定向井新工具介绍

一种定向井随钻堵漏工具 PBL的应用介绍【摘要】布尔干油田是世界第二大油田，位于波斯湾沿岸的科威特境内，东距阿拉伯湾海岸20km。

布尔干油田的储集层总厚度达400m且具有极好的物理特性，砂岩平均孔隙度超过25%，渗透率为1～4µm2,油田储量丰富，单井产能极高。

其地层以石灰石和白云岩居多，天然裂缝性漏失严重，尤其在定向井的钻井生产中，频繁起钻更换常规钻具堵漏耗时耗力，大大增加了生产周期。

PBL的引入，实现了动力钻具定向时随钻堵漏的方便性，在BG1139井的现场应用过程中效果显著，口井施工周期缩短了近20% 。

关键词：随钻堵漏；PBL；裂缝性漏失；旁通；剪切压力一、前言BG1139井为一口三开定向井，二开398m开始定向，整个二开井段自DAMMAN 至MUTRIBA地层为一长段的石灰石、白云岩裂缝性地层，而且漏失量大，漏失速度快[1]，甚至钻井液只进不出。

这就需要起钻更换大水眼的常规钻具组合进行堵漏，堵漏成功后再起钻更换动力钻具定向，如此反复，耽误时效，给施工带来了极大麻烦。

二、PBL的结构及技术参数PBL源自威德福国际油服公司，可提供尺寸范围是203.2mm-304.8mm，下面以BG1139井使用的209.6mm尺寸为例，参数构成如下：PBL旁通孔关闭状态允许的最大排量为95L/S，打开状态允许的排量范围是12.6-126L/S[2]。

PBL旁通孔下面是一个带水眼的弹簧结构，一方面保证钻井液或堵漏材料的顺畅通过，另一方面在投入聚酯球后，开泵作用于该结构从而使旁通孔切换成打开状态。

弹簧结构的下面是一个带底的具有一定强度的不锈钢接收笼，其长度能容纳10个钢球和5个聚酯球，可以实现5个循环的堵漏与钻进模式切换。

给现场施带来了很大的方便。

PBL全长2.44-3.05m，重量为6.78KN，能承受的温度极限为220 ℃，本体抗拉强度为16460KN，抗扭强度为454 KN.m；接头抗拉强度为4551KN，抗扭强度为115 KN.m。

第章定向井、水平井专用工具第一节定向接头一、定向接头类别目前国内常用的定向接头有两种：定向直接头和定向弯接头，定向直接头用于弯壳体螺杆定向钻进，而定向弯接头则用于直壳体螺杆定向钻进。

定向弯接头因其具有制造简单、使用方便、成本低廉等特点，目前使用较为普遍。

二、技术规格定向弯接头规格表表1-1外径（mm）内径（mm）连接螺纹弯曲角度（°）长度(mm)备注母扣公扣196.85 80 630 531 1.25760 衬套内径50mm 1.501.752.002.252.502.75158.75 70 4A10 431 1.25500 衬套内径50mm 1.501.752.002.252.502.75107.95 57 310 331 1.25450 衬套内径35mm 1.501.752.002.252.502.75三、基本结构1、直接头的基本结构，包括壳体、扶正套、定向键和定位螺钉，如图1-1所示：图1-12．定向弯接头的基本结构，包括壳体、扶正套、定向键、定位螺钉如图1-2所示：定向弯接头结构示意图图1-2弯接头弯曲度数的计算公式：α=57.3(a-b)/d式中：α——弯曲角度（º）a——长边长度（mm）b——短边长度（mm）d——外径（mm）四、弯接头性能不同螺杆钻具使用弯接头在不同井眼的造斜率表1-2第二节无磁钻铤一、作用由于所有磁性测量仪器在测量井眼的方向时，感应的是井眼的大地磁场，因而测量仪器必须是一个无磁环境。

