1、定向井常用工具简介定向井服务中心鲁礼兵2003年7月26日,海洋钻井平台,渤海8号,定向井常用井下工具,一、马达（PDM） 二、扶正器（STB） 三、非磁钻铤（NMDC） 四、悬挂短节（HOS） 五、短非磁钻铤（SNMDC） 六、浮阀（F/V） 七、定向接头（UBHO） 八、挠性短节（F/J） 九、震击器（JAR） 十、加重钻杆（HWDP） 十一、短钻铤,十二、弯接头 十三、套管开窗工具 十四、其它定向井工具,一、马 达（1）,1) 旁通阀总成 2) 马达总成 3) 万向轴总成 4) 驱动轴总成,马达主要组成部分：,一、马 达（2）,马达外型结构：,一、马达（3）,马达的工作原理:马达是一种螺
2、杆钻具（SCREW DRILLS），它是以泥浆作为动力的一种井下动力钻具。马达工作原理：泥浆泵产生的高压泥浆流，经旁通阀进入马达时，转子在压力泥浆的驱动下，绕定子的轴线旋转，马达产生的扭矩和转速，通过万向轴和传动轴传递给钻头，来实现钻井作业。旁通阀结构及工作原理： 旁通阀有旁通和关闭两个位置，在起下钻时位于旁通位置，下钻时允许环空的泥浆由旁通阀阀体侧面的阀口孔流向钻杆(钻具)内孔，起钻时使钻杆内孔的泥浆从阀体侧面的阀口流入环空，减少井台溢出泥浆，当泥浆流量及压力达到一定值时，旁通阀关闭，泥浆流经马达，将泥浆能量转换为机械能。马达总成的结构及工作原理：马达总成由转子和定子两部分组成。定子与转子之
3、间形成若干个密封腔，在泥浆动力作用下，密封腔不断的形成与消失，完成能量交换从而推动转子在定子中旋转。马达可形成几个密封腔就称几级马达。,一、马达（4）,万向轴总成的工作原理：万向轴总成位于转子下端，其作用是把马达产生的扭矩和转速传递到传动轴上。由于转子作的是偏心运动，因此要求万向轴具有较好的挠性功能，能将偏心运动转换成传动轴的定轴转动。 传动轴总成的工作原理：传动轴总成(drive shaft assembly)，它的作用是将马达的旋转动力（扭矩和转速）传递给钻头，同时承受钻压所产生的轴向和径向负荷。 泥浆马达操作参数及注意事项 工作压力 循环压力 工作压差 马达井口试验应注意的问题 不同马达
4、所允许的轴向间隙 马达使用结束后应注意的问题 马达到达井场后先要作什么,二、扶正器（1）,扶正器的分类 扶正器的作用 扶正器的形状 使用扶正器的一些技巧,二、扶正器（2）,扶正器作用在现场作业中，无论是在转盘钻具组合中，还是在导向钻具中，扶正器都具有很大的作用。在增斜钻具组合和降斜钻具组合中，扶正器起支点作用，通过改变扶正器在下部钻具组合中的位置，可改变下部钻具组合的受力状态，从而进行增斜、稳斜或者降斜来达到控制井眼轨迹的目的,还可以增加下部钻具组合的刚性，修整井眼，防止粘卡等。尽可能多的使用转盘扶正器钻具组合来进行轨迹控制。在造斜段结束之后，并在需要稳斜和降斜的时候，仍然使用转盘钻进来完成。
5、只有在下列两种情况下，才使用动力钻具进行控制： (1) 使用转盘钻扶正器组合已难以完成增斜或降斜要求时，改用动力钻具造 斜工具进行强力增斜或降斜； (2) 转盘钻扶正器组合不能控制方位，而且在钻进中常常出现方位偏差。当井眼方位有较大偏差，有可能造成脱靶时，必须使用动力钻具造斜工具来完成扭方位。,二、转盘扶正器组合（3）,此类工具不能用于改变井眼方位，仅能在已有一定斜度的井眼内改变井斜，即进行增斜、降斜或稳斜。此类工具是在转盘钻的基础上，利用靠近钻头的钻铤部分，巧妙地使用扶正器，得到各种性能的组合。 20世纪80年代以来，国内外对扶正器钻具组合的研究逐步深入。运用数学、力学和计算机工具，出现了微
