导向钻井钻具组合结构造斜特性分析.doc

138 石油天然气学报 (江汉石油学院学报) 2007 年 4 月 第 29 卷 第 2 期Journal of Oil and Gas Technology (J1J P I) Ap r1 2007 Vol1 29 No1 2导向钻井钻具组合结构造斜特性分析张新红 , 冯 定 (长江大学机械工程学院 , 湖北 荆州 434023) 摘要 在导向钻井钻具组合结构中 , 本体稳定器 、上稳定器的选用与计算外径 , 以及螺杆弯角的选用 ,对用全力增 、减方位时的侧向力有影响 , 可用来评价导向钻井钻具造斜特性 , 分析和设计导向钻具组合 。 现场使用结果表明 , 螺杆本体稳定器采用偏心式时计算外径与丈量直径存在偏差 ; 上稳定器对钻头侧向力具有较大的影响 , 可以优化设计 ; 螺杆弯角对钻头侧向力影响较大 , 需合理使用 。 关键词 导向钻井 ; 钻具组合结构 ; 稳定器 ; 造斜 ; 力学分析 中图分类号 T E9211 2 文献标识码 A 文章编号 1000 9752 (2007) 02 0138 03随着大斜度 、大位移 、水平井等井型的广泛实施 , 以弯螺杆和随钻测量为主的导向钻井技术成为目前使用频率最高的一种钻井技术 , 形成了导向钻井新技术方式 13 。其主要特点是利用了偏心防斜原理 在弯螺杆钻具转动过程中表现出的稳斜性 。这使传统 “五段制”和 “三段制”剖面可以用一种钻具一趟 钻实现 , 从而大大提高了钻井效率 。导向钻井技术应用的关键是底部钻具组合的选配 , 目前在现场应用 中仍存在许多认识上的误区 , 造成施工的盲目性 。笔者通过对导向钻具几个力学问题的分析 , 将现场遇 到的问题理论化 , 用以指导现场设计及施工 。在设计钻具组合结构时 47 , 为了取得钻进中的稳斜效果 , 就要分析在装置角为 90或 270 (全力 增 、减方位) 时的造斜力大小 。通过调整底部钻具组合各参数值 , 使钻头侧向力趋于零 8 。1 本体稳定器的选用与计算外径水平井常用的稳定器有单弯螺旋稳定器和直筋稳定器 。螺旋型稳定器可形成规范的计算直径和可靠 的支点 , 从而得到稳定的工具面和造斜率 ; 但定向时钻进阻力大 , 因此在井斜较大时不宜选择螺旋稳定 器 。一般水平井用螺杆均选择直筋型稳定器 , 以减少钻进中的阻力 , 特别是连续造斜和全角变率较大时 尤其如此 。螺杆本 体 稳 定 器 外 径 一 般 设 计 为 欠 尺 寸 , 国际 标 准 推 荐 值 为 比 井 眼 直 径 小 3 i n ; i n (11 58831 175 mm) 。螺杆上给定的是稳定器的 实际结构直径 , 在力学分析时 , 当使用偏心稳 定器时 , 由于偏心的影响 , 计算输入直径与实际结构直径发生偏差 , 需作计算 。偏心稳定器 最大偏心结构见图 1 。以三筋直筋型稳定器为例 。在外圆周增加 了 3 根轴向直筋扶正块 , 一般是 1 大 2 小 , 且 相对于圆周非均匀分布 , 其形心与质心有一偏差 。偏心稳定器增加了钻头侧向力 , 使弯螺杆 具有更好的造斜性 。江汉油田以前曾引进过多 筋稳定器螺杆 , 没有偏心度 , 在造斜过程中造图 1 偏心稳定器最大偏心结构示意图斜率极低 , 尤其在降斜时 , 造斜率达不到 1/ 10 m , 后在笔者的建议下终止了使用 , 目前均采用带偏心 收稿日期 2007 01 20 作者简介 张新红 ( 1964 ) , 男 , 1987 年大学毕业 , 讲师 , 现从事工程力学 、石油机械方面的教学与研究工作 。 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第 29 卷第 2 期张新红等 : 导向钻井钻具组合结构造斜特性分析139 稳定器结构的单弯螺杆 。对于同心稳定器 , 计算直径与结构直径是相等的 。而对于偏心直筋稳定器 , 在钻具转动过程中计算 直径不断变化 , 可求出 2 种特殊状态下的数值 , 即最小值和最大值 。当大直筋块中心 A 转到井眼低边时 , 偏心距最小 , 为 :lsmin = ( Do - Ds ) / 2( 1)当稳定器顺时针转动时 , 大直筋块偏离井眼低边时 , 偏心距越来越大 , 当 2 小块扶正块边缘接触下井 壁时 , 偏心距最大 , 为 :olsmax = D2s- D2 si n2- Ds co s( 2)相应的稳定器计算直径最大和最小值分别为 :Dsmax = Ds ( 3)olsmin = Do + Ds co s -D2s- D2 si nq( 4)对于三筋直筋型稳定器 , 取 = 45, 井眼直径 Do = 2151 9 mm , 稳定器结构外径 Ds = 212 mm , 则得实 际计算外径 Ds = 2101 4 mm ; 结构外径为 213 mm 时 , 计算外径为 2111 8 mm 。可见实际计算直径比丈 量外径要小 12 mm 。由于弯螺杆在钻进过程中存在扩径现象 , 导致计算直径与规则井径有偏差 。对于稳定器结构外径 , 当井径分别为 2151 9 , 220 , 225 , 230 mm 时 , 计算外径值分别为 2101 4 , 2081 86 , 2071 09 , 2051 44 mm 。 可见 , 井径越大 , 计算外径值越小 。需根据实际计算外径值设计和分析钻具的性能 。在导向计算时 , 考虑装置角的影响 , 为简便计算 ,Ds曲线 + Dsmin可用下式近似表示 : Ds均 = 22 上稳定器的选用与计算外径为了获得更好的稳斜效果 , 在螺杆上增加一个上稳定器 , 外径需与螺杆本体稳定器计算外径相符 。 常使用螺旋稳定器 , 螺旋稳定器形心与质心相同 , 不产生偏心 。当不装上稳定器时 , 一般复合钻进时表现为较强的增斜效果 。选用不同的上稳定器可获得不同的轨迹效果 。上稳定器外径变化对钻头侧向力有一定影响 。当外径由小变大时 , 钻头侧向力下降 , 趋向稳斜 ; 当 外径增大到一定程度 , 则表现为降斜效果 (图 2) 。这与现场规律是相符的 。以 165mm 单弯螺杆为例 ,图 2 上稳定器外径变化对钻头侧向力影响规律 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 140 石油天然气学报 (江汉石油学院学报) 2007 年 4 月当本体稳定器采用 212 mm 时 , 计算外径 212 mm 。上稳定器不装时造斜效果最强 , 安装 212 mm 欠尺寸稳定器稳斜效果最好 , 采用足尺寸稳定器 214 mm 时钻具表现为一定的降斜特性 。3 螺杆弯角对造斜的影响螺杆结构弯角增加 , 钻头侧向力增大 8 。在滑动定向钻进时 , 根据设计需要的造斜率确定螺杆弯角的大小 , 常选用级别为 111 5, 造斜率 可达到 26 () / 10 m 。