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關(guān)于高效導(dǎo)向螺桿鉆具的研究與應(yīng)用的若干思考

  
評論: 更新日期:2015年07月17日

控制井眼軌跡中,實施滑動導(dǎo)向和復(fù)合鉆進(jìn)時,使用一些經(jīng)常用到的導(dǎo)向螺桿往往會發(fā)生鉆頭無法有效加載與產(chǎn)生螺旋井眼的缺陷問題,這將直接的干擾了井眼軌跡的控制成效,要想避免這些問題的發(fā)生,就必須采取高效導(dǎo)向螺桿鉆具進(jìn)行。筆者根據(jù)自身工作經(jīng)驗,主要對高效導(dǎo)向螺桿鉆具的應(yīng)用進(jìn)行了一番分析研究。
    高效導(dǎo)向螺桿鉆具指的是在螺桿鉆具驅(qū)動的地方安裝一種受螺桿鉆具驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的窄帶螺旋穩(wěn)定器,共有以下功能優(yōu)勢:在底部鉆具組合中屬于近鉆頭支點,能夠使BHA的滑動導(dǎo)向能力不斷提升;布置近鉆頭與近滿眼能夠使井壁更加的完善;進(jìn)行滑動導(dǎo)向鉆進(jìn)時,近鉆頭穩(wěn)定器會保持一種旋轉(zhuǎn)狀態(tài),其不會有太大的滑動阻力,有效防止了拖壓問題的發(fā)生,優(yōu)勢之處眾多。
    近鉆頭穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)設(shè)計及螺桿動力系統(tǒng)優(yōu)化
    1.1.近鉆頭穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)設(shè)計
    科學(xué)合理設(shè)計近鉆頭穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)對于高效導(dǎo)向螺桿鉆具利用率的提升具有重要作用,實際中應(yīng)做好以下兩方面:首先,要求穩(wěn)定器處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時應(yīng)產(chǎn)生支點效應(yīng)、具有較好的穩(wěn)定性以及實現(xiàn)低的額外扭矩;其次,做好巖屑的排導(dǎo)工作。所以,穩(wěn)定器應(yīng)以螺旋過封閉扶正翼為首選,經(jīng)過一周的旋轉(zhuǎn)能使支撐外徑處于穩(wěn)定狀態(tài)下,并且在旋轉(zhuǎn)運行過程中具有較好的穩(wěn)定性,不會產(chǎn)生大的額外扭矩。采用鉆井液軸向流速與切向速度進(jìn)行計算,知道了各種外徑螺桿鉆具過程中的扶正翼螺旋角與穩(wěn)定器的全部泄流面積。同時,有效的將巖屑進(jìn)行了排導(dǎo)。
    1.2.螺桿動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化
    在對高效導(dǎo)向螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造時,應(yīng)切實保證螺桿鉆具具有較高的動力輸出能力及良好的使用壽命??偟膩碚f,優(yōu)化螺桿動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)時,應(yīng)做到以下幾方面:選擇等壁厚定子工藝,這樣輸出扭矩及其功率就會有進(jìn)一步的提升;要求轉(zhuǎn)子使用鍍鉻工藝,然后,配合等壁厚定子,這樣螺桿鉆具的使用壽命就會長久;進(jìn)行長導(dǎo)程的設(shè)計和新添單級導(dǎo)程,使得輸出扭矩得到大大增強。
    帶高效導(dǎo)向螺桿鉆具BHA導(dǎo)向力分析
    隨著高效導(dǎo)向螺桿鉆具的實施,使得近鉆頭穩(wěn)定器和鉆頭端面間的距離不再那么遠(yuǎn),對BHA的導(dǎo)向力特征作了全面的改變。本文以下主要對帶高效導(dǎo)向螺桿鉆具BHA導(dǎo)向力進(jìn)行了分析。以下主要以φ172mm高效導(dǎo)向螺桿鉆具為例,對BHA的導(dǎo)向力變化規(guī)律進(jìn)行了一番分析研究。
    2.1.BHA結(jié)構(gòu)及參數(shù)
