一种刚柔变形防斜打快钻具组合的制作方法

1.本发明涉及油气钻井工程技术领域，具体涉及一种刚柔变形防斜打快钻具组合。


背景技术：

2.高陡构造带由于地层倾角大，自然造斜能力强，井眼容易发生倾斜从而严重影响井眼质量以及钻井时效。对于高陡构造地层，自动垂直钻井工具适应性较好，但是由于其结构复杂、制造成本高，工具现场使用费用昂贵；另外随着井深的增加，井眼尺寸变小、井下温度压力升高，小井眼以及高温高压条件下，垂钻工具的适用性受到限制。现场目前常用钟摆钻具进行防斜纠斜作业，其原理是钟摆钻具组合在钻头处产生一个降低井斜的作用力，利用该降斜力实现井斜的不断降低，但是钻具组合的变形又会使得钻头产生一个增井斜的钻头转角，而且钻压越大，转角越大，限制了钟摆钻具只能施加小钻压进行轻压吊打，严重影响了钻井速度。实践表明，钻头转角对于井斜的影响较大，因此，探索一种经济有效的防斜打快钻具组合，使得钻头的转角在大钻压条件下钻具组合发生变形时形成降井斜方向的钻头转角，对于实现高效防斜、纠斜、打快的作业目标具有重要的意义。
3.公开号为cn101260783的发明，创造中公开了一种预弯曲动力学防斜打快钻井方法，其特征在于采用带预弯曲结构的钻具组合，以地面驱动的方式，利用其预置变形引导钻具组合以有序的涡动方式，使钻头上的动态侧向力具有远大于常规钟摆钻具组合的降斜力特征，并消除了常规钟摆钻具组合所具有的钻头增斜转角，实现防斜打快目的。该发明专利规避了钻头转角对井斜控制的不利影响，但是没有充分利用钻头转角对井斜控制的有利效果。
4.公开号为cn106703695a的发明创造中公开了一种大钻压防斜纠斜钻具组合，钻头、下部粗钻具、下部细钻铤、扶正器、上部细钻铤、上部粗钻铤依次连接，通过钻具组合结构给钻头施加大的钟摆力以及促使钻头正切削面转向降斜方向来实现防斜打快。但是钻具组合中上部细钻铤、下部细钻铤的加入会使钻具组合变形复杂，导致钻头转角不易控制而影响井斜控制效果。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、经济有效的防斜打快钻具组合，在钻具组合受力发生变形后，钻头处产生朝向降井斜方向的钻头转角，使得钻具组合朝向钻头轴线方向钻进从而使井斜角不断降低。并且，随着钻压的增大，钻具组合变形后钻头偏转角度逐渐增大，钻具组合的防斜效果也逐渐增强，实现钻压增加的同时有利于提高机械钻速和有效控制井斜确保井眼质量的双重目的。
6.为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
7.一种刚柔变形防斜打快钻具组合，包括自下而上依次连接的钻头、柔性钻具、扶正器和重钻铤。
8.根据本发明的刚柔变形防斜打快钻具组合，在一定井斜角条件下，上部重钻铤由
于受重力作用使该段钻铤躺在下井壁上，重钻铤与柔性钻具间的扶正器起到支点作用，钻头到扶正器间的柔性钻具自身重力小，受到上部重钻铤和扶正器的联合作用，克服自身重力而产生下弓变形，在进一步施加轴向钻压的作用下，柔性钻具下弓变形更大，柔性钻具的变形带动钻头产生指向降井斜方向的钻头转角，在钻头旋转破岩钻进条件下，钻具组合朝钻头轴线方向钻进，使得井眼的井斜角不断降低，从而起到防斜纠斜的作用，同时钻压的增大使得钻头转角更大，对应的降斜能力越强，钻具组合可以起到防斜与打快的双重目标。并且本发明的钻具组合，相比现有技术，结构更加简单，易于生产、维修就使用，制作成本和生产成本低，性能稳定，使用过程中不会为钻井作业带来其他方面的风险。
9.对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。
10.根据本发明的刚柔变形防斜打快钻具组合，在一个优选的实施方式中，柔性钻具的长度为5-8m。