在转盘复合钻进时 , 弯角度数越大 , 钻头侧向力越大 , 稳斜效果越差 。因此 , 弯角较大的螺杆尽可 能缩短转盘钻进时间和进尺 。水平井 (大斜度井) 螺杆现场使用情况见表 1 。根据现场使用效果 , 得出以下结论 : 1单弯配上稳定器外径 210 mm , 具有较好的稳斜效果 , 造 斜率可控制在 01 3 () / 100 m 以内 ; 11 25以上单弯造斜率在 01 52 () / 100 m , 稳斜效果较差 ;不加上稳定器时 , 造斜率较大 , 不利于稳斜 。表 1 几口水平井 (大斜度井) 螺杆现场使用情况序号井号井段/ m 弯角/ () 稳定器配置造斜率 () / 100 m1 王 63 斜 - 4 1 212 + 210 01 22 广平 4 31073142 1 212 + 210 01 253 王西平 2 34573469 11 25 212 11 44 代 9 斜 - 3 7681100 1 212 + 210 - 01 15 长斜 9 10501550 11 25 213 + 214 - 11 8因此 , 当需要 长 井 段 复 合 稳 斜 钻 进 时 , 推 荐 采 用 以 下 钻 具 结 构 ( 以 2151 9 mm 井 眼 为 例 ) : 2151 9 mm优质钻头 + 165 mm 单弯螺杆 (弯角 1以下 , 带三筋偏心稳定器 , 外径 212213 mm)+ 208 211 mm 螺旋稳定器 + 1581 75 mm 无磁钻铤 + 1581 75 mm 变通钻铤 。 参考文献 1 张绍槐 1 现代导向钻井技术的新进展及发展方向 J 1 石油学报 , 2003 , 24 ( 3) : 8285 , 891 2 李继丰 1 导向钻井技术现状及发展方向 J 1 采油工程 , 2005 , ( 4) : 351 3 肖仕红 , 梁政 1 旋转导向钻井技术发展现状及展望 J 1 石油机械 , 2006 , 34 ( 4) : 66701 4 闫文辉 , 彭勇 1 旋转导向钻井工具导向执行机构设计 J 1 天然气工业 , 2006 , 26 ( 11) : 70721 5 李继博 , 彭勇 , 李军强 等 1 旋转导向钻井工具控制轴刚度分析 J 1 石油钻探技术 , 2006 , 34 ( 6) : 52541 6 冯长青 , 张光伟 1 旋转导向钻井工具外壳的优化设计 J 1 中国石油石化 , 2006 , ( 20) : 661 7 彭勇 , 闫文辉 , 李继博 1 旋转导向钻井工具导向力优化设计 J 1 石油钻探技术 , 2006 , 34 ( 2) : 10141 8 李增科 1 导向钻井有关力学特性的分析 J 1 江汉石油科技 , 2003 , 13 ( 3) : 46481 编辑 苏开科 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. High temperat ure sco uring te st sho w s t hat af ter sco uring wit h 200 water vapo r fo r 100 PV , per meabilit y and pl uggingratio of t he co re have no great changes , it sho w s t hat t he agent ha s a higher temp erat ure resi sting a bilit y1 The agent ca n be used fo r p rofile co nt rol in water injectio n well s a nd pl ugging t he steam cha nneling in st ea m soaking well s1 It i s expec2 ted t hat it wo uld be high efficiency fo r fiel d applicatio n1Key words : oily sl udge ; high temp erat ure p rofile co nt rol agent ; perfo r mance eval uatio n ; steam soa k117 A Novel Data Processing Method f or Mea suring Relat ive Molecular Weight of Polymer Dr ill ing Fl uidAddit ives by Viscosity MeansZHEN G Li2hui , LIU Do ng ( Chi na U ni ve rs i t y o f Pet rol e um , B ei j i n g 102249 ; M O E Ke y L aborat or y of Pet role um En g i nee ri n g i n Chi na U ni ve rs i t y o fPet role um , B ei j i n g 102249)WAN Yo ng2sheng , WANG Xu , LIANG Yi ( S ic h u an Pet role um A d m i nist rat i on B u re au , Che n g d u 610051)ZHU Shu2bing ( T a ri m Oi l f iel d Com p an y , C N PC , Korl a 841000)Abstract : The p rinciple of mea suring by vi sco sit y mea ns t he polymer relative molecular weight i s mea suring t he solvent vi sco sit y inf l uence degree by additive s w hen it s sol utio n co ncent ratio n i s clo se to zero1 No w single2line o r do uble2line i s adop t ed to regre ss t he relatio n bet ween t he polymer sol utio n reduced vi sco sit y a nd it s co ncent ratio n1 The t rait vi sco sit y i s o btained by t he regressed fo r mula a nd t he polymer relative molecular