专利名称：一种预弯曲动力学防斜打快双稳定器底部钻具组合的制作方法
技术领域：
本发明涉及油田钻探技术领域，提供一种低成本的垂直井段防斜打快钻具组合， 特别是一种预弯曲动力学防斜打快双稳定器底部钻具组合。
背景技术：
直井眼的防斜打直一直是困扰钻井界的一个非常重要的难题。在漫长的钻井实践过程中，钻井技术人员一直在探索一种有效的防斜打直技术。这些防斜打直技术包括钟摆钻具组合防斜打直技术、满眼打直技术、偏重双头螺旋稳定器防斜技术、偏心防斜技术、大钻压防斜技术。以上这些防斜打快技术，从某种意义上讲都属于被动防斜打直技术范畴。自九十年代以来，防斜打直技术又有了新的进展，出现了 VDS、SDD、VertiTrak, PowerV, Smart Drilling等新型主动性防斜打直技术，我国也在塔里木油田山前高陡构造、中石化南方海相地层成功应用了 VertiTrak、PowerV、Smart Drilling系统，并取得了很好的效果。但由于这些技术的成本较高，就成为这些技术在国内普遍推广应用的主要障碍。一些高陡构造的直井防斜打直钻井过程中，目前较多使用的还是钟摆打直技术。由于钟摆法的缺点是难以释放钻压，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。为此，大钻压防斜、偏心防斜打直技术等应运而生。尽管这些方法(应属动力学防斜打直技术范畴)的发展思路十分正确，但是，由于理论方面的研究及计算方面的缺陷，使得这些技术在现场的应用中并没有取得很好的效果。可以说低成本的直井防斜问题仍然是一个亟待解决的难题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种预弯曲动力学防斜打快双稳定器底部钻具组合，并利用这种特定底部钻具组合的动力学特性，在钻头上形成较大的防斜力，并采用可达钟摆钻具组合能控制井斜不增长所用最大钻压(简称钟摆极限钻压)150%以上的钻压，实现防斜又打快的目的。其对控制井斜、提高机械钻速、降低作业成本具有十分重要的意义。为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案
一种预弯曲动力学防斜打快双稳定器底部钻具组合，其由钻头、近钻头稳定器、预弯曲短节、短钻铤、上稳定器和钻铤组成，所述钻头连接一个所述近钻头稳定器，所述近钻头稳定器连接一个预弯曲短节，所述预弯曲短节连接一个所述短钻铤，所述短钻铤连接一个所述上稳定器，所述上稳定器通过所述钻铤连接上部钻柱；利用底部钻具组合的动力学特性来给钻头提供防斜力，实现防斜打快目的。上述的预弯曲短节中部有弯折，其弯点处的弯角为0.1° 1.5°，所述的预弯曲短节为整体加工。上述近钻头稳定器和上稳定器具有3飞条螺旋扶正条。上述近钻头稳定器的外径小于所述上稳定器；所述近钻头稳定器外径小于井眼直径6 18mm，所述上稳定器的外径小于井径广6mm。
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上述短钻铤和钻铤的外径须与钻头直径匹配，满足工程需要。上述近钻头稳定器的中点至所述钻头的底端的距离为0. 5^1. Im ；所述近钻头稳定器和所述上稳定器之间的距离介于6 16m之间，井径越大，两稳定器之间的距离取大值。为了保证具有较高的机械钻速，应采用合适的钻压。一般定义钟摆钻具组合能控制井斜不增长所用最大钻压为钟摆极限钻压，则预弯曲动力学防斜打快双稳定器底部钻具组合的钻压可达钟摆极限钻压的150%以上。上述钻头为各种满足工程需要的牙轮钻头或PDC钻头。本发明与现有技术相比较，具有以下突出的优点
