具结构使用浅议.doc

“四合一”钻具结构使用浅议2006年11月16日杨全耀长庆钻井总公司开创性地提出了“四个一”钻井技术，并在钻井生产实践中得以成功应用，钻井速度全面提升，钻井周期明显缩短，定向井井眼轨迹控制技术进入到一个全新的发展领域。“四个一”钻井技术是指“一口井、一趟钻、一只钻头、一套钻具组合”， 就是在二开后一次性完成全井段井眼轨迹控制的钻井技术。那么选择什么样的钻头类型？选择什么样的钻具组合？长庆钻井总公司广大科技人员和现场技术工作者经过历年来定向井井眼轨迹控制技术的经验，科学地提出了“四合一”的钻具结构，即“1个PDC钻头、1根短钻铤、1个扶正器、1根单弯螺杆” 。82-80井组是一个10口井的丛式井组，由长庆钻井总公司30656钻井队承钻。81-79井（第6口）井深2021米，以3天21小时的钻井周期第一次刷新该项记录。3-9井（第9口）井深2023米，以3天17小时的钻井周期第二次又刷新该项记录。以月进尺9191米刷新一项月度进尺记录，是定向钻井技术使用“四合一”钻具结构成功的典范。一、“四合一”钻具结构的理论基础长庆定向井钻井技术的应用始于90年代初，钻具结构类型借鉴了兄弟单位的成功经验。增斜钻具结构和稳斜钻具结构基本上使用三扶正器钻具结构类型，由于受钻井液性能和地层结构的影响，复杂情况较多，人们寻求以减少扶正器数量和选择扶正器类型解决井下复杂情况。通过现场技术人员的不断努力，逐渐形成了以单扶正器组成的增斜钻具和稳斜钻具结构，扶正器以使用变径扶正器为主，在生产实际中占有主导地位，并且持续了相当长的时间。单扶正器组成的钻具结构，突出的主要问题是稳斜和稳方位能力差，根据井眼轨迹控制的需要，就要不断改变钻具结构满足工程需要。21世纪初，钻井技术飞速发展，钻井设备不断更新和完备，钻井工具不断创新。在生产实践中，人们又在探索新的定向井钻井技术，先后成功使用了双扶正器的增斜钻具结构和稳斜钻具结构；PDC钻头；二开后使用单弯螺杆一次性完成直井段、定向造斜段、增斜段的钻井技术；2006年是长庆钻井提速年，全年钻井生产总进尺要突破350万米的大关，挑战历史，跨越历史，进入全行业领先地位。1双扶正器增斜钻具结构钻头 扶正器 无磁钻铤普通钻铤 扶正器 普通钻铤 215.9HJ517+214(双母)螺旋扶正器（挡板）+165无磁钻铤1根+159钻铤1根+214(公母)螺旋扶正器+159钻铤17根6+4A11410+127加重钻杆6根+127钻杆。该类钻具结构增斜率较高，稳方位能力较强。2.双扶正器稳斜钻具结构钻头 扶正器 无磁钻铤 扶正器 普通钻铤 215.9HJ437+214螺旋扶正器（挡板）+165无磁钻铤1根+214螺旋扶正器+159钻铤17根+127加重钻杆6根+127钻杆。该类钻具结构稳斜、稳方位能力均较强。3.双扶正器微增斜钻具结构 钻头 扶正器 无磁钻铤短钻铤 扶正器 普通钻铤 215.9HJ437+214螺旋扶正器（挡板）+165无磁钻铤1根+短钻铤+214螺旋扶正器+159钻铤17根+127加重钻杆(WDP)6根+127(DP)钻杆。该类钻具结构增斜率较低，稳方位能力较强。4.单弯螺杆增斜钻具结构 扶正器 单弯螺杆无磁钻铤 普通钻铤钻头 215.9HJ437+（212螺旋扶正器）+165单弯螺杆1根+165无磁钻铤1根+159钻铤17根+127加重钻杆6根+127钻杆。该类钻具结构可以不起钻倒换钻具结构，一次性完成直井段、定向造斜段、增斜段的钻井。增斜率适中，稳方位能力较差。单弯螺杆的使用有专门内容讲解，在此不在阐述。5.“四合一”钻具结构扶正器 单弯螺杆 短钻铤 扶正器 无磁钻铤 普通钻铤钻头 /215.9HJ437+212螺旋扶正器+165单弯螺杆1根+短钻铤+212螺旋扶正器（挡板）+165无磁钻铤1根+159钻铤17根+127加重钻杆6根+127钻杆。该类钻具结构可以不起钻倒换钻具结构，与PDC钻头配合使用，可一次性完成直井段、定向造斜段、增斜段、稳斜段整个井段的钻井。