水平井钻井专用工具解剖
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用途:是一种专门从有孔落物的内孔进行造扣打捞的工具。
结构:长锥形整体结构,分为接头和打捞丝扣两部分。
工作原理:公锥进入落物内孔后,加适当钻压,并转动钻具,迫使打捞螺纹挤压吃入落鱼内壁进行造螺纹,当所造螺纹能承爱一定的拉力和扭矩时,采取上提或倒扣方法将落物捞出。
技术规范:外型尺寸105*535 接头NC31 打捞螺纹表面硬度HRC60-65抗拉极限932MPA 打捞直径54-77mm 冲击韧性>=58.8J/cm2操作方法:下至鱼顶1-2米时,开泵冲洗,并逐步下放工具至鱼顶,观察泵压变化。
如泵压突然上升,指重表悬重下降,说明公锥进入鱼腔,可以进行造扣打捞。
若悬重下降而泵压无变化说明公锥插入鱼腔外壁的套管环形空间,应上提转动钻柱,重对鱼腔。
注意事项:1.不允许猛顿鱼顶,以防将鱼顶或打捞螺纹顿坏。
2.切忌在落鱼外壁与套管内壁的的环形空间造扣。
3.工具下井前上部应接安全接头。
名称:母锥MZ/NC31-1用途:是一种从管状落物外壁进行造扣打捞的工具。
结构:是长筒形整体结构,由接头与本体两部分构成。
工作原理:依靠打捞螺纹在钻具压力与扭矩的作用下,吃入落物外壁造扣,将落物捞出。
技术规范:外型尺寸114*350 接头NC31 打捞21/2油管.27/8钻杆2油管接箍等。
操作方法:下至鱼顶1-2米时,开泵冲洗,并逐步下放工具至鱼顶,观察泵压变化。
如泵压突然上升,指重表悬重下降,说明落鱼进入母锥,可以进行造扣打捞。
注意事项:1.不允许猛顿鱼顶,以防将鱼顶或打捞螺纹顿坏。
2.打捞外径较小落鱼时,应加引鞋。
3.工具下井前上部应接安全接头。
名称:滑块打捞矛HLM-D(S)73用途:是内捞工具,可以打捞钻杆、油管、封隔器、偏配等具有内孔的落物,又可对遇卡落物进行倒扣或配合其它工具使用。
结构:由上接头、矛杆、卡瓦、锁块及螺钉组成。
工作原理:矛杆与卡瓦进入鱼腔之后,卡瓦依靠自重向下滑动,卡瓦与斜面产生相对位移直至与鱼腔内壁接触为止。
井下工具井下工具分类井下工具包括扶正器、随钻震击器、取心筒、浮阀、水力割刀、刮管器、铅模、公锥、母锥、卡瓦打捞筒、磁铁打捞器和反循环强磁打捞器、一把抓、反循环打捞篮和反循环强磁打捞篮、磨鞋、安全接头、套管捞矛、接头等。
扶正器扶正器是下部钻具结构的重要组成部分,它可以防止井壁对钻具的磨损,根据扶正器在钻柱中的位置不同起到防斜、纠斜和稳斜的作用。
按其安装位置分为钻柱型和井底型(近钻头);按照扶正器翼片形式分为整体扶正器和可换套式扶正器;按照扶正器翼片形状分为螺旋扶正器和直翼扶正器。
随钻震击器随钻震击器是随钻柱一起进行钻井作业的井下解卡工具,当钻井过程中发生卡钻事故时,可根据需要及时启动震击器,进行连续上击或下击,使之解卡恢复正常钻进。
我公司现用随钻震击器是ANADRILL CO.E.Q.全机械式的,有4 3/4“、 6 1/2”、8“等几种规格。
该震击器可以单独选择向上、向下两个方向的冲击力,震击负荷预先在地面调较,也可以在井口现场调校,该震击器对扭矩不敏感,它有一个全机械释放机构,配有能在油中密封的工作部件,可以减少内部磨损。
另外,为了减少震击器心轴的挠曲应力,在震击器的下端要接上挠性接头。
随钻震击器的安装位置随钻震击器一般安置在最上倒数第二和第三根钻铤之间,也就是在中性点之上5吨张力部位,这样状况最好;但根据井下复杂情况,也可以安装在中性点之下使用。
