四合一钻具.pdf

四合一钻具
技术领域
本发明涉及一种钻井钻具，特别是一种对中深定向井轨迹实现高效控制的四合一钻具。
背景技术
姬塬区块是目前长庆石油勘探局油井定向井最深的区块，目的层在长2的井垂深在2000-2100米左右，平均井深2120.12米；目的层在长4+5的井垂深在2350-2550米左右，平均井深2600米左右。采用常规钻具进行轨迹控制，在已施工定向井中冯地坑长2油层井定向一次成功率仅为16.19％；平均机械钻速仅14.38m/h；平均钻井周期17.26天，建井周期21.30天；2004年轨迹失控填井3起，事故时间占16.71％；处理复杂时间占8.65％。冯地坑长4+5油层的井，平均钻井周期20-25天，建井周期30-35天，电测成功率低于15％。该区块主要难点有：一是由于油田公司采用滚动开发，老井场施工较多，井组较大，而且项目组不按排序施工，防碰绕障难度极大；二是该区块志丹统洛河组一般从二开到1500米左右，厚度大易斜，钟摆钻具防斜效果较差，长时间吊打影响机械钻速；三是造斜段多在洛河段，而该井段中部螺杆滑动易粘，复合调整难度大；四是斜井段洛河组方位变化大，常规钻具在增斜时方位变化达-4-12度/100米，较难控制；五是由于同一井场布井太多，导致设计水平位移较大，轨迹控制段长、并身轨迹较难控制。由于以上诸多因素的影响，该区块钻井速度慢、机械钻速低、钻井周期和建井周期长、定向一次成功率低，事故多。
发明内容
本发明的目的是提供一种四合一钻具，它可进行轨迹控制，用于解决井长直井段防碰、易斜方位漂移无规律、井段轨迹难控制造成的频繁起下钻倒换钻具、机械钻速不能很好的解放、钻井速度慢等问题。
本发明的技术方案是这样实现的：四合一钻具，其特征是：它至少包括钻头1、单弯螺杆2、短钻铤4、上稳定器5、无磁钻铤6；钻头1、单弯螺杆2、短钻铤4、上稳定器5、无磁钻铤6依次连接；延单弯螺杆2外径均匀分布3个螺旋棱状构成的稳定器3；它通过调整单弯螺杆2的角度和上扶正器之间的短钻铤4长度，或调整上稳定器5的外径大小来达到复合钻井的增稳斜。
所述的无磁钻铤6与单弯螺杆2之间有短钻铤4，用于避免因螺杆磁性干扰而造成测斜数据失真。
所述的单弯螺杆2的规格是Φ172×1.25°
所述的单弯螺杆2的规格是或Φ172×1°。
所述的稳定器5内有定向键。
所述的稳定器5连接带键定向直接头。
所述的短钻铤4长度在3～6米之间。
所述的稳定器5外径是Φ209mm-Φ212mm。
所述的钻头1是PCD钻头。
所述的无磁钻铤6外径为165mm，长度为9m。
本发明的特点是：本发明把塔式钻具、双稳定器钻具结构、井底动力钻具集于一体，具有极好的小井防斜效果(＜5°)，具有极好的稳方位能力，具有很好的弱增斜能力，提供了良好的中深定向井轨迹控制能力。可利用调整单弯螺杆角度和上扶正器之间的短钻铤长度或调整上稳定器的外径大小来达到增稳斜的目的。一年来的现场实践表明，四合一钻具结构具有在直井段防斜、在斜井段稳斜稳方位的使用效果，同时可取得较高的机械钻速，可实现长井段轨迹控制，并且有很好的事故预防效果。
以下通过具体实验数据对本发明的有益效果做进一步说明。
1、高效防斜打直，彻底化解防碰难题
四合一钻具结构是目前为止姬塬区块控制直井段井斜效果最好的结构，在最大程度解决机械钻速的前提下，可以实现直井段防斜打直(1000m洛河段井斜从不超过2°)，从根本上减轻防碰难度。另外四合一钻具还可以利用单弯螺杆的可调性提前绕障，使防碰变被动为主动。(以地68-56井为例)
40606队地68-56井直井段斜数据：

 测深(m)  井斜(°)  测深(m)  井斜(°) 测深(m)  井斜(°) 59  0.2  365  0.1 711  0.1 104  0.6  413  0.4 759  0.4
  152  0.4  471  0.9  807  0.1  190  0.1  519  0.7  856  0.2  219  0.4  567  0.7  904  0.3  247  0.1  615  0.1  952  0.2  300  0.1  633  0.5  982  0.4
2、延长了高效复合钻进的实施井段
首先，四合一钻具结构是一种井底动力钻具，可将井斜方位较难控制的洛河段变成可控井段；其次降低了复合钻进的增斜率，实现微增斜或稳斜的复合钻进方式，因而最大程度的延长了高效复合钻进的实施井段，实现了二开全井段复合钻进。
3、强化了复合钻进的稳方位效果
四合一钻具结构结合了塔式钻具和双稳定器的刚性，利用PDC低钻压高转速的钻进特性，强化了复合钻进时的稳方位效果；后面带稳定器，在井斜较小的情况下方位相对也稳定的多，确保了长井段小井斜稳斜、稳方位控制。有效的减少了滑动调整井段，从而提高了机械钻速。
