井底鉆具組合軌跡控制特性分析

摘要：井底鉆具組合（BHA）是井眼軌跡控制的關(guān)鍵，BHA不同的結(jié)構(gòu)特征及不同的施工參數(shù)配合其軌跡控制能力不同，本文應(yīng)用wellplan軟件BHA特性分析功能，分析了目前常用BHA的結(jié)構(gòu)特征及與不同參數(shù)配合下的井眼軌跡控制特性，為井眼軌跡控制BHA結(jié)構(gòu)及施工參數(shù)優(yōu)化提供了參考。

關(guān)鍵詞：底部鉆具組合；BHA；軌跡控制；Wellplan

準(zhǔn)確的掌握鉆具組合的軌跡控制能力是控制好軌跡的關(guān)鍵所在，鉆具組合所具有的軌跡控制能力不僅于其結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且與與之配合的施工參數(shù)有關(guān)，本文采用wellplan軟件底部鉆具組合分析模塊，利用有限單元發(fā)，分析常用井眼軌跡控制所用BHA的軌跡控制特性，以便據(jù)此優(yōu)化鉆具組合及施工參數(shù)，增強(qiáng)入井工具的軌跡控制能力，達(dá)到提速的目的。

1 常用井底鉆具組合結(jié)構(gòu)

目前最常用的井眼尺寸為φ215.9mm井眼，因此統(tǒng)計(jì)出φ215.9mm井眼中常用鉆具組合結(jié)構(gòu)類型及參數(shù)。

（1）鐘擺BHA：φ216mm鉆頭+φ172mm短鉆鋌+φ172mm無磁鉆鋌×1+φ210mm穩(wěn)定器+φ127mm加重鉆桿。

（2）增斜BHA：

a.φ216mm鉆頭+φ214mm穩(wěn)定器 +φ159mm無磁鉆鋌+φ127mm加重鉆桿。

b.φ216mm鉆頭+φ214mm穩(wěn)定器+φ159mm無磁鉆鋌×（1根或1.3根或2根）+φ214mm穩(wěn)定器+φ127mm加重鉆桿。

c.φ216mm鉆頭+φ214mm穩(wěn)定器+φ159mm無磁鉆鋌+φ159mm螺旋鉆鋌×（0根或1.3根或 2根）+φ214mm穩(wěn)定器+φ159mm螺旋鉆鋌+φ214mm穩(wěn)定器+φ127加重鉆桿

（3）穩(wěn)斜BHA：

a.φ216mm鉆頭+φ214穩(wěn)定器+φ159短鉆鋌+φ214穩(wěn)定器+φ159無磁鉆鋌+φ214穩(wěn)定器+φ127加重鉆桿。

b.φ216鉆頭+φ214穩(wěn)定器+φ159短鉆鋌+φ214穩(wěn)定器+φ159無磁鉆鋌+φ127加重鉆桿。

（4）導(dǎo)向BHA

φ216mm鉆頭+φ208穩(wěn)定器+φ172導(dǎo)向馬達(dá)+φ208穩(wěn)定器+φ165無磁鉆鋌+φ165MWD+φ127加重鉆桿。

2 井底鉆具組合軌跡控制能力特性分析

2.1鐘擺BHA特性分析

鐘擺BHA降斜能力主要受扶正器前鉆鋌長(zhǎng)度、鉆壓決定，通過計(jì)算扶正器前鉆鋌越長(zhǎng)，鐘擺力越大，降斜能力越強(qiáng)，而鉆壓越大降斜率越低。雙扶正器鐘擺與單穩(wěn)定器大鐘擺相比在同等鉆壓下雙扶鐘擺降斜能力及問方位能力要強(qiáng)；小鐘擺（穩(wěn)定器前1DC）降斜能力較大鐘擺弱，但是方位穩(wěn)定性較強(qiáng)。（圖1）

2.2 增斜及穩(wěn)斜BHA特性分析

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的增斜BHA種類較多，主要有三穩(wěn)定器，雙穩(wěn)定器和單穩(wěn)定器三種，通過計(jì)算增斜能力從強(qiáng)到弱依次為：3S-2DC > 3S-1.6DC > 1S-0DC > 2S-2DC > 2S-1.3DC > 3S-1DC >

2S-1DC，鉆壓180KN時(shí)達(dá)到的最大增斜能力分別為：1.46，1.29，0.97，0.76，0.56，0.33，0.14°/30m。（圖2）

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的穩(wěn)斜BHA，主要有三穩(wěn)定器和雙穩(wěn)定器兩種，通過計(jì)算三穩(wěn)定器穩(wěn)斜BHA無論是井斜穩(wěn)定性還是方位穩(wěn)定性上都要優(yōu)于雙穩(wěn)定器BHA，穩(wěn)定性與鉆壓有關(guān)，雙穩(wěn)定器BHA井斜及方位穩(wěn)定性隨鉆壓的升高而降低。（圖3）

2.3導(dǎo)向BHA特性分析

導(dǎo)向BHA造斜能力主要受馬達(dá)彎角大小、鉆壓及彎距決定，通過計(jì)算馬達(dá)彎角越大，鉆壓越大造斜率越高，而造斜率隨彎距長(zhǎng)度增大呈先增大后減小的規(guī)律，在2.5m處達(dá)到最大；通過計(jì)算1.25°與1.50°彎馬達(dá)通過調(diào)節(jié)鉆壓及彎距分別可達(dá)到3.22和4.12°/30m的造斜能力。（圖4）

3.認(rèn)識(shí)

（1）鐘擺BHA降斜能力結(jié)構(gòu)主要取決于鉆頭與穩(wěn)定器之間鉆鋌長(zhǎng)度及尺寸，參數(shù)主要取決于鉆壓，軌跡控制中可以通過調(diào)整鉆壓的方式來實(shí)現(xiàn)軌跡控制。

（2）增斜BHA和穩(wěn)斜BHA，其軌跡控制能力主要取決于靠近鉆頭的兩個(gè)穩(wěn)定器之間的鉆鋌長(zhǎng)度，越短穩(wěn)斜能力越強(qiáng)，越長(zhǎng)增斜能力越強(qiáng)，對(duì)于方位穩(wěn)定性來說，兩個(gè)扶正器即可保證方位的穩(wěn)定性需要。

（3）導(dǎo)向BHA軌跡控制能力與馬達(dá)彎角的大小和彎角距離鉆頭的距離油管，彎角越大造斜能力越強(qiáng)，彎角局里鉆頭2.5m附近造斜能力最強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)

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[2]夏焱，管志川.偏心鉆頭底部鉆具組合穩(wěn)定器的適宜安放位置研究[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2003，27（5）：39-43.

作者簡(jiǎn)介：張海軍，男，1983年5月出生，工程師，2009年獲得大慶石油學(xué)院油氣井工程專業(yè)碩士學(xué)位，現(xiàn)在大港油田石油工程研究院工作，從事鉆井工程方案、工程設(shè)計(jì)及相關(guān)的科研工作。

（作者單位：大港油田石油工程研究院）