一种新型垂直钻井工具
浅议一种垂直钻井工具的研发与应用
浅议一种垂直钻井工具的研发与应用本文简要分析了一种垂直钻井工具的研发与应用。
标签：垂直钻井工具1.技术领域该装置涉及石油钻井机械设备技术领域，特别涉及一种垂直钻井工具。
2.背景技术在石油或地质勘探钻井过程中，例如在地层倾角大、高陡构造带、山前逆掩推覆体区域等复杂地质条件下钻井，尤其是钻深探井、超深探井以及区域第一口预探井、大陆科探井时，普遍要求防斜打快和安全低成本。
而常规钻井技术在复杂易斜地层钻深井、钻遇高陡构造或是地应力异常地层时，钻头在地层倾角、地应力及钻压的共同作用下，经常会偏离正常的井眼轨迹垂直轴线而出现井斜。
出现井斜后，往往会给后续的钻井、测井和完井作业带来很大的风险。
例如可能会出现起下钻具、套管或测井仪器困难，发生卡钻等事故，严重时甚至可能会导致油井的报废。
现有技术中，为了将井斜控制在一定范围内，使钻井工具能够垂直钻井，通常在钻铤内设置测控装置，通过测控装置内的传感器自动跟踪检测井斜方位。
一旦钻铤倾斜角度超过预定范围，通过测控装置推动推力板支撑在井壁上，形成与井斜方向相反的反作用力实现侧推防斜。
但是，钻铤倾斜时，钻头也相应发生倾斜，在推力板将钻铤调整的同时，钻头已经钻进倾斜的井壁中，钻头从倾斜井壁调整至垂直位置时，耗费了许多能源和时间，钻井效率低下，且仍然容易造成卡钻。
3.装置的设计与构造该装置的目的是提供一种垂直钻井工具，能够克服现有技术的缺陷，在现有的控制钻井工具防斜的基础上，能够确保钻头始终保持垂直状态，提高了钻井效率和稳定性。
该装置的上述目的可采用下列技术方案来实现：一种垂直钻井工具，其包括：设置有中心管的钻井本体，设置在所述中心管下端的调节机构；其中，所述调节机构包括：固定接头和移动接头，其中，所述固定接头和移动接头之间设置有方向调节件；所述移动接头为中空结构，其内部设置有开槽，所述开槽的两侧设置有通过磁性相吸合的固定块和滚动球。
在一个优选的实施方式中，所述方向调节件包括：万向节和与所述万向节连接的连接杆。
垂直钻井工具
垂直钻井系统简单的说是导向钻井的简化版，像Power-V工具只要把参数设定成相关的就可以成为一个垂直钻井系统。
目前世界上广泛使用的垂直钻井系统主要有：德国的ZBE，斯伦贝谢的Power-V和VertiTrack三种。
ZBE是德国smart drilling公司产品，是世界上最早研究旋转导向钻井系统的公司。
ZBE系统主要有连接钻头和钻柱的轴、发电机、电子控制系统、斜向仪，MWD脉冲发生器、导向滑块、液压泵、外壳组成。
测斜仪检测到井斜后，将信号传输到电子控制系统，电子控制系统将激发导向液缸产生动作，将导向滑块推出并支撑在井壁，并防止外壳旋转，给钻头一个侧向力，使钻头导向。
Power-V系统是一套全自动化的旋转导向垂直钻井系统。
在钻进时会自动追踪地心引力，当井斜超过规定值后，自动设定和调整工具侧向力，在工具全旋转状态下伸缩块沿井斜高边方向频繁推出，给钻具一个侧向力，纠正井斜。
主要由两大部件组成：控制单元（CU）和偏置单元(BU)。
VertiTrack是一个模块化钻井系统，包括导向系统、MWD测量短节和一个高性能动力短节X-Treme。
V ertiTrack是一种滑动式的垂直钻井系统，有3个导向块，成120度夹角，通过不同导向块的组合实现导向力的改变。
预应力弹簧作用下的伸缩块在液压驱动下实现连续的过程控制，不受钻井参数影响同时不受地层性质影响。
