CN113882805A - 一种易斜难钻地层打快提速的钻具组合 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种易斜难钻地层打快提速的钻具组合，包括顺序连接的直螺杆动力钻具、垂直钻井***和钻头，在钻头内嵌设有传感器，传感器能用于实时检测钻头处的井斜角和位置信息。垂直钻井***能实时接收传感器发送的井斜位置信号，并能实时调整井眼轨迹，以实现自动纠斜。本发明在易斜难钻地层能采用更高机械转速，实现打快提速的目的，且纠斜效果可靠。

Description

一种易斜难钻地层打快提速的钻具组合
技术领域
本发明是关于油田钻探工程技术领域，尤其涉及一种易斜难钻地层打快提速的钻具组合。
背景技术
在易斜难钻地层中防斜打直一直是困扰钻井界的一个难题。目前面对这一难题，应用的主要技术是采用钟摆钻具组合和弯螺杆造斜钻具组合来实现钻进。当井斜需要降斜时，这两种钻具组合绝对不能使用太大的钻压，不然不仅不能起到降斜的效果，还极有可能增加井的斜度。同时，进行钻进的时候还需要对井斜进行随时测量，参照结果及时调整钻井参数，这样会对钻井效率造成严重的影响。所以，在易斜难钻地层进行垂直钻井的时候，采用传统的防斜技术，难以释放钻压，从而使得钻井速度无法得到提高，使钻井效益受到了严重限制。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种易斜难钻地层打快提速的钻具组合，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种易斜难钻地层打快提速的钻具组合，在易斜难钻地层能采用更高机械转速，实现打快提速的目的，且纠斜效果可靠。
本发明的目的是这样实现的，一种易斜难钻地层打快提速的钻具组合，包括顺序连接的直螺杆动力钻具、垂直钻井***和钻头；在钻头内嵌设有传感器，传感器能用于实时检测钻头处的井斜角和位置信息；垂直钻井***能实时接收传感器发送的井斜位置信号，并能实时调整井眼轨迹，以实现自动纠斜。
在本发明的一较佳实施方式中，垂直钻井***包括控制部分和机械部分，控制部分与传感器和机械部分均电连接；控制部分能实时接收井斜位置信号，并能控制机械部分动作，以调整井眼轨迹。
在本发明的一较佳实施方式中，传感器为陀螺仪传感器。
在本发明的一较佳实施方式中，传感器嵌设在钻头的内孔的中心位置。
在本发明的一较佳实施方式中，钻头为牙轮钻头、PDC钻头或复合钻头。
在本发明的一较佳实施方式中，直螺杆动力钻具为大扭矩直螺杆，大扭矩直螺杆的扭矩大于7kN·m。
在本发明的一较佳实施方式中，在直螺杆动力钻具的两端分别连接有第一稳定器和第二稳定器，第二稳定器与垂直钻井***连接。
在本发明的一较佳实施方式中，第一稳定器和第二稳定器均为多筋稳定器。
在本发明的一较佳实施方式中，多筋稳定器具有多条扶正筋，并在扶正筋上设有抗研磨切削齿。
在本发明的一较佳实施方式中，易斜难钻地层打快提速的钻具组合还包括钻铤，钻铤与第一稳定器远离直螺杆动力钻具的一端连接。
由上所述，本发明中的钻具组合通过无弯角的直螺杆动力钻具、垂直钻井***以及传感器的配合，利用垂直钻井***来实时调整轨迹达到自动纠斜的目的，而并非现有中依靠小角度弯螺杆的低速滑动钻进来调整轨迹，在易斜难钻地层可以显著解放钻压，提高破岩效率，提高钻井速度，实现打快提速的目的。同时，垂直钻井***设在近钻头端，更靠近钻头，并将传感器嵌设在钻头内，能反应真实井底钻头处的井斜位置，纠斜效率更高。而且垂直钻井***通过控制功能来实现纠斜，应用在难钻地层时也能实现更好的轨迹控制，纠斜更加可靠。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1：为本发明提供的易斜难钻地层打快提速的钻具组合的结构图。
图2：为图1中A处的放大图。
图3：为图1中B处的放大图。
图4：为图1中C处的放大图。
附图标号说明：
1、钻头；2、垂直钻井***；3、第二稳定器；4、直螺杆动力钻具；5、第一稳定器；6、钻铤。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1至图4所示，本实施例提供一种易斜难钻地层打快提速的钻具组合，包括顺序连接的直螺杆动力钻具4、垂直钻井***2和钻头1，在钻头1内嵌设有传感器，传感器能用于实时检测钻头1处的井斜角和位置信息。垂直钻井***2能实时接收传感器发送的井斜位置信号，并能实时调整井眼轨迹(也即调整钻头1的前进方向)，以实现自动纠斜。