钻具结构对比1双扶正器增斜钻具结构钻头 扶正器 无磁钻铤普通钻铤 扶正器 普通钻铤 2.双扶正器稳斜钻具结构钻头 扶正器 无磁钻铤 扶正器 普通钻铤 3.双扶正器微增斜钻具结构钻头 扶正器 无磁钻铤短钻铤 扶正器 普通钻铤 4.单弯螺杆增斜钻具结构 扶正器 单弯螺杆无磁钻铤 普通钻铤钻头 5.“四合一”钻具结构扶正器 单弯螺杆 短钻铤 扶正器 无磁钻铤 普通钻铤钻头 二、“四合一”钻具结构特点通过以上大家可以看出，“四合一”钻具结构实际上就是单弯螺杆双扶正器组成的微增斜钻具结构。这类钻具结构可以不起钻倒换钻具结构，与PDC钻头配合使用，一次性完成直井段、定向造斜段、增斜段、稳斜段整个井眼。该种钻具结构增斜率适中，稳方位能力较好。适合于中、小位移的定向井全井段使用，是“四个一”钻井技术的最佳应用领域。“四合一”的钻具结构，这是广大长庆钻井科技工作者，历经多年来的实践、总结、发展的一种新技术，是钻井技术结晶，具有化时代意义，它必将推动长庆钻井事业蓬勃发展。1“四合一”钻具结构中单弯螺杆的作用1）当直井段井斜有增大趋势时，可以锁住转盘，单独使用单弯螺杆纠正井斜，以保证直井段井斜不超标。2）直井段有防碰需要，可以人为的控制井眼轨迹的发展方向。即锁住转盘，进行定向，改变井眼方位变化方向，避免两井相碰事故的发生。3）定向或扭方位时，锁住转盘，单独使用单弯螺杆调整井眼的井斜或井眼方位。2“四合一”钻具结构中双扶正器的作用扶正器是调整各种钻具特性的重要工具。第一个扶正器主要是起增斜作用。第二个扶正器主要是起稳方位的作用，同时具有调整钻具特性的作用。3“四合一”钻具结构中短钻铤的作用常规微增斜钻具结构中，两扶正器之间的距离，是大于在一根短钻铤，小于两根钻铤长度，其长度越大增斜率越大。即：1根钻铤扶正器之间的距离2根钻铤短钻铤与单弯螺杆在复合钻井中，共同组成了“四合一” 微增斜钻具结构的基本单元，短钻铤的长度，必须结合螺杆长度选择，总长度必须大于一根钻铤长度，以确保增斜效果。它的核心就是单弯螺杆与短钻铤加双扶正器组成微增斜钻具，这就是长庆钻井科技工作者聪明才智的技术结晶，在钻井提速方面的贡献不能小视。4PDC钻头的结构及使用1）PDC钻头结构PDC钻头属于表镶式金刚石钻头，主要由钻头体、切削齿、水眼组成。2）PDC钻头破岩机理对软地层主要是犁，对硬地层是靠剪切。就象车刀切削金属一样，由于岩石本身抗剪强度比抗压强度小得多，对于同样的岩石用剪切方式破碎化用压碾方式破碎需要的能量小（剪切是压碾的1/8），所以使用PDC钻头钻进，只需要较轻的钻压就可获得较高的机械钻速。3）入井前的检查（1）将钻头竖直放稳，把钻头规水平套在钻头直径最大处。（2）顺时针用手搬动钻头规刻度盘手柄，直至搬不动为止，此时与手柄相对的数字即为钻头直径尺寸。（3）将钻头放倒，用手摸，眼看钻头丝扣是否完整，有无断扣、钝扣。（4）将钻头竖直放立，丝扣部位朝下，检查水眼、水槽。（5）慢慢转动钻头本体，察看胎体的焊接是否有裂缝、砂眼。4）使用操作（1）根据地层合理PDC钻头。（2）用专用工具将钻头与钻具丝扣上紧，操作按上卸钻头单元。（3）控制速度下钻，以防碰坏牙齿和增加激动压力。遇阻不能硬压，短距离可轻压（1020kN）慢转（挡）进行划眼，直至畅通。（4）下钻离井底一个单根时打通水眼，循环冲洗，打通水眼操作按下钻杆操作单元。（5）钻头接触井底，轻压钻进0.30.5m做井底造型。注意使用PDC钻头严禁井底有落物或井底不平。（6）接单根后慢慢接触井底，以防撞击损坏切削齿。（7）钻头使用后期可适当增加钻压，确定比较合适的钻井参数，以提高机械钻速。（8）切削齿因磨损而不能有效地钻进或出现下述现象之一者，应起钻换钻头。加压后泵压升高。地层岩性不变而机械钻速明显下降。井底有落物。操作失误造成溜钻、顿钻。综合经济指标低于其它类型钻头。5）现场常用类型主要类型有四翼、五翼、六翼刮刀式PDC钻头，从使用效果看，人们更喜欢四翼和五翼刮刀式PDC钻头。