?215 mm雙級(jí)變徑穩(wěn)定器試驗(yàn)研究

葉文勇，胡東鋒，趙航博

（1.中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司，成都610051；2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，西安710018）

?215 mm雙級(jí)變徑穩(wěn)定器試驗(yàn)研究

葉文勇1，2，胡東鋒1，2，趙航博1，2

（1.中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司，成都610051；2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，西安710018）

常規(guī)鉆具在改變鉆具組合特性時(shí)要頻繁起鉆來(lái)更換穩(wěn)定器，作業(yè)周期長(zhǎng)，效率低，同時(shí)也增大了起下鉆遇阻卡的風(fēng)險(xiǎn)。研制的215 mm雙級(jí)變徑穩(wěn)定器，可在地面通過(guò)開(kāi)停泵遙控其外徑進(jìn)行兩級(jí)交替變化，改變鉆具組合特性，不需要起鉆具，提高了鉆井效率，降低鉆具遇阻卡的風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，雙級(jí)變徑穩(wěn)定器變徑動(dòng)作可靠，變徑狀態(tài)壓差信號(hào)顯示清楚，試驗(yàn)取得了階段性成功。

變徑穩(wěn)定器；井眼軌跡；鉆具阻卡；試驗(yàn)

直井、定向井、水平井鉆進(jìn)中，常使用固定棱穩(wěn)定器［1］改變鉆具性能，提供鉆頭偏離井眼軸線的側(cè)向力，達(dá)到增斜、穩(wěn)斜和降斜的工藝要求。但是固定棱穩(wěn)定器存在一些固有的缺點(diǎn)，例如，在易垮塌、縮徑等不穩(wěn)定地層中使用，遇阻遇卡的風(fēng)險(xiǎn)高；起下鉆過(guò)程中產(chǎn)生的“拔活塞”效應(yīng)容易誘發(fā)井涌井噴，井控風(fēng)險(xiǎn)增加；因外徑無(wú)法變化，需要改變下部鉆具的組合特性時(shí)，必須起鉆更換另一外徑的穩(wěn)定器，這樣會(huì)增加起下鉆次數(shù)。針對(duì)此種情況，研制了一種雙級(jí)變徑穩(wěn)定器［2］，在地面通過(guò)開(kāi)停泵遙控［3-5］其外徑進(jìn)行大小兩級(jí)交替變化，不起鉆改變鉆具組合特性，可用于水平井、定向井軌跡的連續(xù)調(diào)整控制，提高鉆井效率，同時(shí)也可有效降低鉆具遇卡的風(fēng)險(xiǎn)。

1　技術(shù)分析

1.1結(jié)構(gòu)

如圖1所示，雙級(jí)變徑穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)主要由本體、行程轉(zhuǎn)換元件、芯軸、彈簧、活塞式支撐頭、密封座、節(jié)流頭等組成。本體扶正棱為螺旋結(jié)構(gòu)，本體左右端均為鉆桿扣，扶正棱上均勻分布有活塞式支撐頭；本體內(nèi)腔裝有行程轉(zhuǎn)換元件、彈簧、密封座，右端裝有節(jié)流頭；行程轉(zhuǎn)換元件、活塞式支撐頭、密封座、芯軸合圍形成密封腔，密封腔內(nèi)注滿液壓油。

圖1　雙級(jí)變徑穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)示意

1.2工作原理

通過(guò)開(kāi)停泵次數(shù)控制活塞式支撐頭伸出（大徑狀態(tài)）或不伸出（小徑狀態(tài)）來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定器外徑的變化。如圖2所示，開(kāi)泵時(shí)，流體壓差推動(dòng)芯軸壓縮彈簧，行程轉(zhuǎn)換元件運(yùn)動(dòng)到短行程末端，同時(shí)擠壓油腔促使支撐頭伸出與扶正棱齊平，達(dá)到小徑狀態(tài)，一級(jí)變徑結(jié)束；停泵時(shí)，在彈簧力作用下，芯軸、行程轉(zhuǎn)換元件復(fù)位，支撐頭全部縮回本體。再次開(kāi)泵，行程轉(zhuǎn)換元件運(yùn)動(dòng)到長(zhǎng)行程末端，支撐頭全部伸出，高于扶正棱5～7 mm，達(dá)到大徑狀態(tài)，二級(jí)變徑完成；停泵，在彈簧力作用下，芯軸復(fù)位、支撐頭全部縮回本體。如此開(kāi)停泵循環(huán)，控制穩(wěn)定器外徑大小交替變化。大徑狀態(tài)立管壓力p1會(huì)比小徑狀態(tài)立管壓力p2高1～2 MPa，方便地面操作人員判斷穩(wěn)定器處于何種變徑狀態(tài)。

圖2　開(kāi)、停泵變徑狀態(tài)示意

1.3主要技術(shù)參數(shù)

一級(jí)變徑直徑與井壁環(huán)空間隙5～7 mm

二級(jí)變徑直徑與井壁環(huán)空間隙0～1.5 mm

變徑狀態(tài)壓差信號(hào)1.0～2.0 MPa

支撐頭個(gè)數(shù)10～16個(gè)

1.4技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

1） 利用液體壓差，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定器外徑的可變，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

2） 通過(guò)開(kāi)停泵次數(shù)和油壓來(lái)控制穩(wěn)定器外徑的變化，通過(guò)立管壓力差顯示變徑狀態(tài)，不會(huì)因流量的波動(dòng)或機(jī)械沖擊使支撐頭狀態(tài)發(fā)生變化，操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。