具体地，现有技术中依靠动力钻具的弯角来调整井眼轨迹的方式中，不能使用太大钻压，对钻压有一定限制，应用于难钻地层时严重限制钻井效益。针对现有技术中出现的能实现纠斜功能的垂直钻井***来说，主要是依靠自身的机械结构特性来实现纠斜，针对较软地层而言还可以利用自身结构特性自动实现纠斜，针对难钻地层而言较难能依靠自身结构实现纠斜功能，纠斜效果不佳。
而本实施例中的轨迹调整由垂直钻井***2来实现，直螺杆动力钻具4具体是一直螺杆(具体结构为现有技术)，为无弯角动力钻具，主要用于提供破岩扭矩和转速，并不用于调整井眼轨迹，在钻井时垂直钻井***2的实时纠斜作用与直螺杆动力钻具4提供扭矩和转速的作用两者并不影响；在针对难钻地层时，直螺杆动力钻具4可以提高钻头1转速，以提升钻头1的破岩效率。同时，垂直钻井***2自带控制功能，并与设在钻头1内的传感器相配合，根据传感器检测的井斜位置信息便可以控制其内部的结构动作，以在钻进时实时调整轨迹自动纠斜，相较于现有技术中依靠自身机械结构本身特性纠斜的方式而言，应用于难钻地层时工作更加可靠。
由此，本实施例中的钻具组合通过无弯角的直螺杆动力钻具4、垂直钻井***2以及传感器的配合，利用垂直钻井***2来实时调整轨迹达到自动纠斜的目的，而并非现有中依靠小角度弯螺杆的低速滑动钻进来调整轨迹，在易斜难钻地层可以显著解放钻压(也即对钻压并没有限制，可以提高钻压)，提高破岩效率，提高钻井速度，实现打快提速的目的。同时，垂直钻井***2设在近钻头端，更靠近钻头1，并将传感器嵌设在钻头1内，能反应真实井底钻头1处的井斜位置，纠斜效率更高。而且垂直钻井***2通过控制功能来实现纠斜，应用在难钻地层时也能实现更好的轨迹控制，纠斜更加可靠。
在具体实现方式中，垂直钻井***2包括控制部分和机械部分，控制部分与传感器和机械部分均电连接。控制部分能实时接收井斜位置信号，并能控制机械部分动作，以调整井眼轨迹。
通过控制部分实时接收传感器检测的井斜位置信号，然后控制其机械部分的相应结构动作，便可以实现自动控制调整轨迹的作用。即便在难钻地层，控制部分也能及时控制机械部分动作实现纠斜，控制可靠。
对于机械部分的具体结构可以采用现有技术中任一方式实现，例如本实施例中垂直钻井***2可以采用自动旋转导向垂直钻井工具，机械部分包括液压轴和偏置部分，偏置部分为机械执行机构，下接钻头1，上接控制部分，该偏置部分包括三个伸缩偏置块和一组钻井液导流阀。控制部分包括电源***和信号控制***，电源***例如采用泥浆涡轮发电，为***持续供电；信号控制***实时接收传感器提供的井斜位置信号，通过信号控制***中的主控单元计算出控制信号，并采用脉冲方式发送指令信号来控制钻井液导流阀，以控制液压轴，使其指向所需要对准的方向。通过钻井液导流阀控制液压轴来调整偏置块的伸缩量，形成侧向力，进而实现纠斜控制的目的。
再例如，本实施例中的垂直钻井***2还可以采用公开号为CN104314470A，公布日为2015年1月28日的中国发明专利中公开的垂直钻井工具中的结构方式，并将该专利中的传感器按照本实施例的方式设置在钻头1内，以实时调整轨迹自动纠斜。
进一步地，传感器嵌设在钻头1的内孔的中心位置，传感器具体为陀螺仪传感器，以用于实时测量钻头1处的井斜角和方位信息(即钻头1的前进方向与竖直方向的夹角，在水平面内钻头1朝哪侧偏离的方位)，并通过电磁波的方式实时发送给垂直钻井***2的信号控制***。
为匹配难钻地层提高钻头1的使用寿命，钻头1可以采用牙轮钻头、PDC钻头或复合钻头，也可以其他的高效破岩钻头。例如本实施例中采用具有五刀翼或六刀翼的PDC钻头，并采用双排异形切削齿，强化钻头1的寿命和攻击性，以更好的适用于难钻地层。
作为优选地，直螺杆动力钻具4为大扭矩直螺杆，大扭矩直螺杆的扭矩大于7kN·m。该直螺杆动力钻具4具体可以采用无弯角的等壁厚大扭矩直螺杆，在难钻地层可以为钻头1破岩提供更大的扭矩输出和稳定的转速，提高破岩效率。
进一步地，在直螺杆动力钻具4的两端分别连接有第一稳定器5和第二稳定器3，第二稳定器3与垂直钻井***2连接。整个直螺杆动力钻具4带有双稳定器，可以提供更加稳定的破岩扭矩和转速，并提高纠斜效果。
