定向井工具简介

nullnull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 海洋钻井平台 定向井常用井下工具 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（O/S）八、挠性短节（F/J） 九、震击器（JAR） 十、加重钻杆（HWDP） 十一、短钻铤（SDC） 十二、弯接头 十三、开窗工具 十四、其它定向井工具一、马 达（1）一、马 达（1）旁通阀总成（by-pass valve assembly） 马达总成（motor assembly） 万向轴总成（cardan shaft） 传动轴总成(drive shaft assembly) 马达主要组成部分：一、马 达（2）一、马 达（2） 马达内部结构图：一、马 达（3）一、马 达（3）　 　 马达外型结构： 马达的工作原理（4） 马达的工作原理（4） 马达是一种 螺杆钻具（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。 旁通阀总成---马达（5）旁通阀总成---马达（5）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，下钻时匀许环空的泥浆由旁通阀阀体侧面的阀口孔流向钻杆内孔，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-----马达（6）马达总成-----马达（6）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。 万向轴总成-----马达（7）万向轴总成-----马达（7）万向轴总成的结构及工作原理： 万向轴总成未于转子下端，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-----马达（8）传动轴总成-----马达（8）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。 常用马达厂家： NADRILL、BAKER、立林、 大港、 德州 马达操作注意事项（9） 马达操作注意事项（9） 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） 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、螺旋扶正器结构（2）二、螺旋扶正器结构（2） 二、扶正器（3） 二、扶正器（3）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。 二、转盘扶正器组合（4） 二、转盘扶正器组合（4） 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： 增斜组合 稳斜组合 降斜组合 二、转盘增斜钻具组合（5） 二、转盘增斜钻具组合（5）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（6） 二、转盘稳斜钻具组合（6）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） 二、转盘降斜钻具组合（7）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。 二、扶正器（8） 二、扶正器（8） 尽可能多的使用转盘扶正器钻具组合来进行轨迹控制 。所以在造斜段结束之后，一般都换用转盘钻继续增斜，并在需要稳斜和降斜的时候，仍然使用转盘钻来完成。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。 三、非磁钻铤（1） 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。 三、非磁钻铤（2） 三、非磁钻铤（2） 8 "非磁钻铤： 扣型：631*630 外径：8 " （203.2mm） 内径：3-1/4 " （82.55mm） 6-1/2 "非磁钻铤： 扣型：411*410 外径：165.1mm 内径：3-1/4 " 或 2-13/16 " （71.4mm） 三、非磁钻铤（3）三、非磁钻铤（3）四、悬挂短节四、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 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：165.1mm 内径：3-1/4 “ 或 2-13/16 ” （71.4mm）六、浮阀和定向接头（1）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）六、浮阀和定向接头结构（2）七、震击器和挠性接头（1）七、震击器和挠性接头（1）震击器的作用： 主要作用是保持钻头和钻柱的工作平衡，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）七、震击器和挠性接头（2）八、加重钻杆和钻杆八、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；钻进速度越小，造斜率越大。 十一、配合接头十一、配合接头十二、开窗工具十二、开窗工具常见开窗工具： 斜向器 洗锥 锻洗工具 十三、其它定向井工具十三、其它定向井工具承托环 配合接头 减震器 键槽破坏器 循环头 变向器 打捞杯 工具扣型识别(1)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丝扣的直径，以英寸为单位，用2、3、4、5、6分别表示2-7/8 “ （73mm）、3-1/2 ” （89mm）、4-1/2 “ （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。工具扣型识别(2)工具扣型识别(2)钻杆接头的类型： 1）内平接头（IF）： 实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。 工具扣型识别(3)工具扣型识别(3)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（ERG）：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(4)工具扣型识别(4)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。 工具扣型识别工具扣型识别API与日本扣型识别 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 常用工具的上扣扭矩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常用工具上扣扭矩常用工具上扣扭矩12 1/4 "井眼的 底部钻具组合12 1/4 "井眼的 底部钻具组合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+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（1.22~1.41o）+11 1/4 " STB+8 " NMDC1+MWD +8 " S NMDC1+8 " F/J & JAR＋SUB＋5 " HWDP17导向钻具组合示意图导向钻具组合示意图马达导向组合马达导向组合旋转导向系统（Power Drive）旋转导向系统（Power Drive）旋转导向系统优点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）油田技术事业部定向井服务中心（塘沽） 谢谢!