一种小井眼定向井单弯螺杆振荡钻具组合的制作方法

本实用新型属于钻井工艺技术领域，具体涉及一种小井眼定向井单弯螺杆振荡钻具组合。

背景技术：

现有技术中，定向井钻井技术日趋成熟，钻井设备也越来越多样化，例如公告号为cn201554370u的中国专利公开了一种带有三个扶正器的四合一钻具结构，其包括钻头、单弯螺杆以及稳定器、钻铤等辅助加压和扶正的部件，这种钻具结构虽然设置有钻铤等可以对钻头加压的部件，但是由于钻具与井壁之间的摩擦阻力会随着钻入深度的增加而逐渐变大，即摩擦阻力抵消了钻铤等加压部件的大部分的重力，使得钻铤等加压部件施加给钻头的压力逐渐减小，到达一定深度后钻铤等加压部件施加给钻头的压力已经不足以继续钻进或者钻进效率太低，导致钻井效率低下的问题。

公告号为cn207863866u的中国专利公开了一种定向井用钻具组合，包括钻头以及钻头连接的单弯螺杆，还包括与单弯螺杆连接以便为钻具组合减阻的减阻器，所述减阻器为水力振荡器，定向井用钻具组合还包括用于固定mwd的定向接头，定向接头的设置使得mwd的固定更加方便，定向井用钻具组合还包括与所述定向接头连接的无磁短节以及与无磁短节连接的无磁承压钻杆以减少对mwd的磁干扰，定向井用钻具组合还包括单流阀，单流阀设置在减阻器和定向接头之间。该钻具组合应用于常规215.9mm井眼定向井，钻井周期长、钻井成本高，环保压力大；在定向过程中稳定器易造成托压，且该钻具采用的钻头是215.9mm牙轮钻头，该钻头定向过程工具面稳定，但配合螺杆使用寿命较短，机械钻速低、易发生掉牙轮故障。

随着新环保法的实施对钻井现场节能减排工作提出更高的要求，小井眼常规井钻井施工以其成本低、环保压力小等优点成为降低勘探开发成本、节能减排的努力方向。

目前为实现常规井再提速，同时到达降低开发成本、节能减排，减轻环保压力目的，率先苏里格气田试验开发小井眼定向井施工，施工过程存在地层增降斜规律难以利用，101.6mm（即4寸）小钻具柔性强，降斜率高，延长组降斜率高达7-10^°/100m，滑动调整轨迹频繁，导向钻进过程钻具粘托严重，工具面不稳定，施工效率低，直接造成钻井周期长，钻井成本高。

技术实现要素：

本实用新型提供的一种小井眼定向井单弯螺杆振荡钻具组合目的一是提高小井眼定向钻井过程中解决滑动钻具托压、工具面不稳定及钻压不能有效传递的问题；目的二是减少小井眼定向井因长时间滑动钻进导致钻具粘卡故障发生；目的三是提高小井眼定向钻井过程中的轨迹控制能力，缩短钻井周期，降低钻井成本。

为此，本实用新型提供了一种小井眼定向井单弯螺杆振荡钻具组合，包括pdc钻头、单弯螺杆、水力振荡器、回压凡尔、mwd定向接头、无磁钻铤、转换接头、加重钻杆及钻杆，其中，pdc钻头公扣与单弯螺杆下部转子母扣连接，单弯螺杆上部定子母扣与水力振荡器下部公扣连接，水力振荡器上部母扣与回压凡尔下部公扣连接，回压凡尔上部母扣与mwd定向接头下部公扣连接、mwd定向接头上部母扣与无磁钻铤下部公扣连接，无磁钻铤上部母扣与转换接头下部公扣连接，转换接头上部母扣与加重钻杆下部公扣连接，加重钻杆上部母扣与钻杆连接。