经过检修的随钻震击器送井时都带了维修报告,维修报告中包括一份震击力调试报告。
在震击力调试报告中,标明了几种上击和下击的震击负荷,并标有“字母”记号,意思是此时定位的上、下击负荷。
这个震击负荷是根据一般状况下需要的。
如果需要比“字母”位高或低的震击负荷,现场可以调节。
浮阀钻井过程中,特别是钻到很疏松的砂粒岩且岩石很细碎,在井眼的环空会有很多的细砂,在下钻、接单根时泥浆会倒流,大量砂粒从钻头水眼进入钻具内,开泵就可能造成堵死水眼。
目前各油田正普遍开展钻大角度斜井、水平井,钻井中一般须使用MWD和井下动力钻具。
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。
一、公锥1、名称:公锥2、用途:公锥是一种专门从油管、钻杆等有孔落物的内孔进行造扣打捞的工具。
3、结构:它是长锥形整体结构,分接头和打捞丝扣两部分。
4、工作原理当公锥进入打捞落物内孔后,加适当钻压,并转动钻具,迫使打捞螺纹挤压吃入落鱼内壁进行造扣,当其能承受一定拉力和扭矩时,可上提或倒扣起出全部或部分落物。
5、技术规范型号外形尺寸mm 接头螺纹抗拉极限KN 打捞直径mm GZ105-1 φ105×535 NC31(210)932 54~77 GZ105-2 φ105×475 NC31(210)932 72~90 6、操作方法当工具下至鱼顶以上1-2m时开泵冲洗,并逐步下放工具至鱼顶,观察泵压及悬重,泵压突然上升,悬重下降时,正明公锥进入鱼腔,可进行造扣打捞。
7、注意事项操作时不准猛顿鱼顶,防止将鱼顶或打捞丝扣顿坏。
切忌在落鱼外壁与套管内壁之间的环空造扣,以免造成严重后果。
工具下井前上部应接安全接头。
二、母锥1、名称:母锥2、用途:它是一种专门从油管、钻杆等柱状落物外壁进行造扣打捞的工具。
3、结构:它是长锥形整体结构,由接头与本体两部分构成。
4、技术规范型号接头螺纹外形尺寸打捞范围MZ/NC31-1 NC31(210)φ114×350 φ73油管、钻杆MZ/NC31-2 NC31(210)φ114×390 φ73油管、钻杆加厚部位MZ/NC31-3 NC31(210)φ115×440 φ73加厚油管、钻杆接箍5、工作原理它是靠打捞螺纹在钻压与扭矩作用下,吃入落物外壁进行造扣打捞。
6、操作方法当工具下至鱼顶以上1-2m时开泵冲洗,并逐步下放工具至鱼顶,观察泵压及悬重,泵压突然上升,悬重下降时,证明鱼顶进入母锥,可进行造扣打捞。
7、注意事项操作时不准猛顿鱼顶,防止将鱼顶或打捞丝扣顿坏。
打捞外径较小落鱼时应加引鞋。
工具下井前上部应接安全接头。
三、滑块卡瓦捞矛1、名称:滑块卡瓦捞矛2、结构:上接头、矛杆、卡瓦、锁块、螺钉3、用途:是一种内捞工具,专门从落物内孔打捞,也可进行倒扣作业当工具进入落鱼后,卡瓦依靠自重向下滑动,与矛杆发生相对位移,与矛杆中心线距离增大,直至与落鱼内壁接触,上提管柱,斜面向上运动产生的径向力,迫使卡瓦吃入落物,实现打捞;6、操作方法1)地面检查矛杆尺寸是否合适,卡瓦上下滑动是否灵活;2)下至鱼顶以上1-2米,开泵冲洗,并记录悬重、泵压及方入;3)继续下放管柱,悬重有下降显示,观察捧鱼方入与入鱼方入变化;4)上提管柱,悬重增加,证明捞获;5)倒扣时,上提至设计倒扣负荷再增加10-20KN,进行倒扣作业;7、注意事项落物重量较大、严重遇卡或鱼顶为外螺纹时,为防止不损坏鱼顶,在工具外面加尺寸合适的引鞋;工具下井前上部应接安全接头。