    鉆頭為215.9mm,高效導(dǎo)向螺桿鉆具為172mm,鉆鋌為165mm,該圖中的L1代表的是鉆頭端部與近鉆頭穩(wěn)定器支點的距離,達(dá)到了0.5m;L2l代表的是近鉆頭穩(wěn)定器支點與彎點距離,達(dá)到了1.8m;DS1代表的是近鉆頭穩(wěn)定器的外徑,達(dá)到了214mm;DS2代表的是上穩(wěn)定器外徑,達(dá)到了214mm;L2代表的是上穩(wěn)定器支點與近鉆頭穩(wěn)定器支點距離,達(dá)到了16m。
    2.2.參數(shù)影響規(guī)律
    如果結(jié)構(gòu)參數(shù)和井眼軌跡條件各異,那么,應(yīng)通過導(dǎo)向力計算軟件SABHA對相關(guān)的導(dǎo)向力特征加以準(zhǔn)確計算。從最后所得的結(jié)果可以看出,當(dāng)存在較大的井斜角時,將會進(jìn)一步加大滑動導(dǎo)向力與復(fù)合鉆井的導(dǎo)向力,相較于普通的導(dǎo)向BHA,這兩種工況狀態(tài)下的導(dǎo)向力得到了增強,因此我們將改進(jìn)后的導(dǎo)向螺桿鉆具稱之為高效導(dǎo)向螺桿鉆具。所有參數(shù)對導(dǎo)向力有以下影響規(guī)律:進(jìn)行滑動導(dǎo)向鉆進(jìn)過程中,導(dǎo)向處于一種增斜力狀態(tài),同時,上穩(wěn)定器支點與近鉆頭穩(wěn)定器支點距離越大,滑動導(dǎo)向就會在斜角的不斷增加下而有所提升,當(dāng)上穩(wěn)定器支點與近鉆頭穩(wěn)定器支點距離達(dá)到18m時,兩者間的距離最為理想,導(dǎo)向力也就會增大。進(jìn)行復(fù)合鉆進(jìn)時,若井斜角未達(dá)到10°,那么,合導(dǎo)向力屬于降斜力;若上穩(wěn)定器支點與近鉆頭穩(wěn)定器支點距離大于14m,井斜角高出10°,那么,導(dǎo)向力就會變?yōu)樵鲂绷?,同時導(dǎo)向力會隨著井斜角的不斷增大而增大;當(dāng)井斜角高出50°時,就會使得增斜力處于穩(wěn)定狀態(tài)。另外,井眼軌跡控制時,強調(diào)造斜鉆進(jìn)和穩(wěn)斜鉆進(jìn)應(yīng)共用相同的鉆具方能增強鉆井時效,因此,在明確鉆具組合結(jié)構(gòu)參數(shù)時,必須對滑動導(dǎo)向及復(fù)合鉆井導(dǎo)向兩者的功效進(jìn)行全面的考慮。
    高效導(dǎo)向螺桿鉆具應(yīng)用效果
    3.1.深部井段導(dǎo)向鉆進(jìn)效果
    在對井眼軌跡控制的要求進(jìn)行一番分析研究,結(jié)合導(dǎo)向力分析計算結(jié)果,明確選擇帶高效導(dǎo)向螺桿鉆具的底部鉆具組合配合PDC鉆頭入井。實踐證明,在導(dǎo)向鉆進(jìn)過程中,有利于工具面的控制,螺桿鉆具壓差敏感,避免了拖壓問題的發(fā)生。機械鉆速增加到了8.62 m/h。在穩(wěn)斜旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程中,井斜有了一定的降低,大概在1.4°/30 m,與預(yù)期提出的井眼軌跡控制要求完全一致。
    3.2.井眼軌跡質(zhì)量
    采用ANSYS系統(tǒng)準(zhǔn)確獲悉傳動軸受外載與約束作用狀態(tài)下的應(yīng)力分布情況,通過實踐表明,應(yīng)力值最高能夠達(dá)到434Mpa,主要位于傳動軸過渡截面位置上。根據(jù)各外徑對其最大應(yīng)力值進(jìn)行計算后發(fā)現(xiàn),在材質(zhì)條件穩(wěn)定不變下,傳動軸的外徑會有所增大,且提升了作業(yè)的安全水平,倘若將傳動軸的外徑提升5mm,那么,高效導(dǎo)向螺桿鉆具的承載能力就會提高百分之十六。因此,在實際生產(chǎn)過程中,以LZ95螺桿鉆具為例,其傳動軸的外徑應(yīng)取值100mm為宜。

    綜上所述可知,實際中使用高效導(dǎo)向螺桿鉆具對于現(xiàn)場作業(yè)與安全要求能夠很好的滿足,可以處理好普通螺桿鉆具滑動導(dǎo)向過程中無法解決的拖壓問題,可有效控制工具面,相較于普通的導(dǎo)向螺桿鉆具,高效導(dǎo)向螺桿鉆具具有更優(yōu)的深層導(dǎo)向鉆進(jìn)效率;通過高效導(dǎo)向螺桿鉆具鉆出的井眼具有較高的規(guī)則性,十分光滑,不僅使得井眼摩阻及鉆進(jìn)扭矩進(jìn)一步降低,而且對后續(xù)井下作業(yè)提供了極大的便利。

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