目前国内很多研究机构都研制过相关产品，胜利研究院、克拉玛依研究院、张绍槐教授等都进行过或者正在进行相关研究，但是限于国内材料水平和制造工艺的瓶颈，这些产品总的来说跟国外还是有的一定的差距，主要表现井下服役时间，纠斜能力、抗高温性能等方面。
XZ-AVDS自动垂直钻井系统工具在金221区块的应用
XZ-AVDS自动垂直钻井系统工具在金221区块的应用1.西部钻探工程技术研究院，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市，8300002.西部钻探准东钻井公司，新疆克拉玛依市，834000摘要：西部钻探工程技术研究院自主研发的XZ-AVDS自动垂直钻井系统适用Φ311.2-Φ444.5mm井眼、耐温150℃、耐压140MPa，累计在现场应用五万余米，工具综合性能稳定，满足现场应用需求。
为完善尺寸序列，满足防斜提速，提升公司在工程技术服务高端市场的核心竞争力，公司研制了适用Φ215.9/Φ241.3mm井眼、耐温175℃、耐压140MPa的自动垂直钻井系统，选择在新疆油田金221区块金XX井三开进行首次试验。
试验结果证明，自动垂直钻井系统工具将井斜整体控制在0.5°以内，保证了井身质量，应用效果良好，标志着公司小尺寸垂钻研制项目由研发向现场试验取得实质性迈进。
关键词：西部钻探，垂直钻井系统，防斜打直1、φ215.9/241.3mm自动垂直钻井系统研制的背景塔里木富满区块油气资源储量丰富，是油田勘探开发重点方向，是西部钻探公司重点服务目标区块，该区块面临高温、高钻压井斜控制困难等防斜打快难题，“螺杆+垂钻”成为一种常规防斜提速应用模式。
目前，公司自主研发的XZ-AVDS自动垂直钻井系统适用Φ311.2-Φ444.5mm井眼、耐温150℃、耐压140MPa，在尺寸规格、耐温性能、挂接螺杆高转速适用性等方面无法满足现场需求。
针对这一问题，公司决定研制适用Φ215.9/Φ241.3mm井眼、耐温175℃、耐压140MPa的自动垂直钻井系统，完善尺寸序列，满足防斜提速，提升公司在工程技术服务高端市场的核心竞争力。
针对高温、高转速、小井眼给垂直钻井工具带来挑战，开展机械结构小型化设计、测控传电路设计、非接触能量通讯等方面的攻关，完成Φ215.9/Φ241.3mm自动垂直钻井系统样机室内组装测试工作。
为充分验证工具性能选择在新疆油田金221区块金XX井三开进行首次现场试验。
一种垂直钻井工具[实用新型专利]
![一种垂直钻井工具[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/a0d8495f65ce05087732138c.png)
专利名称：一种垂直钻井工具专利类型：实用新型专利
发明人：艾才云,何亿成
申请号：CN200720156234.0申请日：20070703
公开号：CN201068736Y
公开日：
20080604
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型为石油钻井用的一种井下工具，即一种垂直钻井工具，由接头(1)、轴承(2)、本体(3)、发电机(4)、护板(5)、测控仪器(6)、柱塞(7)、弹簧(8)、电磁铁(9)、密封(10)和中心管(11)组成；中心管(11)有螺纹与接头(1)连接；本体(3)的两端有轴承(2)和密封(10)；发电机(4)的转子装在本体(3)上，定子装在中心管(11)上；本体(3)外表面有一凹槽，测控仪器(6)固定在凹槽内；护板(5)上下端有螺钉固定在本体(3)上；本体(3)偏上端位置的孔内装有柱塞(7)，柱塞(7)内装有弹簧(8)；电磁铁(9)用螺钉固定在本体(3)上。