进一步地，所述pdc钻头根据工程设计井身结构选用外径152.4mm~165.1mm，公扣扣型为331。

进一步地，所述单弯螺杆外径为127mm~135mm，下部转子母扣扣型为330，上部定子母扣扣型为310。所述单弯螺杆属于一种把液体的压力能转换为机械能的能量转换装置，当高压液体进入螺杆时，迫使转子在定子中滚动，转子产生的扭矩和转速通过万向轴传递到传动轴驱动钻头工作。

优选地，所述水力振荡器外径为127mm，下部公扣扣型为311，上部母扣扣型为310；

所述回压凡尔外径为127mm，下部公扣扣型为311，上部母扣扣型为310；

所述mwd定向接头外径为127mm，下部公扣扣型为311，上部母扣扣型为310；

所述无磁钻铤外径为127mm，下部公扣扣型为311，上部母扣扣型为310；

所述转换接头外径为127mm，下部公扣扣型为311，上部母扣扣型为hlst39b。

其中，ф127mm水力振荡器属于一种把液体的压力能转换为机械能的能量转换装置，当高压液体进入振荡器时转子转动导致振荡短节内的阀片周期变化，改变了作用在振荡短节内的活塞和弹簧作用力，促使振荡器产生一种轴向上往复运动。

进一步地，所述加重钻杆设置有多根，多根加重钻杆自下而上依次相连。

优选地，所述加重钻杆外径为101.6mm，下部公扣扣型为hlst39p，上部母扣扣型为hlst39b；

钻杆外径为101.6mm，下部公扣扣型为hlst39p，上部母扣扣型为hlst39b。

进一步地，所述单弯螺杆的弯度是根据小井眼定向井水平位移大小确定的。

进一步地，所述弯度为1.25°的单弯螺杆应用于水平位移＜800m的定向井；弯度为1.5°的单弯螺杆应用于800m≤水平位移≤1600m的定向井。

进一步地，所述弯度1.5^°的单弯螺杆的理论造斜率为10°~12°/30m，弯度1.25°的单弯螺杆的理论造斜率为8^°~10^°/30m。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型提供的这种小井眼定向井单弯螺杆振荡钻具组合，通过将大弯度单弯螺杆与ф127mm水力振荡器通过螺纹连接，组成一套既可以产生径向振动，减少导向钻进过程中钻具与井眼之间的摩阻，又能够产生纵向振动的降摩阻工具，真实有效的传递了导向钻进过程中钻压，解决了钻具粘托、工具面不稳定，导向钻井效率低的问题。

2、有效预防因轨迹控制过程中长时间导向钻进时造成的钻具粘卡故障。

3、本实用新型提高小井眼定向钻井过程中的轨迹控制能力，缩短钻井周期，降低钻井成本，且提速效果显著。

附图说明

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

图1是小井眼定向井单弯螺杆振荡钻具组合的结构示意图。

附图标记说明：

1、pdc钻头；2、单弯螺杆；3、水力振荡器；4、回压凡尔；5、mwd定向接头；6、无磁钻铤；7、转换接头；8、加重钻杆；9、钻杆。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

本实用新型可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本实用新型，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本实用新型的范围。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

第一实施方式

本实用新型的第一实施方式涉及一种小井眼定向井单弯螺杆振荡钻具组合，如图1所示，一种小井眼定向井单弯螺杆振荡钻具组合，包括pdc钻头1、单弯螺杆2、水力振荡器3、回压凡尔4、mwd定向接头5、无磁钻铤6、转换接头7、加重钻杆8及钻杆9，其中，pdc钻头1公扣与单弯螺杆2下部转子母扣连接，单弯螺杆2上部定子母扣与水力振荡器3下部公扣连接，水力振荡器3上部母扣与回压凡尔4下部公扣连接，回压凡尔4上部母扣与mwd定向接头5下部公扣连接、mwd定向接头5上部母扣与无磁钻铤6下部公扣连接，无磁钻铤6上部母扣与转换接头7下部公扣连接，转换接头7上部母扣与加重钻杆8下部公扣连接，加重钻杆8上部母扣与钻杆9连接。