本发明提供一种预弯曲动力学防斜打快双稳定器底部钻具组合，其最大优点是可以利用带预弯曲结构的底部钻具组合的动力学特性进行防斜打快作业，本钻具组合适合泥浆钻井和气体钻井，而且成本低、安全性好。
图1是预弯曲动力学防斜打快双稳定器钻具组合结构示意图。图2是所用预弯曲短节示意图。图3是稳定器外形示意图。图4是预弯曲动力学防斜打快双稳定器钻具组合可能提供的钻头防斜力。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明的实施例作进一步详细的描述。如图1所示，一种预弯曲动力学防斜打快双稳定器底部钻具组合，其由钻头1、近钻头稳定器2、预弯曲短节3、短钻铤4、上稳定器5和钻铤6组成，所述钻头1连接一个所述近钻头稳定器2，所述近钻头稳定器2连接一个预弯曲短节3，所述预弯曲短节3连接一个所述短钻铤4，所述短钻铤4连接一个所述上稳定器5，所述上稳定器5通过所述钻铤6连接上部钻柱；利用底部钻具组合的动力学特性来给钻头提供防斜力，实现防斜打快目的。如图2所示，所述的预弯曲短节3中部有弯折，其弯点7处的弯角为0.1° 1.5°， 所述的预弯曲短节3为整体加工。如图3所示，所述近钻头稳定器2和上稳定器5具有3飞条螺旋扶正条。所述近钻头稳定器2的外径小于所述上稳定器5 ；所述近钻头稳定器2外径小于井眼直径6 18mm，所述上稳定器5的外径小于井径广6mm。所述短钻铤4和钻铤6的外径须与钻头直径匹配，满足工程需要。所述近钻头稳定器2的中点至所述钻头1的底端的距离为0. 5^1. Im ；所述近钻头稳定器2和所述上稳定器5之间的距离介于6 16m之间，井径越大，两稳定器之间的距离取大值。本钻具组合所用钻压可达钟摆钻具组合能控制井斜不增长所用最大钻压的150% 以上。所述钻头1为各种满足工程需要的牙轮钻头或PDC钻头。实施例一 215. 9mm井眼所用预弯曲动力学防斜打快双稳定器钻具组合
215. 9mm钻头+208mm螺旋稳定器+预弯曲短节(1.0° 165mm短钻铤+215mm螺旋稳定器165mm钻铤*5鈿。其特定结构参数如下(具体符号参见图1)
I1 = 0. 8m ； L2I = 1. lm, L2 =8m, Dil =215. 9mm, Ai =208mm, Di2 =215mm， A1
=165mm, Ds2 =165mm De-S =165mm, Di =71. 4 mm, Λ =1°。其中，4为近钻头稳定器2的中点至所述钻头1的底端的距离；I^21为预弯曲短节 3的弯点7到所述近钻头稳定器2中点的距离；L2为两个稳定器之间的距离；Di为钻头1 外径；A1为近钻头稳定器2的外径；A2为上稳定器5的外径；A1为近钻头稳定器2和钻头1之间管体外径；^2为预弯曲短节3的外径；D必为短钻铤4的外径；EU为钻铤6的外
径；C为钻具组合的内径；β为预弯曲短节3的弯角。对应的相对防斜力计算结果如图4所示，其值为-11. 09kN。作为比较，目前较多采用的防斜或降斜底部钻具组合为钟摆钻具组合
215. 9mm 钻头165mm 钻铤 *18m+212mm 螺旋稳定器165mm 钻铤 *9m+212mm 螺旋稳定器+ 0 165mm钻铤*5細。这种组合的最大特点就是在高陡构造时必须采用小钻压吊打， 虽能防斜，但机械钻速很低。例如利用这种钻具组合在胜利油田永552井20M 观52. 23m 井段进行了使用，最大钻压40kN，最大井斜达10°，机械钻速小于2米/小时。而预弯曲动力学防斜打快双稳定器钻具组合在邻井永559井相同井段使用，最大钻压可达60kN，最大井斜仅3. 62°，机械钻速达到9. 52米/小时。