申请人：新疆石油管理局钻井工艺研究院
地址：834000 新疆维吾尔自治区克拉玛依市鸿雁路80号
国籍：CN
更多信息请下载全文后查看。
斯科特井下公司低成本纯机械式垂直钻井工具
斯科特井下公司低成本纯机械式垂直钻井工具斯科特井下公司研发的低成本高性能纯机械式垂直钻井工具能够达到旋转导向钻井工具在垂直钻井模式时的性能指标，同时大幅降低成本。
纯机械式垂钻工具结构如图1所示，主要由芯轴上接头、径向轴承、推力轴承、钟摆、液压导向机构和钻头接口母扣组成。
其中径向轴承、推力轴承、钟摆、液压导向机构在几乎不旋转的外筒内。
该工具在液控导向机构中通过偏重块构成的钟摆提供纠斜工具面角，控制系统不使用任何电子器件。
该工具通过液压导向机构上的4个泥浆阀控制4个推靠巴掌分别推靠井壁，从而实现推靠钻头。
为了评价该工具的纠斜效果，在芯轴上接头、径向轴承和钟摆上分别嵌入传感器和存储模块，目的是实时记录冲击振动转速和钟摆工具面角等数据，在工具出井后进行工具评价。
1芯轴上接头；2 径向轴承；3推力轴承；4钟摆（偏重块）5液控导向机构；6钻头接口母扣图1 纯机械式垂直钻井工具外径244.475mm的纯机械式垂钻工具在德州grimes公司的一口直径为311mm井内应用，井段1372.81～3002.28m，垂钻工具由外径225.425mm的螺杆驱动，使用油基泥浆、616PDC钻头。
使用该工具后，工具自带的连续井斜监测数据和MWD静态井斜数据对比如图2所示。
该工具从井斜3°开始使用，并很快将井斜降低到1°左右。
在德州Loving公司的一口直井内，在291.69～1371.6m井段使用该工具，井斜从1.3°控制到1°以内，最小达到0.1°，平均进尺速度为34.7472 m/h。
图2 应用该工具进行垂直钻井的动态井斜和MWD静态井斜对比图该工具系列能够满足直径从152.4mm到 444.5mm的井眼尺寸需求。
在北美地区累计进尺达1304418.7m，钻井及循环时间82288小时，可以承受高钻压，使用寿命长，成本低。
（供稿宗艳波孙峰）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
关键词 ：垂直钻井工具 ；井斜 ； 向力 ； 侧 井眼
中图分类号 ：Ｔ ２ ．０ Ｅ８ １２２ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ ７ ８ ２０ ０ ０ ８ ０ ０ ６— ６ Ｘ（ ０６）５— ０ ２— ２
井 斜在 石油 钻井 过 程 中是 经 常 发 生 的 ， 的 危 它 害 很大 。 目前 ， 内外 主要 采 用 的 防 斜 技 术 是 “ 国 钟 摆 ” “ 眼” 偏 心 ” 钻 具 组 合 。它 们 的防斜 作 、满 和“ 等
内 。当没发 生井斜 时 ： 阀杆不 推 动 阀芯 向外运 动 ， 液
图 １
压系统的压力很低 ， 柱塞不伸 出； 当发生井斜时 ， 阀
杆推 动 阀芯 向外运 动 ， 产生节 流 ， 液压 系统 的压 力 升