本实用新型解决了当前小井眼定向井钻井过程中导向钻井时工具面不稳定、钻具托压严重、滑动效率低等原因造成的机械钻速低，钻井周期长的问题；实现了小井眼导向钻井过程不托压、工具面稳定、滑动效率高，大幅度缩短小井眼钻井周期。

第二实施方式

在以上实施方式的基础上，进一步地，所述pdc钻头1的外径为165.1mm或152.4mm，螺纹扣型为（31/2”reg）331螺纹扣；单弯螺杆2外径为135mm或127mm，螺纹扣型330×310，上部（定子端）母扣为310螺纹扣，下部（转子段）母扣为330螺纹扣。施工时根据井眼尺寸和位移大小选择钻头及单弯螺杆：165.1mm井眼选择165.1mmpdc钻头，135mm单弯螺杆；152.4mm井眼选择152.4mmpdc钻头，127mm单弯螺杆。本实用新型采用165.1mm、152.4mmpdc钻头，平均机械钻速23.59m/h，较215.9mmpdc钻头机械钻速高出31%，且该钻头定向过程工具面稳定，配合单弯螺杆使用寿命长。

所述单弯螺杆2属于一种把液体的压力能转换为机械能的能量转换装置，当高压液体进入螺杆时，迫使转子在定子中滚动，转子产生的扭矩和转速通过万向轴传递到传动轴驱动钻头工作。同时，单弯螺杆2在工作过程中产生一种径向低频振动，导向钻井过程中可以将管柱与井眼之间的静止摩擦变为动摩擦，降低了摩阻。

所述水力振荡器3的外径为ф127mm，螺纹扣型（nc38）310×311，上部为310母扣，下部为311公扣；水力振荡器3属于一种把液体的压力能转换为机械能的能量转换装置，当高压液体进入振荡器时转子转动导致振荡短节内的阀片周期变化，改变了作用在振荡短节内的活塞和弹簧作用力，促使振荡器产生一种轴向上往复运动。ф127mm水力振荡器3产生的轴向往复运动使自己上下的钻具在井眼产生纵向的往复运动，将钻具与井壁之间的静摩擦变成动摩擦，减少钻具与井眼之间的摩阻，提高钻进过程中钻压传递的有效性。

所述单弯螺杆2与水力振荡器3通过螺纹连接，单弯螺杆工作过程中自身产生的径向振动，水力振荡器产生轴向振动，将单弯螺杆与水力振荡器组合后，产生的径向振动将钻具与井壁之间的静摩擦变为滚动摩擦，产生纵向振动将钻具轴向钻压真实有效的传递到钻头，解决了导向钻井过程中钻具粘托、工具面不稳定，导向钻井效率低的问题，提高了钻进过程中钻压传递的有效性，实现了高效率导向施工。

优选地，所述回压凡尔4外径127mm，螺纹扣型（nc38）310×311，上部为310母扣，下部为311公扣。

所述mwd定向接头5外径为127mm，螺纹扣型（nc38）310×311，上部为310母扣，下部为311公扣。

所述无磁钻铤6外径为127mm，螺纹扣型（nc38）310×311，上部为310母扣，下部为311公扣。

所述转换接头7外径为127mm，螺纹扣型hlst39b×311，上部为hlst39b母扣，下部为311公扣，所述转换接头7用于将ф127mm无磁钻铤6的螺纹扣型（nc38）310×311转至ф101.6mm加重钻杆8螺纹扣型hlst39b×hlst39p。

所述加重钻杆8外径为101.6mm，螺纹扣型hlst39b×hlst39p，上部为hlst39b母扣，下部为hlst39p公扣；加重钻杆设置有多根，多根加重钻杆8自下而上依次相连。本发明由加重钻杆提供钻压，可加钻压至12-14t。所述钻杆9外径为101.6mm，下部公扣扣型为hlst39p，上部母扣扣型为hlst39b。