40631队地88-53井数据：
  井段  对应地层 钻进方式  井斜变化  方位变化  备注  1231-1386  洛河/安定顶 滑动+复合  1.2-8.44  351.01  定向造斜  1386-1465  安定 复合  8.44-8.65  351.01-350.9  复合  1465-1744  直罗 复合  8.65-8.9  350.9-346.6  复合  1744-2010.5  延安 复合  8.9-7.5  346.6-348.2  复合  2010.5-2100  延长 复合  7.5-7.08  348.2-346  复合
4、全井段发挥PDC优势，减少起下钻，实现以快制胜
(1)稳定性和可控性的有机结合，使四合一钻具结构可连续满足二开后直井段、造斜段、稳斜段的要求，使得二开一趟完钻成为可能，两趟完钻成为主流，从而扩大了PDC使用井段。因此大大减少了起下钻，尤其是深井段的起下钻，纯钻时效也得以提高。
(2)充分发挥了PDC高效破岩优势，提高了全井段机械钻速。
(3)通过割面优化，利用洛河软地层定向，效率明显高于下部地层定向。也控制了最大井斜，使得下部轨迹调整难度大幅降低。
(4)钻井速度的提高，缩短了浸泡时间，降低了防塌难度。
总之，由于纯钻时效和机械钻速的提高，轨迹控制的稳定性加强，最终缩短了钻井周期，总体达到了以快制胜的效果。
(5)简单实用，容易形成规模化效应。
该钻具简单实用易操作，由于减少了轨迹控制中的可变因素，差错率有效降低，新技术员更易上手。同时也易产生“规模化”的提速效应，利于共同总结和共享规律。例如9月份气转油的40606钻井队，工程技术员没有定向井施工经验，经过一口井指导，目前所完成的4口定向井(平均井深2643米)中有两口实现一趟钻，其余两口(位移均超过600m)为两趟钻。
5、具有积极的事故预防效果
(1)减少了起下钻，从而减少了起下钻作业中的大量风险。
(2)井身剖面良好，不会形成大的狗腿度，扭矩摩阻小，有利于起下钻、电测和固井质量。
(3)由于螺杆与无磁钻铤之间加了3～6米短钻铤，可以根本避免螺杆磁性对测量仪器的干扰，避免了因测量数据失真而造成轨迹失控。
(4)直井段井斜小，可以及早主动绕障，防碰效果好。
(5)正常钻进时可减轻钻具及设备负荷，延长钻具使用寿命，减少了断钻具事故的发生。
(6)杜绝了掉牙轮事故。
附图说明
下面结合实施例附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例结构示意图。
图中：1、钻头；2、单弯螺杆；3、稳定器；4、短钻铤；5、上稳定器；6、无磁钻铤。
具体实施方式
如图1所示，四合一钻具通过组合进行轨迹控制，它至少包括钻头1、单弯螺杆2、短钻铤4、上稳定器5、无磁钻铤6；钻头1、单弯螺杆2、短钻铤4、上稳定器5、无磁钻铤6依此顺序通过螺纹连接；其中钻头1可采用PDC钻头，外径为222mm；单弯螺杆2是Φ172×1.25°或1°单弯螺杆；短钻铤4长度在3～6米之间；稳定器5外径在209-212mm之间；上稳定器5内部有专门的定向键或上接带键定向直接头。
四合一钻具组合进行轨迹控制使用：
(一)下入稳斜钻具
下入稳斜钻具的目的，在于提高下部轨迹的可预测性。如果使用增斜钻具，因为初始角小，下部井斜大，必然导致增斜过程中方位不稳，下部轨迹调整难度大。使用降斜钻具，必然导致初始角大，增大定向难度，剖面质量差。另外使用增斜钻具最大的难点是其增斜率随不同地层和井斜大小变化莫测，使得下部轨迹控制的规律性不突出。而稳斜钻具井斜变化波动范围小，因而大大提高了下部轨迹的可预测性，这样初始角就比较好掌握，轨迹控制的规律性就比较好掌握。
(二)提高造斜点，控制最大井斜
(1)要根据所下钻具的增斜能力，选择造斜点和初始井斜。不可贪图直井段抢进尺。
(2)要注意提高定向施工的效率，尤其定向前的绕障更需谨慎。
(3)根据设计位移大小，选择短钻铤长度和上稳定器外径，最好将初始井斜角确定在10°左右，最大井斜控制在20°之内，造斜点选择在洛河组顶部，最低离安定顶界200m。
(三)高度重视洛河地层施工
1、定向造斜要求
(1)定向造斜是一口井成功控制的起始环节，可能导致洛河井段整段低效滑动施工。
(2)钻压选择：10-20KN，注意加压一定要平稳，钻压不能过大。由于PDC定向对钻压要求严格，因此一定要认真校正好指重表，严格控制钻压。
(3)可钻性好的地层尤其要注意控制钻压，否则只打进尺不增斜。电动钻机尽量利用自动送钻或挂电磁刹车来控制钻压。