摘要:螺杆钻具是一种井下动力钻具,它是由高压泥浆驱动的容积式马达,把液压能转化为钻头转动所需的动能。
它具有结构简单、过载性能好、在小井眼和转盘不易加扭矩时也能得到大的扭矩和功率,钻进快,已广泛应用于垂直钻井、定向钻井、水平钻井、直井和修井作业中。
随着钻井工程的快速发展,螺杆钻具也有了长足的发展,目前国产螺杆钻具在国内市场已基本上占有主导地位,已较好地满足了我国钻井工程的需要,但还存在许多不足之处。
在对螺杆钻具的基本原理和结构功能分析之后,并对改进措施和今后的发展提出了自己的一点看法。
关键词:螺杆钻具;基本原理;钻具失效;钻具改善目录1 绪论 (3)1.1研究的目的和意义 (3)1.2国内外发展概况及趋势 (3)2 螺杆钻具的基本原理 (4)2.1螺杆钻具的基本原理与结构特征 (4)2.1.1 工作原理 (4)2.1.2 螺杆钻具结构 (5)2.2螺杆钻具的性能特点与工作特性 (7)2.2.1 螺杆钻具的性能特点 (7)2.2.2 螺杆钻具的工作特性 (8)3 螺杆钻具的失效分析 (9)3.1螺杆钻具失效主要原因 (9)3.1.1失效的结构因素 (9)3.1.2失效的工艺因素 (10)3.1.3失效的使用因素 (10)3.2螺杆钻具技术改进措施 (11)3.2.1 壳体防脱 (11)3.2.2 壳体防断 (11)3.2.3 传动轴防断防掉 (12)4 螺杆钻具的参数计算及设计要点 (12)4.1螺杆马达的工作原理的进一步介绍 (12)4.2螺杆钻具的设计要点 (13)4.2.1 螺杆钻具的总体设计 (13)5 结论 (14)1 绪论1.1 研究的目的和意义螺杆钻具又称定排量马达,是一种容积式井下动力钻具,是目前最广泛使用的一种井下动力钻具,主要用于定向井、水平井的造斜及扭方位施工,一部分也用于直井反扣或侧钻作业中。
螺杆钻具具有功率大、转速低、扭矩大、压降小、容易启动等优点,目前被油田广泛应用。
认知和研究螺杆钻具让更多的人了解螺杆钻具的基本原理、结构、失效形式、以及改进方法。
水平井钻井专用工具 水平井钻井技术是指在一定钻井工艺的控制下使井眼由垂直状态变为水平状态或近似水平状态,这种钻井原理同定向钻井极为类似,也可以说,水平井钻井即是一种难度较大的特殊定向钻井。水平井要求在产层或某一指定的地层钻成有一定长度延伸的水平段,这就决定了其工艺上固有的特殊性。而工具的选择与使用必须能够保证钻头(或钻柱)按照设计的井眼轨迹准确运行。 水平井、特别是中半径水平井井身轨迹的特殊性,需要造斜工具必须具有较高的造斜能力,这是钻成水平井的基本保障;其次,在满足高造斜率要求的基础上还必须使工具有较好的稳定性。要想使井眼有一定的偏斜并不困难,以往的定向钻井工艺早已解决了这方面的问题,但当井斜角大到一定程度后,继续增斜、至使井斜角接近或超过90°,这就存在着很大的难度,这是常规的定向钻井工具所不能完成的。另外,水平井段的钻进也是我们前未遇的新问题,钻柱在这种特殊状态下的延伸必须有特殊的工具辅以维持。 为了满足水平井钻井施工的需要,设计制造出钻各种大、中曲率半径水平井的井下专用工具,通过现场试验使用进一步改进完善,总结出适合水平井钻井的工具模式。一般说来,水平井钻井的生产工序环节,大致上分为造斜,增斜、稳斜或稳平,有时根据地质要求需另附加水平取芯段。水平井井身轨迹的控制要求严格,各阶段使用的工具不尽相同,各种工具的研究技术难点也各不相同。 水平井钻井工具主要包括水平井钻井常用井下工具和地面工具两部分,该章主要介绍的井下工具是稳定器、无磁钻铤、螺旋钻铤、加重钻杆、定向接头、弯接头、定向弯接头、定向造斜专用PDC钻头、井底动力钻具(螺杆动力钻具、涡轮钻具)•和水平井取心工具等。