然而在钻井过程中，钻具往往具有磁性，具有磁场，影响磁性测量仪器，不能得到正确的井眼轨迹测量信息数据，利用无磁钻铤可实施无磁环境，并且具有钻井中钻铤的特性。

国外已有相当数量的无磁钻铤产品于1990年列入API标准。

我国根据国外产品和产品样本制订了SY/T 5145-86《无磁钻铤》标准。

二、工作原理无磁钻铤工作原理如图2-1所示：无磁钻铤的作用原理示意图2-1注：①地磁场线；②磁性测量仪；③钢钻铤；④干扰磁场线；⑤钻头接头；⑥无磁钻铤无磁钻铤上下的干扰磁场线对测量仪器部位没有影响，因而无磁钻铤为磁性测量仪器创造了一个无磁环境，保证了磁性测量仪器测到的数据为真实大地磁场信息。

1．单点定向此方法只合用造斜点较浅的状况，往常井深小于 1000 米。

因为造斜点较深时，反扭角很难控制，且定向时间较长。

施工过程以下：（l〕下入定向造斜钻具至造斜点地点〔注意：井下马达一定按厂家要求进行地面试验〕。

〔2〕单点测斜，丈量造斜地点的井斜角，方向角，弯接头工具面；〔3〕在测斜照相的同时，对方钻杆和钻杆进行打印，并把井口钻杆的印痕投到转盘面的外缘上，作为基准点；〔4〕调整工具面〔调整后的工具面是：设计方向角十反扭角〕。

锁住转盘、开泵钻进；〔5〕定向钻进。

每钻进 2～ 4 个单根进行一次单点测斜，依据丈量的井斜角和方向角实时修正反扭矩的偏差，并调整工具面；〔6〕当井斜角抵达8～10 度和方向适合时，起钻换增斜钻具，用转盘钻进。

在单点定向作业中要注意：①在确立了反扭角和钻压后，要严格控制钻压的变化范围，往常在预约钻压±千牛〔 2 吨〕内变化；②每次接单根时，钻杆可能会转动一点，注意转动钻杆的打印地点至预约地点；③假如调整工具面的角度较大〔＞ 90 度〕，调整后应活动钻具 2～3 次〔停泵状态〕，以便钻杆扭矩快速传达。

第六节方向调整段轨迹控制一、什么时候需要下动力钻具调整井眼轨迹（1〕井眼的方向角不切合设计要求时。

（2〕利用转盘钻已经达不到合理调整井眼井斜角和方向角的要求时。

〔 3〕井眼的井斜角不切合设计要求时〔转盘钻钻具组合已经达不到要求〕。

二、下入什么样的钻具组合进行井身轨迹调整：依据井眼轨迹调整所需要的造斜率来决定下入的钻具组合，一般来说需要按造斜率的大小来选择钻具组合：造斜率在10°～ 15° /100 米之间能够下入弯接头的钻具组合来达成。

造斜率在15°～ 30° /100 米之间能够下入单弯的钻具组合来达成。

造斜率在30°～ 45° /100 米之间能够下入双弯的钻具组合来达成。

〔当前改进了的单弯造斜率已有所提高〕三、如何确立钻具反扭角造斜点深度0 ～～～～～～ 3000 (m)5001000150020002500反扭角 ( °)2030507090110一般状况： 30° /1000米左右，但也有其余状况，反扭角不不过是遇到钻压的影响，还遇到井目圆滑程度的影响等等。

四．螺杆钻具使用方法1．地面检查(1) 螺杆上、下接头（旋转钻头短节）是否有松扣或松动现象，如有松扣现象进行紧扣。

(2) 下接头固定螺栓是否有松扣现象，若有进行紧扣。

(3) 旁通阀是否能关闭，若不能关闭，可采用机油浸泡活动，直到能关闭为止。

(4) 要注意观察弯螺杆上部弯方的标记与下部弯接头弯曲的方向是否一致。

(5) 螺杆钻具上、下钻台必须使用绷绳绷，防止碰撞损坏螺杆钻具。

(6) 用游车吊起螺杆钻具，测量轴承壳体与旋转短节间的轴向间隙，在下放游车让螺杆钻具触到转盘，再测量轴承壳体与旋转短节间的轴向间隙，两者间隙差6-1/2"螺杆不大于6mm，7-3/4"和9-5/8"螺杆不大于8mm，否则应更换螺杆。

