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

摘要：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[1]。

關(guān)鍵詞：高效導(dǎo)向螺桿；鉆具；井眼軌跡控制

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[1]。

1.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)[2]。

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[4]。

2.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[5]。

2.1.BHA結(jié)構(gòu)及參數(shù)

下圖是改進(jìn)導(dǎo)向BHA的結(jié)構(gòu)：

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[5]。

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Γ瑫r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[3]。

3.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[2]。

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[3]。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。

4.結(jié)論

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[2]。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭艷麗，付敏清，劉紅莉.高效導(dǎo)向螺桿鉆具的研究與應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012年08期.

[2]曹陽，狄勤豐，朱衛(wèi)平，陳占鋒，等.高效導(dǎo)向螺桿鉆具的研究與應(yīng)用[J].鉆采工藝，2011年03期.

[3]王春陽，黃繼慶，陸天明等.螺桿鉆具整機性能試驗研究[J].鉆采工藝，2010（1）：73—75，89.