3） 支撐頭總成采用雙重防掉措施，支撐頭頂部鑲焊硬質(zhì)合金塊，入井安全性更高、使用壽命長(zhǎng)。

2　試驗(yàn)情況分析

在長(zhǎng)慶油田的某井進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)井段為二開(kāi)鉆水泥塞，實(shí)鉆井深80～120m。鉆具組合：222.25 mm PDC鉆頭+430×4A10×0.5 m轉(zhuǎn)換接頭+165無(wú)磁鉆鋌×8.71 m+4A11×410轉(zhuǎn)換接頭+（204／215）雙級(jí)變徑穩(wěn)定器×1.9 m+411 ×4 A10×0.36 m轉(zhuǎn)換接頭+165鉆鋌×5 m+ 4 A11×410×0.3 m轉(zhuǎn)換接頭+127鉆桿。

2.1井口變徑試驗(yàn)

將雙級(jí)變徑穩(wěn)定器連接入鉆具組合，放入轉(zhuǎn)盤以下，人員離開(kāi)轉(zhuǎn)盤，開(kāi)泵，立管壓力5.0 MPa，支撐頭全部伸出。停泵，緩慢將變徑穩(wěn)定器提出轉(zhuǎn)盤面，支撐頭全部縮回，變徑狀態(tài)如圖3所示。再次將變徑穩(wěn)定器放入轉(zhuǎn)盤以下，開(kāi)泵，立管壓力為3.0 MPa，穩(wěn)定器處于小徑狀態(tài)。停泵，緩慢將變徑穩(wěn)定器提出轉(zhuǎn)盤面，支撐頭全部縮回，變徑狀態(tài)如圖4所示。再進(jìn)行3次開(kāi)、停泵操作，變徑均正常，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。

圖3　井口試壓大徑狀態(tài)

圖4　井口試壓小徑狀態(tài)

表1　井口變徑試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2井底變徑試驗(yàn)

正常鉆進(jìn)中，每接1根單根，均進(jìn)行1次開(kāi)停泵操作，立管壓力也相應(yīng)發(fā)生高低變化，表2是記錄的數(shù)據(jù)，顯示變徑穩(wěn)定器在井底處于正常變徑狀態(tài)。

表2　井底變徑試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.3試驗(yàn)結(jié)果分析

1） 雙級(jí)變徑穩(wěn)定器在井口、井底均能通過(guò)開(kāi)停泵實(shí)現(xiàn)大小徑準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換，達(dá)到了設(shè)計(jì)的變徑要求。

2） 大小徑時(shí)立管壓差為1～2 MPa，通過(guò)壓力表可清晰觀察，方便地面人員直觀判斷變徑穩(wěn)定器處于何種直徑狀態(tài)。

3） 在井底復(fù)雜工況條件下，雙級(jí)變徑穩(wěn)定器各部分密封可靠。

3　結(jié)論

1） 研制的雙級(jí)變徑穩(wěn)定器經(jīng)初步試驗(yàn)表明，其變徑動(dòng)作可靠，壓差信號(hào)清楚，達(dá)到了設(shè)計(jì)的功能要求。

2） 繼續(xù)在斜井段或水平段進(jìn)行試驗(yàn)，檢驗(yàn)雙級(jí)變徑穩(wěn)定器連續(xù)調(diào)整井眼軌跡的性能。

［1］呂瑞典，肖曉華，賀林，等.鉆柱穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，25（4）：81-84.

［2］蘇義腦，竇修榮，王家進(jìn).變徑穩(wěn)定器及其應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2003，25（3）：4-8.

［3］張玉英，王永宏，鄒涌.鉆井遙控變徑穩(wěn)定器的研制及應(yīng)用［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2008，37（1）：87-89.

［4］孟慶昆，馬家驥，謝正凱，等.遙控變徑穩(wěn)定器的研制與應(yīng)用［J］.石油機(jī)械，2001，29（增）：39-42.

［5］鞏同標(biāo).遙控變徑穩(wěn)定器在勝利油田鉆井中的應(yīng)用［J］.石油鉆探技術(shù)，2007，35（6）：82-84.

Experimental Research of?215 mm Dual-stage Adjustable Stabilizer

YEWenyong1，2，H UDongfeng1，2，ZHAOHangbo1，2
（1．CNPC Chuanqing Drilling Engineering Company Limited，Chengdu 610051，China；2．State Engineering Laboratory of Low Permeability Oil and Gas Field Exploration and Development，Xi’an 710018，China）

When conventional drilling BHA characteristics change，to replace the stabilizer frequent tripping，long operating cycle，low efficiency，but also increases the risk of tripping Difficult card. 215 mm dual-stage adjustable stabilizer is developed，can be on the ground by remote control to open the outer diameter of the pump stops its alternating levels，changing BHA characteristics，without starting hole，improved drilling efficiency and reduce drilling difficult card risk.Changqing Oilfield in the field tests showed that the two-stage adjustable stabilizer adjustable reliable opera-tion，adjustable pressure signal status display is clear，test and achieved initial success.

variable diameter stabilizer；well trajectory；the drilling tool resistance card；test

TE921.203

A

10.3969／j .issn.1001-3482.2015.11.014

1001-3482（2015）11-0058-03

2015-05-12

葉文勇（1985-），男，四川仁壽人，工程師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)工作，E-mail：yewy＿zcy＠cnpc.com.cn。