6、分方程法、有限元法、纵横连续梁法、加权余量法等等方法，且都需要使用较复杂的计算机程序。在没有计算机软件计算在情况下，可使用现场常用的经验数据。转盘钻扶正器组合有三种：1) 增斜组合2) 稳斜组合3) 降斜组合,二、转盘增斜钻具组合（4）,按增斜能力分为强、中、弱三种。 使用中要注意：1. 钻压越大，增斜能力越大；2. L1越长，增斜能力越小；3. 近钻头扶正器直径减小， 增斜能力也减小。4. 注意保持低转速。,二、转盘稳斜钻具组合（5）,按稳斜能力分为强、中、弱三种。 在使用中要注意保持正常钻压和较高转速。 若需要更强的稳斜组合，可使用双扶正器串联起来作为近钻头扶正器。,二、转盘降斜钻具组合（
7、6）,按降斜能力分为强、弱两种。 使用中要注意： 保持小钻压和较低转速 对于强降斜组合来说，L1越长则降斜能力越强，但不得与井壁有新的接触点。,三、非磁钻铤（1）,非磁钻铤作用在使用MWD或者电子多点测斜仪等仪器时，在钻具组合中使用非磁钻铤可以有效防止由于钻具所带来的磁干扰，使测量结果准确有效。,非磁钻铤结构,三、非磁钻铤（2）,8 “非磁钻铤：扣型：631*630 外径：8 “ （203.2mm）内径： 3 “ 3-1/4 “ （82.55mm） 6-1/2 “非磁钻铤：扣型：411*410 外径： 6-1/2 “ (165.1mm)内径：3-1/4 “ 或 2-13/16 “ （71.4m
8、m）,四、悬挂短节,悬挂短节作用将MWD仪器坐在其中，为MWD提供一个安全稳定的测量环境。悬挂短节外壁上有一高边刻度线，其作用是校正马达高边及量MWD到马达OFFSET值。内壁有一凸出的键，为MWD座封时使用。在不使用MWD时，一定要注意先甩掉悬挂短节，以避免排量过大冲掉该键，造成井下事故。,五、短非磁钻铤,短非磁钻铤的作用：与非磁钻铤的作用类似，只是长度不同。 短非磁钻铤尺寸、内外径及扣型：8 “短非磁钻铤：扣型：631*630 外径：8 “ （203.2mm）内径：3-1/4 “ （82.55mm）6-1/2 “短非磁钻铤：扣型：411*410 外径： 6-1/2 “ (165.1mm)内
9、径：3-1/4 “ 或 2-13/16 “ （71.4mm）,六、浮阀和定向接头（1）,浮阀的作用：主要作用是防止泥浆倒流损害井下测量工具，以及防止钻头水眼被堵。 定向接头的作用：主要作用是为定向仪器（陀螺等）提供一个稳定的座封环境，便于准确地知道马达等井下工具的方向，保障下部作业顺利进行。,六、浮阀和定向接头结构（2）,七、震击器和挠性接头（1）,震击器的作用：主要作用是在卡钻时帮助解卡。 挠性接头的作用：主要作用是保护震击器，增加震击时的弹力。,七、震击器和挠性接头（2）,八、加重钻杆和钻杆,加重钻杆的作用：用在钻具组合底部来代替钻铤加压，在导向钻具定向作业中减少与井壁的接触面积，减小摩阻
10、力，利于滑动作业，增加井下安全且有利于定向井参数的控制。还用作钻铤与钻杆之间的过渡段，以减缓刚度变化。 钻杆的作用：主要作用为传递扭矩和输送泥浆，并将地面发出的功率传递给钻头，并靠钻杆的逐渐加长使井眼不断加深。,九、短钻铤,短钻铤的作用：其作用可以参看转盘扶正器组合。,十、弯接头,弯接头的作用： 在动力钻具和钻铤之间的一个接头，使该部位形成弯角从而使钻头侧向切削，改变井眼方向。其弯角越大，造斜率越大；弯曲点以上钻柱钢性越大，造斜率越大；弯曲点至钻头的距离越小且重量越小，造斜率越大。,十一、配合接头,十二、开窗工具及其它定向井工具,常见套管开窗工具：）锻铣工具2） 斜向器 (洗锥等) 其它定向井
11、工具：）承托环 ）非磁钻杆）配合接头 ）减震器）键槽破坏器 ）循环头）变向器,工具扣型识别(1),接头丝扣规范及表示方法：我国现场用三位数字来表示粗扣接头的类型，如411，420，630等。第一位数字表示工具的直径，以英寸为单位，用2、3、4(A)、5、6分别表示2-7/8 “（73mm）、3-1/2 “（89mm）、4-1/2(4) “ （114mm）、5-1/2 “ （140mm）、6-5/8 “ （168mm）工具的名义尺寸；第二位数字表示接头类型，用1、2、3三个数字分别内平、贯眼、正规三种类型；第三位数字用1和0分别表示公扣和母扣。例如：411表示4-1/2 “的钻杆，内平式的公接头