11.钻头至扶正器间柔性钻具的长度对钻具受力变形后钻头转角影响较为显著，随着柔性钻具长度的增加，钻头转角先增大后减小，在5-8m范围内存在最优长度使得钻头转角达到最大值，钻具组合的防斜效果最佳。
12.进一步地，在一个优选的实施方式中，柔性钻具的长度为6-8m。
13.6-8m范围内的钻具长度能够在充分考虑到柔性钻具的具体结构的基础上尽可能保证钻具组合的防斜效果最佳，比如采用小尺寸螺杆钻具的情况。
14.具体地，在一个优选的实施方式中，柔性钻具采用小尺寸螺杆钻具。
15.这种结构形式的柔性钻具，可以增加钻头转速，一方面提高井眼降斜速率，另一方面可以提高机械钻速水平。
16.具体地，在另一个优选的实施方式中，柔性钻具采用细钻铤。
17.采用细钻铤结构的柔性钻具，由于壁厚和刚性较大，在钻压的作用下不易折断，因此在保证柔性钻具产生必要的变形和保证压缩条件下的必要强度能够尽可能增加防止井斜的效果。
18.具体地，在一个优选的实施方式中，柔性钻具的外径不小于现场井眼内最小钻铤的外径。
19.这种结构的柔性钻具能够有效确保柔性钻具的强度。
20.具体地，在一个优选的实施方式中，柔性钻具的钻进方式为转盘、顶驱和复合钻进方式。
21.采用多种形式的钻进方式有利于钻具组合适用于软硬交错、大倾角等复杂地层中并具有良好效果。
22.具体地，在一个优选的实施方式中，扶正器为欠尺寸扶正器，扶正器的外径小于钻头的外径。
23.这种结构形式的柔性钻具便于与钻头形成过盈配合保证整个钻具组合的结构强度，并且能够保证在钻具组合钻进的过程中起到很好地支撑作用，促使柔性钻具克服自身重力而产生下弓变形。
24.具体地，在一个优选的实施方式中，扶正器为钻井用普通扶正器。
25.采用普通常规钻井工具组合的钻具组合，易于生产、维修及使用，制作成本和使用成本相较于现有钻井工具低，性能稳定，使用过程中不会为钻井作业带来其他方面的风险。
26.具体地，在一个优选的实施方式中，钻头为牙轮钻头或pdc钻头。
27.同样的道理，采用普通常规钻井工具组合的钻具组合，易于生产、维修及使用，制作成本和使用成本相较于现有钻井工具低，性能稳定，使用过程中不会为钻井作业带来其他方面的风险。
28.相比现有技术，本发明的优点在于：
29.(1)本发明提供的防斜打快钻具组合结构简单，仅利用普通常规钻井工具组合而成，易于生产、维修及使用，制作成本和使用成本相较于现有钻井工具低，性能稳定，使用过程中不会为钻井作业带来其他方面的风险；
30.(2)本发明利用钻具组合的受力变形，控制钻头转角由增井斜方向转向降井斜方向，将井斜控制的不利条件化为有利条件，在大钻压条件下，更可以提高钻具组合防斜效果，实现钻井提速与井眼提质的双重效果；
31.(3)下部柔性钻具可以采用小尺寸螺杆钻具增加钻头转速，提高机械钻速水平；
32.(4)本发明井下钻具组合可与任何钻头配合，在软硬交错、大倾角地层有良好效果。
附图说明
33.在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
34.图1示意性显示了本发明实施例的钻具组合的整体结构；
35.图2示意性显示了本发明实施例的钻具组合在斜井眼中的变形状态；
36.图3示意性显示了本发明实施例的钻头转角随柔性钻具长度的变化规律；
37.图4示意性显示了本发明实施例的钻头转角随钻压的变化规律。
38.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
39.下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
