?215 mm雙級變徑穩定器試驗研究

葉文勇，胡東鋒，趙航博

（1.中國石油集團川慶鉆探工程有限公司，成都610051；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，西安710018）

?215 mm雙級變徑穩定器試驗研究

葉文勇1，2，胡東鋒1，2，趙航博1，2

（1.中國石油集團川慶鉆探工程有限公司，成都610051；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，西安710018）

常規鉆具在改變鉆具組合特性時要頻繁起鉆來更換穩定器，作業周期長，效率低，同時也增大了起下鉆遇阻卡的風險。研制的215 mm雙級變徑穩定器，可在地面通過開停泵遙控其外徑進行兩級交替變化，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險。現場試驗表明，雙級變徑穩定器變徑動作可靠，變徑狀態壓差信號顯示清楚，試驗取得了階段性成功。

變徑穩定器；井眼軌跡；鉆具阻卡；試驗

直井、定向井、水平井鉆進中，常使用固定棱穩定器［1］改變鉆具性能，提供鉆頭偏離井眼軸線的側向力，達到增斜、穩斜和降斜的工藝要求。但是固定棱穩定器存在一些固有的缺點，例如，在易垮塌、縮徑等不穩定地層中使用，遇阻遇卡的風險高；起下鉆過程中產生的“拔活塞”效應容易誘發井涌井噴，井控風險增加；因外徑無法變化，需要改變下部鉆具的組合特性時，必須起鉆更換另一外徑的穩定器，這樣會增加起下鉆次數。針對此種情況，研制了一種雙級變徑穩定器［2］，在地面通過開停泵遙控［3-5］其外徑進行大小兩級交替變化，不起鉆改變鉆具組合特性，可用于水平井、定向井軌跡的連續調整控制，提高鉆井效率，同時也可有效降低鉆具遇卡的風險。

1　技術分析

1.1結構

如圖1所示，雙級變徑穩定器結構主要由本體、行程轉換元件、芯軸、彈簧、活塞式支撐頭、密封座、節流頭等組成。本體扶正棱為螺旋結構，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；本體內腔裝有行程轉換元件、彈簧、密封座，右端裝有節流頭；行程轉換元件、活塞式支撐頭、密封座、芯軸合圍形成密封腔，密封腔內注滿液壓油。

圖1　雙級變徑穩定器結構示意

1.2工作原理

通過開停泵次數控制活塞式支撐頭伸出（大徑狀態）或不伸出（小徑狀態）來實現穩定器外徑的變化。如圖2所示，開泵時，流體壓差推動芯軸壓縮彈簧，行程轉換元件運動到短行程末端，同時擠壓油腔促使支撐頭伸出與扶正棱齊平，達到小徑狀態，一級變徑結束；停泵時，在彈簧力作用下，芯軸、行程轉換元件復位，支撐頭全部縮回本體。再次開泵，行程轉換元件運動到長行程末端，支撐頭全部伸出，高于扶正棱5～7 mm，達到大徑狀態，二級變徑完成；停泵，在彈簧力作用下，芯軸復位、支撐頭全部縮回本體。如此開停泵循環，控制穩定器外徑大小交替變化。大徑狀態立管壓力p1會比小徑狀態立管壓力p2高1～2 MPa，方便地面操作人員判斷穩定器處于何種變徑狀態。

圖2　開、停泵變徑狀態示意

1.3主要技術參數

一級變徑直徑與井壁環空間隙5～7 mm

二級變徑直徑與井壁環空間隙0～1.5 mm

變徑狀態壓差信號1.0～2.0 MPa

支撐頭個數10～16個

1.4技術創新點

1） 利用液體壓差，實現了穩定器外徑的可變，結構簡單。

2） 通過開停泵次數和油壓來控制穩定器外徑的變化，通過立管壓力差顯示變徑狀態，不會因流量的波動或機械沖擊使支撐頭狀態發生變化，操作簡單，實用性強。

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

2　試驗情況分析

在長慶油田的某井進行試驗，試驗井段為二開鉆水泥塞，實鉆井深80～120m。鉆具組合：222.25 mm PDC鉆頭+430×4A10×0.5 m轉換接頭+165無磁鉆鋌×8.71 m+4A11×410轉換接頭+（204／215）雙級變徑穩定器×1.9 m+411 ×4 A10×0.36 m轉換接頭+165鉆鋌×5 m+ 4 A11×410×0.3 m轉換接頭+127鉆桿。

2.1井口變徑試驗

將雙級變徑穩定器連接入鉆具組合，放入轉盤以下，人員離開轉盤，開泵，立管壓力5.0 MPa，支撐頭全部伸出。停泵，緩慢將變徑穩定器提出轉盤面，支撐頭全部縮回，變徑狀態如圖3所示。再次將變徑穩定器放入轉盤以下，開泵，立管壓力為3.0 MPa，穩定器處于小徑狀態。停泵，緩慢將變徑穩定器提出轉盤面，支撐頭全部縮回，變徑狀態如圖4所示。再進行3次開、停泵操作，變徑均正常，試驗數據如表1。

圖3　井口試壓大徑狀態

圖4　井口試壓小徑狀態

表1　井口變徑試驗數據

2.2井底變徑試驗

正常鉆進中，每接1根單根，均進行1次開停泵操作，立管壓力也相應發生高低變化，表2是記錄的數據，顯示變徑穩定器在井底處于正常變徑狀態。

表2　井底變徑試驗數據

2.3試驗結果分析

1） 雙級變徑穩定器在井口、井底均能通過開停泵實現大小徑準確轉換，達到了設計的變徑要求。

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

3） 在井底復雜工況條件下，雙級變徑穩定器各部分密封可靠。

3　結論

1） 研制的雙級變徑穩定器經初步試驗表明，其變徑動作可靠，壓差信號清楚，達到了設計的功能要求。

2） 繼續在斜井段或水平段進行試驗，檢驗雙級變徑穩定器連續調整井眼軌跡的性能。

［1］呂瑞典，肖曉華，賀林，等.鉆柱穩定器結構特點分析［J］.西南石油學院學報，2003，25（4）：81-84.

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

［3］張玉英，王永宏，鄒涌.鉆井遙控變徑穩定器的研制及應用［J］.石油礦場機械，2008，37（1）：87-89.

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

［5］鞏同標.遙控變徑穩定器在勝利油田鉆井中的應用［J］.石油鉆探技術，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，主要從事機械設計工作，E-mail：yewy＿zcy＠cnpc.com.cn。