12、。,工具扣型识别(2),钻杆接头的类型： 1）内平接头（IF）：适用于外加厚及内外加厚钻杆，其接头内径钻杆加厚部分内径和钻杆本体内径相等或相近。泥浆流过该类型接头时，流动阻力小，有利于水功率的利用。但该类接头强度低，易于磨损。 2）贯眼接头（FH）： 适用于内外加厚及内加厚钻杆。接头内径等于钻杆加厚部分内径，但小于钻杆本体内径。泥浆流过时，流动阻力大于内平式接头，但强度大于内平式接头。 3）正规接头（REG）：适用于内加厚钻杆，正规式接头内径小于钻杆加厚部分内径，钻杆加厚部分内径又小于钻杆本体内径，因此该类型连接的钻杆有三种不同的内径，并且公接头内径比母接头内径还小。泥浆流过时阻力大。但该类接
13、头外径小，耐磨损，强度大，常用某些打捞工具和水龙头下部保护接头等的连接处。,工具扣型识别(),接头类型的识别：在钻井中，正确地选配和连接钻具是一项很重要的工作，若将接头配错，就会引起钻具事故。 在实际工作中如何识别不同尺寸不同类型的接头呢？ 1）、先看接头本体上有无标记槽。在标记槽内用钢字码打有“420”、“631”等字样，以识别接头扣型所用。接头一般无标记槽，但有时也大有尺寸类型代码。 2）、用特别的接头尺，在测定时通过接头尺，可以直接读出接头的尺寸和类型。 3）、公扣接头用外卡量公扣的大小端直径，母扣接头用内卡量母扣镗孔直径，然后将测得数据查表可得出接头死扣的尺寸和类型。 另外还可观察粗扣
14、的扣尖宽度和锥度的大小来识别接头的尺寸和类型。,工具扣型识别（）,数字扣型和API扣型转换 NC26=2 3/8“IF NC31=2 7/8“IF NC38=3 1/2“IF NC40=4“FH NC46=4“IF NC50=4 1/2“IF 各种工具的抗拉、抗扭极限详细数据参看钻井工具手册.,常用工具的上扣扭矩（）,常用工具上扣扭矩（）,常用工具上扣扭矩（）,井身结构,定向井工具目前的能够满足6 17 1/2 井眼作业:较大的井眼井眼轨迹易控制，小井眼难控制小井眼中: a 地层因素对轨迹的影响大 b 压力分配与大井眼相反。c 钻井参数要特别注意 套管程序:1、套管尺寸 、下深2、套管下入与井
15、眼状况有关3、为避免粘卡保证套管居中，加套管扶正器4、在大斜度井中为避免磨损下较厚套管,井身结构,粘土,松散砂岩 平原组,砂岩与泥岩互层 明化镇,含砾砂岩夹薄层泥岩 馆陶组,砂泥岩互层, 油层 东营组,垂深, 400, 950, 1200,未穿,24” 导管 90m,13-3/8”套管 200m,7” 或 9-5/8” 套管 1948m(15572664m) 垂深 1600m，水平位移 max. 1910m,1、造斜钻具：12 1/4”BIT+9 1/2 “MOTOR+1.5 “Bent sub+Orientation sub+8”NMDC1+5”HWDP 2、转盘增斜：12 1/4”BIT+
16、12 1/4” STB+8”NMDC1 +8”DC2 +12 1/4” STB +8”DC1 +12 1/4” STB +8”DC5+5”HWDP20 3、转盘降斜：12 1/4”BIT+8”NMDC1 +12 1/4” STB +8”DC1+12 1/4” STB +8”DC5+5”HWDP20 4、稳斜钻具：12 1/4”BIT +12 1/4” STB +8”SDC1 +12 1/4” STB +8”NMDC1+12 1/8” STB +8”DC5+5”HWDP20 5、导向钻具： 12 1/4 “ PDC BIT+9 5/8 “ AKO（1.221.41o）+11 1/4 “ STB+