地面工具主要包括转盘量角器、钻杆量角器、钻铤量角器、方钻杆标定尺、钻杆划线规、定向键调节扳手。 稳 定 器 一、概述 稳定器用途最为广泛,不论是增斜降斜段,还是稳斜稳平段,都是不可缺少的工具之一。根据不同生产段的需要和水平井自身的特点,有着不同稳定器的形状及几何尺寸。综合考虑各种客观因素,确定稳定器在钻具组合中的最佳位置。 1.稳定器的种类: 按稳定器的结构可将稳定器分为以下几种类型:螺旋稳定器、直条稳定器、无磁稳定器、可换片稳定器、滚子稳定器、偏心稳定器、近钻头稳定器(双母稳定器)等。 2.各种稳定器的特点: (1)•直条稳定器有结构简单起钻较容易的特点,对井壁切削最严重,稳定器效果不如螺旋稳定器好。 (2) 螺旋稳定器稳定器效果好,但起钻困难,易泥包。 (3)•滚子稳定器扭矩最小,稳定效果好,方位不易右漂,但存在结构复杂、价格高、更换滚子困难等缺点。 (4) 无磁稳定器用于无磁钻铤之间需要使用稳定器的情况下。 (5)•近钻头稳定器(双母稳定器)直接接钻头,不需要配合接头,缩小了钻头到稳定器中点的距离。 3.稳定器的用途特点 井底钻具组合通过在不同部位接入稳定器,可以有效的改变钻具与井壁的触点,使得钻具成为增斜组合、稳斜组合、降斜组合等。稳定器与钻具组成不同钻具组合用以完成各井段的施工,其基本工作原理在水平井中同样得到了充分利用,水平井稳定器应具有如下几个方面的特点: a)在大斜度或水平井段使用旋转方式钻进时必须具有更好的保径性能及耐磨性能。 b) 在大斜度或水平段使用时,要有利于传递钻压、减少摩阻。 c)在钻具组合中能更好地起到单点支撑作用,有利于控制井身轨迹达到设计要求。 d)在各类地层中都有良好的扶正效果,并使井径扩大率控制到最小。 e) 减少泥浆流动的环空阻力,保证井眼畅通,起下顺利。 f)在测量对磁性干扰有特殊要求的场合,稳定器应采用无磁材料。 二、水平井稳定器的结构 稳定器在水平井中的作用效果与其本身的形状和外形尺寸有密切关系。为了满足水平井钻井过程中控制增斜,稳斜或降斜等的需要,设计了短螺旋稳定器、球形稳定器,锥形稳定器、偏心稳定器和动力钻具稳定器。 1. PWZ锥形稳定器 PWZ 型锥形稳定器主要用于近钻头的钻具扶正。设计扶正翼较短、取三棱螺旋状结构,螺旋槽在转动时能使泥浆以较小的阻力流过,有利于清洗井壁,扶正翼与本体间以30°倒角过渡,螺旋条凸起表面及倒角背锥加密镶装硬质合金以增加其耐磨性。为在软地层中加强稳定效果并能有效地控制井径扩大率,螺旋体取圆锥外形增加了与井壁接触面积。 2. PWD型短螺旋稳定器 PWD 型外螺旋稳定器为钻柱型稳定器,•在钻具组合中通常加于PWZ之上,与一般螺旋稳定器相比,其主要特点是减少了扶正面积,可降低磨擦阻力,其他设计要求与 PWZ基本相同。 3. PWQ球形稳定器 PWQ 形稳定器表面设计近似球形,主要是为了减小磨阻,容易通过造斜井段。在旋转钻井钻具组合中通常配接在 PWD之上,用于稳直段;有时,该稳定器也替代 PWD与 PWZ配合用于增斜或降斜。 4. PWL型动力钻具稳定器 PWL 型动力钻具稳定器用于弯壳体动力钻具的近钻头扶正,主要作用为增斜。•基于减少磨阻和便于钻压传递的考虑,PWL型稳定器初始设计为五棱鼓形结构,由于在使用中发现因块正条翼间距较大,条翼凸部与动力钻具的背弯不易准确对正,难以实现与井壁稳定地支撑,而凸、凹部位做为支点所产生的造斜效果却相差较大,为此在设计上做了如下的改进:将其中两扶正条间填平加工成一个宽条,其宽度约为原在单扶正条的3倍,宽块正条安装在动力钻具的背弯方向,在井内支撑于下井壁。