weight i s calculated by t he t rait vi sco sit y empi ric equatio n1 A polymer drilling f l uid additive relative molecular weight of wa s mea sured in la bo rato ry1 The co r relatio n co2 efficient of t he relatio n regre ssed by t he linear p rocessing met ho d i s lo wer1 So a no vel polyno me met ho d fo r data p roce ss2ing fo r regressing t he relatio n i s develop ed , and it s co r relatio n coefficient i s higher a s well a s t he relative molecula r weight calculated by t he polyno me means i s mo re greater t ha n t hat of t he linear mea ns1 A no t her polymer drilling f l uid additive data regressio n i s made by t he no vel met ho d , t he same co ncl usio n can be achieved1 So t he pol yno me met ho d f ea2 sible to calculate t he relative molecula r weight of t he polymer drilling f l uid additive s i s f urt her verified1 Key wo r d : vi s2 co sit y mea ns ; mea surement ; polymer ; drilli ng f l uids additive s ; relative molecula r weight ; data p roce ssing ; met ho d135 Development and Appl icat ion of A Ga s Preventive Sucker Rod PumpLIU Do ng2qi , SHE Mei2qing ( Y an g t z e U ni ve rs i t y , J i n g z hou 434023 ; He nan Oi l f iel d Com p an y , S I N O P EC , N any an g 473132)PENG J ia n2wen ( He nan Oi l f iel d Com p an y , S I N O P EC , N any an g 473132)Abstract : In co nsideratio n of t he p ro blems in deep well s , re servoir wit h high oil a nd ga s ratio a nd a s well a s high inf l u2 ence , lo w p ump efficiency and high p ump maintena nce of co nventio nal t ubula r p ump , a a nnula r valve t ype a nd ga s p re2 ventive sucker ro d p ump i s developed1 The st r uct ure a nd p rinciple of t he a nnula r valve t yp e and ga s p reventive ro d p ump a nd a s well a s t he eff ect of sealing material o n t he operatio n lif e of t he valve , p ump op eratio n co nditio ns , ra nge of it s a2 dap ta bilit y , point s fo r at tentio n a nd field applicatio n a re di scussed1 A vol umet ric efficiency of t he p ump i s simulat ed in la bo rato r y under diff erent submer gences and diff erent oil and ga s ratio1 When t he oil a nd ga s ratio i s wit hi n 300m3 / t , it s vol umet ric efficiency ca n be a s high a s 60 %1 When it i s at 1500m3 / t , t here will no t be a ga s lock in t he p ump1 Field ap2 plicatio n sho w s t hat w hen t he oil and ga s ratio i s a bo ut 250 m3 / t , 10 p ercent of p ump efficiency ca n be rai sed , and it s maintenance can be reduced a s well1Key words : sucker ro d p ump ; high oil a nd ga s ratio ; cr ude oil ; p ro ductio n ; applicatio n138 Analysis on Structural Def lect ing Characters of Do wn hole Assembly f or Steering Dr ill ingZHAN G Xin2ho ng , FENG Ding ( Y an g t z e U ni ve rs i t y , J i n g z hou 434023)Abstract : In t he st r uct ure of do w nhole a ssembly fo r steering well drilling , t he selectio n of tool stabilizer , upp er stabiliz2 er and