实施例二 311. 2mm井眼所用预弯曲动力学防斜打快双稳定器钻具组合 311. 2mm钻头+30Imm螺旋稳定器+预弯曲短节(0. 7° )+(t 203mm短钻铤+311mm螺旋稳定器203mm钻铤*54m。其特定结构参数如下(具体符号参见图1)
L1 = 0.9m; Z2I = I- lm, L2 =12m, Di =311. 2mm, Ai =30lmm, Dl2 =311mm, Dol
=203mm, Dff2 =203mm Ae =203mm, : =71. 4 mm, ^ =0. 7° 。
权利要求
1.一种预弯曲动力学防斜打快双稳定器底部钻具组合，其特征在于，其由钻头(1)、近钻头稳定器(2)、预弯曲短节(3)、短钻铤(4)、上稳定器(5)和钻铤(6)组成，所述钻头(1) 连接一个所述近钻头稳定器(2)，所述近钻头稳定器(2)连接一个预弯曲短节(3)，所述预弯曲短节(3 )连接一个所述短钻铤(4 )，所述短钻铤(4 )连接一个所述上稳定器(5 )，所述上稳定器(5 )通过所述钻铤(6 )连接上部钻柱；所述的预弯曲短节(3)中部有弯折，其弯点(7)处的弯角为0.5° 1.5°，所述的预弯曲短节(3)为整体加工；所述近钻头稳定器(2)和上稳定器(5)具有3飞条螺旋扶正条；所述近钻头稳定器(2)的外径小于所述上稳定器(5);所述近钻头稳定器(2)外径小于井眼直径6 18mm，所述上稳定器(5)的外径小于井径广6mm ；所述近钻头稳定器(2)的中点至所述钻头(1)的底端的距离为0. 5^1. Im ；所述近钻头稳定器(2)和所述上稳定器(5)之间的距离介于6 16m之间，井径越大，两稳定器之间的距离取大值；利用底部钻具组合的动力学特性来给钻头提供防斜力，实现防斜打快目的。
2.根据权利要求1所述的一种预弯曲动力学防斜打快双稳定器底部钻具组合，其特征在于，所述短钻铤(4)和钻铤(6)的外径须与钻头直径匹配，满足工程需要。
3.根据权利要求1所述的一种预弯曲动力学防斜打快双稳定器底部钻具组合，其特征在于，本钻具组合所用钻压可达钟摆钻具组合能控制井斜不增长所用最大钻压的150%以上。
4.根据权利要求1所述的一种预弯曲动力学防斜打快双稳定器底部钻具组合，其特征在于，所述钻头(1)为各种满足工程需要的牙轮钻头或PDC钻头。
5.根据权利要求1所述的一种预弯曲动力学防斜打快双稳定器底部钻具组合，其特征在于，本钻具组合适合泥浆钻井和气体钻井。
全文摘要
本发明涉及一种预弯曲动力学防斜打快双稳定器底部钻具组合，其由钻头、近钻头稳定器、预弯曲短节、短钻铤、上稳定器和钻铤组成，所述钻头连接一个所述近钻头稳定器，所述近钻头稳定器连接一个预弯曲短节，所述预弯曲短节连接一个所述短钻铤，所述短钻铤连接一个所述上稳定器，所述上稳定器通过所述钻铤连接上部钻柱；利用底部钻具组合的动力学特性来给钻头提供防斜力，实现防斜打快目的。其最大优点是可以利用带预弯曲结构的底部钻具组合的动力学特性进行防斜打快作业，本钻具组合适合泥浆钻井和气体钻井，而且成本低、安全性好。
文档编号E21B7/04GK102242603SQ20111019993
公开日2011年11月16日 申请日期2011年7月18日 优先权日2011年7月18日
发明者张新旭, 张洪泉, 朱卫平, 狄勤丰, 王文昌, 王明杰 申请人:上海大学