阀 芯
高， 柱塞伸出。当柱塞伸出与井壁接触时 ， 在钻头上
产生一个指向井斜低边 的侧向力 ， 达到降斜 目的。
维普资讯
钻
・
采
工
艺
２０ ０ ６年 ９月
ＤＵＣＴ ＯＮ ＥＣＨＮＯＬ Ｌ Ｉ Ｉ Ｔ ０ＧＹ
一
种 新 型 垂 直钻 井 工具
艾才云， 王雄鹰 ， 费维新
（ 疆石 油局 钻 井工 艺研 究院 ） 新
收稿 日期 ：２０ ０ ０ ０６— ５— ８；修 回 日期 ：２ ０ Ｏ Ｏ ０６一 ８一 ３
作者 简介：艾 才云 （９ ８一）， １５ 教授级 高工 ，９２年毕业于西南石油学 院机 械专业 ， １８ 从事钻井 工具研 究。地址 ： ８４ ０ 新疆 克拉玛依 鸿 （ ３０ ０）
雁路 ８ Ｏ号 ， 电话 ：９ ０— ８３ １ ，— ｍａ ：ｃｅ０ ８ １３ ｃｒ．ｎ ０９ ６ ８ ６ ｌＥ ｊ ａｙ０ ９ ＠ ６ ．ｏ ｃ ｌ ｎ
井斜时 ， 阀杆将推动阀芯向外移动 ， 一般情况是二个 阀芯 （ 殊情 况是 一个 阀芯 ） 特 。因此 ， 设 ｌ号 阀 芯 假
与 ｘ轴 的夹 角为 ， 服 阀杠杆 的半 径 为 ｒ见 图 ３ 伺 ， 。
以承受。本文介绍 的垂直钻井工具 具有结构简单 、 防斜效果好 、 工作寿命长 、 使用成本低 的特点。
维普资讯
此， 防斜效果好 。这种垂 直钻 井工具是纯机械结构 ， 没有 电子器件 ， 所以结构 简单 、 护方便 、 维 工作时 问长 、 成本 低。 文 章 介 绍 了 该 工 具 的 结 构 、 作 过 程 ， 过 理 论 分 析 证 明 原 理 可 靠 。该 工 具 已 获 国 家 专 利 ， 利 号 是 工 通 专
艾才云等． 一种新型垂直钻井工具 ． 钻采工艺 ，０ ６ ２ （ ）８ ８ ２０ ，９ ５ ：２— ３
摘
要 ：井斜在石 油钻 井过 程 中经 常发 生 ， 它的危 害很 大 。文中介 绍的垂 直钻 井工 具的 工作原 理与 常规 的
“ 钟摆 ” “ 眼” 同， 、满 不 它通过柱 塞把侧 向力 直接施加 在钻 头上 。由于侧 向力大且 与钻具 组合 和钻井 工况无关 ， 因
一
、
垂直钻井工具的工作原理
图 ｌ 垂 直 钻井 工 具 的结 构 示 意 图 。液 压 泵 、 是
柱塞和伺服阀安装在本体上 ， 在外筒与 中心管之 间
充 满液 压油 。液压 泵 由 中心 管上 的齿 轮驱 动 。工作
原理是 ： 当中心管转动时 ， 通过齿轮带 动液压泵工 作， 由它产生的带压液压油通过管线一路传给柱塞 ， 另一路流经伺服 阀回到本体 与 中心 管之间 的空 腔
阀 杆
二 、 论 分 析 理
伺 服阀 的工 作 原 理 如 图 ２ 由 于 四个 柱 塞 和 四 ， 套 独立 的液 压 系统 均 布 在 本 体 的 四周 ， 们 由伺 服 它
由图 ３可知
ｌ＝ｒ＋ ｅ ｉ ０，ｄ ｒ＋ｅ ｏ Ｏ ｓｎ Ｏ２＝ ｃ ｓ
图 ２
阀的四个阀芯分别控制 。因此 ， 当没有井斜时， 阀杆
位于阀体 的中心 ， 阀芯没有位移 ， 各个柱塞上的压力
相同 ， 不会在 钻 头上 产生侧 向力 而 引起井 斜 ； 当发 生
用非常有限 ， 在大倾角 、 陡构造 、 断层 、 地应力异常地
层 几乎 没有 防斜 效 果 。Ｓｈｕ ｅｇｒ 司 的 Ｐｗ ｒ ｃｌｍｂｒｅ 公 ｏ ｅ Ｖ垂直 钻井 工具 ， 防斜 效果 好 ， 费 用 太 高 ， 但 现场 难