(4)定向时必须连续造斜，边定边复合的做法往往增斜被动。并要注意把方位及早调整到位。工具面的摆放应采用“3°前定向，超过3°扭方位”的原则进行，提高定向施工效率。
(5)如果出现井斜大于6°，方位偏差大于50°，必须采用微降斜扭方位工具面，连续滑动调整，不允许开转盘复合钻进，避免出现井斜越打越大，而方位却调不过来的现象。
2、复合调整段
定向后一般采用复合钻进，确定该钻具的增斜率，尤其钻穿华池后，进入洛河顶界0～100m井段，尽量通过复合钻进观察增斜率，然后根据所需井斜大小，选择滑动或复合。
洛河井段复合调整，一是根据增斜率适当调整井斜，二是要尽早把方位调整到位，这两个要兼顾实施，不能顾此失彼，更不能贪图抢进尺失去调整的有利时机。尤其要重视小井斜(5°)时及时调整方位，树立及时精雕细刻的微调意识，不要寄希望于洛河底部一次调整到位。力争在10°井斜时把方位摆到位，在10-15°井斜范围内再加强微调，确保15°以后再不作大幅度调整。
(四)下部轨迹的调整方法
(1)充分考虑调整的风险，在井斜大的深井中，反扭角极不好掌握，如果调整不到位甚至出现更大偏差，会不会严重影响后续施工；反之如果不进行调整，后续井段可否继续钻进，达到是否满足有线随钻施工后，可以用单只牙轮钻头和一趟钻完钻。
(2)如果反扭角没有把握，可采用滑动一根(如果井斜较小，井下畅通，可先取60-90°，有5吨以下遇阻，推荐反扭角取100～130°为宜)、复合两根，根据测斜结果修正反扭角，然后连续滑动施工2～3根的办法。
(3)测斜前上下充分活动钻具，保证所测得的数据准确。
(4)调整时根据立压变化扶钻，钻进时密切观察立压变化，加压后泵压上升1MPa为钻进依据(前后取1个固定值，0.5-1.0MPa都可，方便掌握反扭角)；
本发明实施后与常规钻具实施效果对比的数据资料
自从6月份开始使用该钻具结构以后，第四项目部的各种技术指标得到了大幅的提高
  月  度  口  数  进尺  平均井  深  钻井周  期  建井周  期  机械钻  速  钻机月  速  3  17  39171  2304.18  10.48  13.81  20.64  5232  4  32  74596  2331.13  9.93  14.68  22.16  5241  5  33  78453  2377.36  8.73  12.30  24.47  6330  6  36  85702  2380.61  8.86  12.90  23.14  6199  7  42  99074  2358.90  8.28  12.17  25.96  6663  8  39  90626  2323.74  7.01  10.88  29.48  7199  9  45  106019  2355.98  7.13  9.56  29.66  7713  10  32  75593  2362.28  7.29  10.74  29.28  7511
四合一钻具与常规钻具组合技术指标对比
  口数  进尺  (米)  平均井  深(米)  钻井周  期(天)  建井周  期(天)  机械钻速  (米/小时) 钻机月速(米 /台月)  纯钻时  效(％)  电测成功  率(％)  四  合  195  459093  2354  7.8  11.51  27.11 6956  35.62  85.13  常  规  82  192219  2344  9.56  13.54  22.73 5633  36.17  75.61  对  比  113  266874  10  -1.76  -2.03  4.38 1323  -0.55  9.52
从完成井的数据对比，一趟钻、两趟钻的钻井速度明显高于多趟钻。
主要速度指标：钻机月速度高出常规23.49％，机械钻速提高了19.27％。
  提速方  法  完井  口数  进尺  平均  井深  平均位  移  钻井  周期  建井  周期  机械  钻速  钻机  月速  纯钻时  效％  一趟钻  51  115873  2272  5.67  8.33  31.29  9023  40.05  两趟钻  133  307773  2314  409.13  7.82  11.62  26.13  6906  36.71  多趟钻  93  227666  2448  433.01  10.31  14.58  22.79  5236  31.71
本发明中未做详细说明之处，均采用的是本行业技术人员常用的技术手段，而且有的部件是市售外构件，所以在此不作进一步说明。