40.图1示意性显示了本发明实施例的钻具组合10的整体结构。图2示意性显示了本发明实施例的钻具组合10在斜井眼中的变形状态。图3示意性显示了本发明实施例的钻头1转角随柔性钻具2长度的变化规律。图4示意性显示了本发明实施例的钻头1转角随钻压的变化规律。
41.如图1和图2所示，本发明实施例的刚柔变形防斜打快钻具组合10，包括自下而上依次连接的钻头1、柔性钻具2、扶正器3和外径在φ178mm-φ192mm范围内的重钻铤4。
42.根据本发明实施例的刚柔变形防斜打快钻具组合，在一定井斜角条件下，上部重钻铤由于受重力作用使该段钻铤躺在下井壁上，重钻铤与柔性钻具间的扶正器起到支点作用，钻头到扶正器间的柔性钻具自身重力小，受到上部重钻铤和扶正器的联合作用，克服自身重力而产生下弓变形，在进一步施加轴向钻压的作用下，柔性钻具下弓变形更大，柔性钻具的变形带动钻头产生指向降井斜方向的钻头转角，在钻头旋转破岩钻进条件下，钻具组合朝钻头轴线方向钻进，使得井眼的井斜角不断降低，从而起到防斜纠斜的作用，同时钻压的增大使得钻头转角更大，对应的降斜能力越强，钻具组合可以起到防斜与打快的双重目
标，如图3和图4所示。并且本发明的钻具组合，相比现有技术，结构更加简单，易于生产、维修就使用，制作成本和生产成本低，性能稳定，使用过程中不会为钻井作业带来其他方面的风险。
43.本发明实施例的刚柔变形防斜打快钻具组合10，优选地，柔性钻具2的长度为5-8m，尤其优选为6-8m。钻头至扶正器间柔性钻具的长度对钻具受力变形后钻头转角影响较为显著，随着柔性钻具长度的增加，钻头转角先增大后减小，在5-8m范围内存在最优长度使得钻头转角达到最大值，钻具组合的防斜效果最佳。6-8m范围内的钻具长度能够在充分考虑到柔性钻具的具体结构的基础上尽可能保证钻具组合的防斜效果最佳，比如采用小尺寸螺杆钻具的情况。
44.具体地，在本实施例中，柔性钻具2采用外径在φ127mm-φ165mm范围内的小尺寸螺杆钻具。这种结构形式的柔性钻具，可以增加钻头转速，一方面提高井眼降斜速率，另一方面可以提高机械钻速水平。具体地，在另一个优选的实施例中，柔性钻具2采用外径在φ127mm-φ165mm范围内的细钻铤。采用细钻铤结构的柔性钻具，由于壁厚和刚性较大，在钻压的作用下不易折断，因此在保证柔性钻具产生必要的变形和保证压缩条件下的必要强度能够尽可能增加防止井斜的效果。
45.具体地，在本实施例中，柔性钻具2的外径不小于现场井眼内最小钻铤的外径。这种结构的柔性钻具能够有效确保柔性钻具的强度。具体地，在本实施例中，柔性钻具2的钻进方式为转盘、顶驱和复合钻进方式。采用多种形式的钻进方式有利于钻具组合适用于软硬交错、大倾角等复杂地层中并具有良好效果。
46.具体地，在本实施例中，扶正器3为欠尺寸扶正器，扶正器3的外径小于钻头1的外径。采用这种结构形式的扶正器，能够保证钻具组合在钻进的过程中起到很好地支撑作用，促使柔性钻具克服自身重力而产生下弓变形。具体地，在本实施例中，扶正器3为钻井用普通扶正器，钻头1为牙轮钻头或pdc钻头。采用普通常规钻井工具组合的钻具组合，易于生产、维修及使用，制作成本和使用成本相较于现有钻井工具低，性能稳定，使用过程中不会为钻井作业带来其他方面的风险。
47.根据上述实施例，可见，本发明涉及的刚柔变形防斜快打钻具组合，结构简单、经济有效，在钻具组合受力发生变形后，钻头处产生朝向降井斜方向的钻头转角，使得钻具组合朝向钻头轴线方向钻进从而使井斜角不断降低。并且，随着钻压的增大，钻具组合变形后钻头偏转角度逐渐增大，钻具组合的防斜效果也逐渐增强，实现钻压增加的同时有利于提高机械钻速和有效控制井斜确保井眼质量的双重目的。
48.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。