这一改进较好地解决了稳定扶正和有效控制造斜率的问题,在以后水平井的施工中得到了满意的效果。 5. PWP型偏心稳定器 PWP 型偏心稳定器通常加接在紧靠在动力钻具的上面,有利于增强动力钻具的刚性,•从而使造斜率均匀一致并保证方位稳定。PWP偏心稳定器的加入可与动力钻具组配成更有利于造斜的钻具结构。安装时应使其偏心距最大的部位与动力钻具弯向一致,使之与上井壁接触,从而迫使稳定器的背部成为钻具在下井壁的一个稳定支点。PWP与近钻头稳定器相互作用,使动力钻具的倾斜、钻头偏移量和侧向力的方向都将更有利于井身轨迹沿增斜趋势延伸。 三、稳定器在定向井、水平井钻具组合中的作用原理 稳定器在钻具组合中的安放位置不同,钻具组合所表现的性质就不同,一般地将,近钻头稳定器离钻头越近,钻头的增斜力就越大,反之钻头的增斜力则越小。对于用两只以上稳定器的钻具组合来讲,一号稳定器和二号稳定器之间的距离在有效范围内越大,钻头的增斜 力越大,反之钻头的增斜力越小。下边应用力学理论对稳定器的作用原理进行分析。 L1 L2 L3 L4
图5-1 底部钻具组合示意图
设a.井壁是刚性的; b.稳定器与井壁之间无摩擦; c.钻柱旋转无影响; d.钻具组合中共有n个稳定器。 根据纵横连续梁理论,那么第i(i=1,2,…,n)个稳定器的三弯矩方程为:
式 中:
Si 第i段钻柱的轴向力 N Mi 第i个稳定器处的钻柱内弯矩 N·M Ri 第i个稳定器处的井壁反力 N R0 钻头处的井壁反力 N Qi 第i段钻柱的横向载荷 N/m Ii 第i段钻柱的惯性矩 m4 E 钻柱的弹性模量 N/m2 Pi 第i段钻柱在空气中单位长度重量 N/m ρc 钢材密度 g/cm3 ρm 钻井液密度 g/cm3 α 井斜角 (°) Δri 第i个稳定器与井壁之间的半径差值 m
iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiEQILqILqMILMILILMIL64421311131111111211123)2sin(3IiiiiiiiiiiuuuLrrLrrQ
212
3
2
4)(3)2(23)2(3iiiiiiiiiiiIEILSu
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Yi 第i段钻柱的最大挠度 m θφ 钻头转角 rad
切点处的辅助方程:
第i个稳定器处的井壁反力 式 中:
由上述三式可以求得钻头处的侧向力Pc: 式中 ΔrI=Di-D井眼 DI为稳定器的外径, D井眼 为井眼直径。
上式表明了稳定器的安放位置、外径对钻头的侧向力起着重要作用。当井径一定时,稳定器外径在有限范围内越大,钻头的增斜力越大。安放位置离钻头越远,钻头增斜力越小。
四、稳定器在定向井、水平井轨迹控制中的应用实践 稳定器在钻具组合中的工作原理,早已在一般直井和定向井的钻井实践中得到了认识。由于水平井和大位移井在世界各油田的普及与发展,使得人们对稳定器的工作原理及其作用下的造斜规律取得了更为深刻的认识,虽然理论推导和公式计算与实际有一定差距,但也正确地反映了其作用规律。下边针对多年来的钻井实践,通过对部分井使用情况的统计分析,•可以看出稳定器在钻具组合中影响造斜性能的一般规律。
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