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机械式自动防斜钻井工具的探索与设计

2012-7-8 19:52 浏览次数:448 我来说两句(0)
 自动垂直钻井技术是一种新型钻井技术,可在高陡构造中实现主动、适时防斜的同时,有效解放钻压,提高钻速,极大地提高钻井效率及安全性,这在常规的防斜技术中开辟了一条新的道路。介绍了一种自动防斜钻井工具,并针对该工具的重要性能参数进行分析,并对该工具的进一步研究给出合理性建议。
  随着勘探开发领域的不断拓展与深入,高陡构造、大倾角地层的勘探开发工作量越来越大,井斜问题在一定程度上成了制约这些区域勘探开发工作的质量、效益乃至成败的关键。为了更好地解决直井防斜问题,国内外一直致力于新型防斜钻具与技术的研究与开发。国外在自动垂直钻井工具及技术方面进行了深入研究,自20世纪80年代末以来,形成多种结构形式的垂直钻井系统,已经有几种商业化成熟的自动垂直钻井工具,使用这些主动防斜技术,可以保证井眼垂直,完全释放钻压,提高钻井速度,节约钻井成本,取得了很好的现场应用效果,其中全自动化旋转导向垂直钻井系统在我国使用最为广泛。
  国内,高陡构造的防斜打快仍然是一个尚未解决的技术难题,现场使用较多的是满眼钻具和钟摆钻具,用满眼钻具加压快钻是常规的防斜技术,但效果往往并不理想,然后再用钟摆钻具吊打纠斜,这是一种以牺牲机械钻速来换取井身质量的被动防斜技术,只有专门的井眼轨道井下闭环控制工具才可以改善井眼轨道的控制精度和提高工作效率,才能做到防斜、纠斜的目的。
  目前,我国垂直钻井工具研究还处在起步阶段,虽然做了大量的研究工作,但仍有一些技术难点有待攻克,还没有实现产品化。因此设计了一种自动防斜钻井工具,使用该工具可在直井钻进中实现主动、适时防斜,同时又不影响钻井过程,可获得较高的钻速,能够实现优质和高效钻井。
  结构原理一种自动防斜钻井工具(图1),该工具的上端与钻柱相连,下端与钻头相连,其工作原理是在正常钻进过程中,当井斜超过设计标准时,偏重筒由于重力作用产生旋转,致使偏重筒重心位置处于井眼低边,上旋转阀设计有一个扇形口,扇形口开口方向和偏重筒重心方向相反,也就是说扇形开口始终指向井眼高边。
  壳体旋转带动下旋转阀同步旋转,当上旋转阀上的扇形口与下旋转阀的泄流孔重合时,工具内外高低压流体间的流道被打开,钻井液进入活塞缸,推动活塞推靠高边井壁,井壁的反作用力使得钻头产生纠斜力。壳体继续带动下旋转阀同步转动,使得下旋转阀上的导流孔与上旋转阀上的扇形口错开,工具内外高低压流体间的通道被关闭,高压钻井液不能驱动活塞推靠井壁高边,因此活塞在除井眼高边以外区域不产生推靠力,上述过程循环往复,活塞被钻井液循环在工具内外形成的压差驱动,周期性推靠高边井壁,从而实现在钻进过程中对超标井斜的适时修正。
  在正常钻进过程中,自动防斜钻井工具壳体随上部钻具一起旋转,其内部克服外部旋转,当工具处于井斜超标状态时,内部的偏重筒的重心则向井眼低边转动,因此,只要工具向任意方向倾斜超标,偏重筒都会起反应,这就促使防斜工具能够自动感知井斜方位,并通过推力板对井斜进行适时修正。
  自动垂直钻井技术是一种新型钻井技术,可在高陡构造中实现主动、适时防斜的同时,有效解放钻压,提高钻速,极大地提高钻井效率及安全性,这在常规的防斜技术中开辟了一条新的道路。
  介绍了一种自动防斜钻井工具,并针对该工具的重要性能参数进行分析,并对该工具的进一步研究给出合理性建议。


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