刮刀式PDC钻头其特点，短抛物线冠部、刀翼式布齿，适用于软至中硬地层，用于转盘及井下马达钻进。低部形状有平底型和凹型两种，低部形状凹型的PDC钻头井底有树芯能力，在钻井过程中井底岩心又有扶正作用，因此，现场更多地使用凹型四翼和五翼刮刀式PDC钻头。三、“四合一”钻具结构的选用原则“四合一”钻具结构是一种微增斜钻具结构，增斜率较小，实钻中是以提高造斜点达到提前增斜的目的，斜井段控制井段长，井眼曲率小，也有利于下部井眼轨迹控制时调整工具面。1螺杆的选用目前现场常用1度和1.25度的单弯螺杆，1度的单弯螺杆定向或扭方位施工需要井段较长，定向或扭方位速度相对较慢。1.25度定向或扭方位施工需要井段较短，定向或扭方位速度相对较快，时效明显较快，应该根据位移大小选择不同弯曲度的单弯螺杆。2扶正器的选用第一个扶正器的直径一般为211-212mm。第二个扶正器的直径理论上讲越大越好，稳方位的能力越强，但第二个扶正器的直径要于第一个扶正器的直径相匹配，以组成不同特性的钻具结构。扶正器直径的选择可以说是“差之毫厘，错之千里”。1）从增斜效果来讲，第二个扶正器直径应该不大于第一个扶正器直径；2）从地层特性上讲，在延安组和延长组地层有自然降井斜能力，微增斜钻具只能起到稳斜作用，稳斜钻具只能起到微降斜作用。因此，第二个扶正器直径要根据需要的钻具性能来选择，要提高第二个扶正器的稳方位能力，就要选择大直径的扶正器。那么，第一个扶正器的直径也要选择大直径，以保持理想的钻具特性。3短钻铤的选用短钻铤的选择，主要是长度的选择。当扶正器直径和螺杆钻具长度确定后，一般讲，短钻铤的长度越长，增斜率越大。小位移井，需要增斜率小，短钻铤的长度较短。选择3米左右短钻铤较为理想，稳方位能力也好。在延安组，还可以起到微降斜效果。大位移井，位移超过300米后，短钻铤较长，一般选用4-6米为宜，既能保证增斜效果，稳方位能力也较好。四、“四合一”钻具结构的使用要点钻具组合：222PDC+165X1.25单弯螺杆+3-6米短钻铤+210-213扶正器+165NDC X1根+165DC X15根+127DP1直井段防碰不言而语，在直井段复合钻井过程中，当井斜有增大趋势时，可利用该钻具特性，不起下钻，锁住转盘，单独使用单弯螺杆纠正井斜，以保证直井段井斜不超标。当两井有接近趋势时，为了达到防碰需要，即锁住转盘，进行定向，改变井眼方位变化方向，避免两井相碰事故的发生，即防碰绕障。另外，二开后可以人为的控制井眼轨迹的发展方向。即按设计方位调整井斜至2-3度，不使直井段井斜超标，又能保持方位稳定，可控制全井最大井斜在14-20度之间，便于后期调整方位的主动性。2造斜点选择由于上部直井段已按设计方位产生了3度左右井斜，所以造斜点选择在洛河中上部为宜。洛河中下部定向，有大段胶泥岩，易产生粘卡，有时接完单根后，上提下放无法活动钻具。所以尽可能在洛河中下部以复合增斜钻井的方式为主。造斜时，小位移井可以把井斜调整到7度左右，大位移井适当把井斜调大，对准靶心预留8-14度井斜，为后续复合钻井创造条件。如果在洛河中下部定向造斜，有遇粘卡时，可以在钻杆上做好标记复合钻进0.5-1m再进行定向造斜。3下部井眼轨迹控制如果遇各种原因，在洛河上部井斜没有增起来，这样可以在洛河底部60米进行井斜调整，同时在进入安定组前将方位对准靶心调整到最佳状态，在下部地层方位调整一般是在距靶心方位6度左右进行调整，工具面好摆也好控制，成功率较高。4钻井参数控制在复合钻井中，螺杆钻具的参数是一定的，泵压是限定的，也就是限定了钻压。在有条件的井队，可以通过调整转盘转速，以达到微调和控制井斜和方位的效果。如30656钻井队，转盘是电动的，转盘转速是可以随意调节，3-4井是利用调节转盘转速对井眼轨迹控制方面的初步经验，供大家参考。如下表：井深地层井斜方位转速井深地层井斜方位转速877洛河10.9229.11001284安定12.3222.6100945洛河10.9216.7801342安定12.8215.2801003洛河11.