一般第一稳定器5和第二稳定器3均为多筋稳定器。多筋稳定器具有多条扶正筋(通常具有三条至五条扶正筋)，并在扶正筋上设有抗研磨切削齿，随钻修复井壁，保证井眼轨迹的高质量。多筋稳定器的外径一般小于钻头1的外径1-4mm。
进一步地，易斜难钻地层打快提速的钻具组合还包括钻铤6，钻铤6与第一稳定器5远离直螺杆动力钻具4的一端连接，通过该钻铤6可以方便与上部的钻柱连接。
进一步地，以下为在某区块高陡易斜难钻地层应用本实施例的钻具组合：φ241.3mm高效PDC钻头0.37m+φ226mm垂直钻井***(PD675系列4.23m)+φ238mm稳定器(0.8m)+φ197mm无弯角动力钻具(大扭矩7/8头直螺杆钻具9.45m)+φ238mm稳定器(0.8m)+165mm钻铤+127mm钻杆。作为比较，邻井使用的防斜钻具组合为复合弯螺杆钻具组合：φ241.3mm PDC钻头+φ197mm单弯螺杆钻具(1.25°)+φ165mm短钻铤6+238mm稳定器+165mm钻铤+127mm钻杆。比较结果为，该邻井1000-2000米井段，井斜在2.51-5.6°之间大范围波动，且因定向和控压，日进尺30-50米之间，严重制约钻井效率。而应用本实施例中的易斜难钻地层打快提速钻具组合，应用井段井斜控制在0.5°之内，钻压得到解放，日进尺达100-150米，提速2倍以上。可以看出，在易斜难钻地层应用本还实施例的钻具组合纠斜能力更好、钻井效率更高、钻井效益提升。
综上，本实施例为易斜难钻地层提供了一种在垂直井段实现防斜打快的钻具组合，特别是一种现在技术领域下实现可复合钻井防斜提速的钻具组合。可以实现在直井钻进过程中，保持井眼轨迹垂直，提高井眼质量的目的；尤其适用于高陡易斜且难钻地层的直井钻进下应用，可以实现钻压解放，利用本钻具组合的优势，进一步提升钻井效率，达到油气开发提质增效的效果。利用双稳定器配置的无弯角大扭矩动力钻具为钻头1提供破岩大扭矩和高转速，并通过垂直钻井***2的防斜控制，实现钻压解放，在易斜难钻地层可获得更高机械钻速，实现易斜难钻地层的打快提速的目的。同时采用嵌入传感器式的钻头1，传感器更靠近钻头1，检测数据更加真实可靠，更能反应真实井底钻头1处的井斜位置，纠斜效率更高。
以上仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种易斜难钻地层打快提速的钻具组合，其特征在于，包括顺序连接的直螺杆动力钻具、垂直钻井***和钻头；
在所述钻头内嵌设有传感器，所述传感器能用于实时检测所述钻头处的井斜角和位置信息；所述垂直钻井***能实时接收所述传感器发送的井斜位置信号，并能实时调整井眼轨迹，以实现自动纠斜。
2.如权利要求1所述的易斜难钻地层打快提速的钻具组合，其特征在于，
所述垂直钻井***包括控制部分和机械部分，所述控制部分与所述传感器和所述机械部分均电连接；所述控制部分能实时接收所述井斜位置信号，并能控制所述机械部分动作，以调整井眼轨迹。
3.如权利要求1所述的易斜难钻地层打快提速的钻具组合，其特征在于，
所述传感器为陀螺仪传感器。
4.如权利要求1所述的易斜难钻地层打快提速的钻具组合，其特征在于，
所述传感器嵌设在所述钻头的内孔的中心位置。
5.如权利要求1所述的易斜难钻地层打快提速的钻具组合，其特征在于，
所述钻头为牙轮钻头、PDC钻头或复合钻头。
6.如权利要求1所述的易斜难钻地层打快提速的钻具组合，其特征在于，
所述直螺杆动力钻具为大扭矩直螺杆，所述大扭矩直螺杆的扭矩大于7kN·m。
7.如权利要求1所述的易斜难钻地层打快提速的钻具组合，其特征在于，
在所述直螺杆动力钻具的两端分别连接有第一稳定器和第二稳定器，所述第二稳定器与所述垂直钻井***连接。
8.如权利要求7所述的易斜难钻地层打快提速的钻具组合，其特征在于，
所述第一稳定器和所述第二稳定器均为多筋稳定器。
9.如权利要求8所述的易斜难钻地层打快提速的钻具组合，其特征在于，
所述多筋稳定器具有多条扶正筋，并在所述扶正筋上设有抗研磨切削齿。
10.如权利要求7所述的易斜难钻地层打快提速的钻具组合，其特征在于，
所述易斜难钻地层打快提速的钻具组合还包括钻铤，所述钻铤与所述第一稳定器远离所述直螺杆动力钻具的一端连接。
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