17、8 “ NMDC1+MWD +8 “ S NMDC1+8 “ F/J & JARSUB5 “ HWDP17,12 1/4 “井眼的底部钻具组合,导向钻具组合示意图,马达导向组合,马达,金钢石复合片钻头,牙轮钻头,导向钻具组合及钻进参数(1),1) 17 1/2 井眼钟摆钻具组合: 17 1/2BIT9DC217 1/2STB+8DC1+Baffle +8NMDC18DC2+7 3/4F/J+7 3/4JAR+SUB+ 5HWDP17钻井参数: WOB: 02 tons RPM: 80120 rpm Flow Rate: 39004000L/min2) 12 1/4 井眼马达导向钻具组合: 12
18、 1/4PDC BIT9 1/2AKO（1.301.50）+11 5/8STB+8NMDC18MWD8“SNMDC1+ 8 F/V +7 3/4F/J+7 3/4JARSUB5HWDP17钻井参数: WOB: 36 tons RPM: 5060 rpm Flow Rate: 35003800L/min3) 9 7/8井眼马达导向钻具组合: 9 7/8PDC BIT6 3/4AKO（1.11.2）+9 3/8STB6 1/2NMDC16 1/2MWD6 1/2“SNMDC1+ 6 1/2F/V +6 1/4F/J+6 1/4JAR5HWDP14钻井参数: WOB: 26 tons RPM: 50
19、70rpm Flow Rate: 22002400L/min,导向钻具组合及钻进参数(2),4) 8- 1/2井眼马达导向钻具组合:8 -1/2PDC BIT6 3/4AKO（1.01.15）+8STB6 1/2NMDC16 1/2MWD6 1/2“SNMDC1+ 6 1/2F/V +6 1/4F/J+6 1/4JAR5HWDP14钻井参数: WOB: 26 tons RPM: 5070rpm Flow Rate: 17002000L/min 5) 6井眼马达导向钻具组合: 152.4mm钻头X0.37m +120mm单弯马达（0.75）X5.1m +142mm扶正器X1.4m+120mm双公
20、接头X0.76m +120mmMWDX9.6m+120mm接头X0.66m +89mm加重钻杆X182.9m钻井 钻井参数: WOB: 14 tons RPM: 5070rpm Flow Rate: 870L/min,马达导向组合的优缺点(3),马达导向组合的优点:马达导向组合的缺点:,旋转导向组合,以-/“井眼为例来了解旋转导向组合：-/“PDC+6-3/4“ Power Drive+6-1/2“ F/V+6-3/4“ PD-STB+5“PD-FJ+6-3/4“ CDR+6-3/4“ MWD+6-3/4“ CDN+5“NMDP+6-1/2“ (F/J+JAR)+5“ HWDP1+5“ DP8
21、4+5 “ HWDP12+5 “ DP钻井参数: WOB: 26 tonsRPM: 5070 rpm Flow Rate: 17501950 L/min备注: CDN： 地层密度、孔隙度测量CDR：电阻率、伽玛值测量,旋转导向系统（Power Drive）,旋转导向系统优点,旋转钻进时连续导向： 1、排除了滑动钻进 2、减少了扭矩和摩阻 3. 提高了井眼质量 4、改善了井眼清洁 5、提高了机械钻速 6、降低了循环当量密度 7. 选择最佳钻井参数获得最大机械钻速 8.降低了压差卡钻的风险 9.钻头的钻井性能选择优于钻头可导向性的选择 10.大位移钻井全过程定向控制 11.低风险钻进大多数高难度井眼轨迹的井节省钻机时间。,油田技术事业部定向井服务中心（塘沽）,诚恳地欢迎大家提出宝贵的意见!,