(6) 让螺杆钻具与方钻杆相接，把扣上紧，将螺杆钻具的旁通阀下放到转盘面以下，开泵，小排量使钻井液流进马达，应能看见钻井液从旁通阀的旁通孔流出；随着排量加大，马达开始转动，旁通阀关闭；如一切正常，停泵卸方钻杆，接钻头下钻。

2．钻具下井(1) 下放钻具及其组合应小心地控制下放速度。

下钻遇阻，应开泵循环，慢慢划眼通过。

若带有弯接头或弯壳体的钻具遇阻时应间歇性地转动钻具，慢慢通过，以防止划出新眼。

(2) 对深井和高温井，下放钻具建议周期性地进行中途循环。

(3) 在井内，若钻井液不能迅速通过旁通阀阀口流进钻柱中，应减慢下放速度或不时停下来充罐泥浆。

3．启动(1) 钻具达到预先确定的位置，可以开泵循环。

，(2) 定向前充分清洗井底。

4．钻进(1) 下钻完，接方钻杆前把钻杆滤子放入钻杆；钻头离井底1米以上开泵，开泵正常后方能下放钻进，缓慢均匀加压。

(2) 钻进中要随时注意泵压变化情况（当排量给定的前提下）、钻时、岩性变化情况，防止意外事故发生。

(3) 对于弯螺杆要注意选择弯曲角的大小，以满足钻井工程设计的要求。

(4) 钻进中几种异常情况的处理：◆指重表摆动不停。

将钻头提离井底，循环几分钟，待指重表稳定后再钻进。

第三章---定向井主要钻井工具介绍第三章定向井主要钻井工具介绍3.1 泥浆马达介绍泥浆马达由：驱动头、轴承总成、万向接头、转子、定子和旁通阀组成。

其马达部分由定子和转子组成，泵入钻具的钻井液流经马达推动转子转动后再流经钻头，转子的旋转力传递给钻头带动钻头旋转。

图3-1，井下马达的主要部件。

图3-1井下马达的主要部件下面以纳维钻具为例分别介绍泥浆马达的各主要部件：3.1.1旁通阀旁通阀是为了使循环液绕过马达，因此，下钻时可让循环液灌入钻柱；起钻或接钻杆时可让管内液体泻出。

当无循环或低泵量循环时，弹簧使活塞处于上部位置，此时，孔道开启，泥浆可流入钻柱或自钻柱流出。

活塞的动作取决于排量，相当于推荐最大排量的30%时活塞被下推座于活塞座上，于是孔道被封闭，钻井液径直流经马达如果停泵，弹簧再将活塞顶回到原来上部位置，孔道又被开启。

图3-2 旁通阀示意图3.1.2 多级马达目前各类井下马达多为容积式马达，基本由以下两部分组成：①具有螺旋形内腔的橡胶硫化定子。

②螺旋形的钢转子，其表面镀有硬度材料以减少磨损并防止腐蚀。

在定子橡胶和转子抗磨及抗腐蚀金属表面间是连续密封的，所以当泥浆经马达时转子就转动(如图3-3所示)。

图3-3 容积式马达转子和定子剖视图这种马达最大优点是：①钻井扭矩直接和马达产生的压降成正比。

②转子的转速只取决于排量，不受扭矩的影响，因此，当进行钻井作业时，在钻台上就可以确定并控制转速和扭矩。

3.1.3 万向轴转子下端和万向轴总成相连,万向轴可把转子的非同心转动转变为驱动接头的同心转动。

万向轴总成由两个万向接头组成，每个万向接头均以抗油强力橡胶套密封并充满黄油，橡胶套密封的作用旨在使万向接头不受泥浆污染。

3.1.4 轴承总成和驱动接头用轴承支撑的驱动接头将马达的转动和扭矩传给钻头。

约有2%的泥浆排量通过并润滑轴承，绝大部分钻井泥浆经径向轴承上面的水槽进入驱动轴并经钻头流出。

3.1.5 泥浆马达的类型目前大多数泥浆马达都是按螺杆原理工作。