以上尺寸选择是通过井眼尺寸、水力参数计算来选择的，选择的尺寸过大，环空间隙小，泵压高，环空返速高，易造成井壁冲刷垮塌，选择的尺寸过小，环空返速低，携砂效果差，容易造成沉砂子卡钻。

本实施方式提供了一种小井眼定向井单弯螺杆振荡钻具组合，自下而上依次按照扣型连接：pdc钻头1（331公扣）+单弯螺杆2（330×310）+ф127mm水力振荡器3（330×310）+ф127mm回压凡尔4（330×310）+mwd定向接头5（330×310）+ф127mm无磁钻铤6（330×310）+φ127mm转换接头7（311×hlst39b）+φ101.6mm加重钻杆8（hlst39b×hlst39p）×45根+φ101.6mm钻杆9（hlst39b×hlst39p）。

本实用新型通过优化井眼尺寸，采用高强度s135钢级18°斜坡101.6mm钻具，提高钻头机械钻速，进一步提高钻井速度，减少岩屑、钻井液等排放，降低了环保压力。

第三实施方式

在以上实施方式的基础上，进一步地，所述单弯螺杆2的弯度为1.25^°或1.5^°。需要特别说明的是，所述单弯螺杆2的弯度是根据小井眼定向井水平位移大小确定的。

作为一种优选，所述弯度为1.25°的单弯螺杆应用于水平位移＜800m的定向井；弯度为1.5°的单弯螺杆应用于800m≤水平位移≤1600m的定向井。进一步地，所述弯度1.5^°的单弯螺杆2的理论造斜率为10^°~12^°/30m，弯度1.25^°的单弯螺杆2的理论造斜率为8^°~10^°/30m。

具体地，利用钻具特性结合地层增降斜规律进行井眼轨迹控制：所述弯度1.25°的单弯螺杆组成出的振荡钻具组合，应用于水平位移＜800定向井，定向完井斜控制在24~26°，方位超前对靶方位4~6°，上部微调，进入延长降斜段（井深1500m）前，井斜调至比靶心井斜大6°，利用地层自然降斜，钻穿延长降斜段，进入纸坊组、刘家沟组复合稳斜钻进；所述弯度1.5°的单弯螺杆组成出的振荡钻具组合，应用于800m≤水平位移≤1600m定向井，定向完井斜角控制在28~32°，方位超前对靶方位4~6°，进入延长组降斜段（井深1500m）前井斜比靶心井斜大6°，最大井斜控制在33~35°，通过大井斜来抑制延长组中下部强降斜段降斜趋势，尽可能复合钻进通过延长组降斜段，减少大段滑动调整。本实用新型通过位移大小选螺杆弯度，目的就是减少滑动井段长度、提高滑动机速。

第四实施方式

本实施方式按照组合将pdc钻头、单弯螺杆、127mm水力振荡器、回压凡尔、mwd定向接头、127mm无磁钻铤、311×39hlb转换接头、101.6mm加重钻杆、101.6mm普通钻杆自下而上连接入井，根据位移大小选择1.25°、1.5°单弯螺杆滑动导向施工，利用无线随钻mwd仪器进行随钻轨迹监测，滑动导向过程通过螺杆自身产生径向振动，水力振荡器产生的轴向振动，减少滑动导向钻进过程中钻具与井眼之间的摩阻，使得钻压真实有效的传递到pdc钻头，解决了钻具粘托、工具面不稳定的问题，提高滑动机械钻速、缩短钻井周期。

具体地，应用本实施方式所述小井眼定向井单弯螺杆振荡钻具组合完成“直-增-稳”井段，具体地层增降斜规律：直罗组、延安组地层定向增斜井段，增斜率10～15°/100m；延长组中上部降斜率2~4°/100m，延长组下部降斜率达到4~10°/100m，方位变化-2~-5°/100m，纸坊组降斜率1.2~2.2°/100m，当井斜大于20°时和尚沟组、刘家沟组地层增斜率1.8~2.5°/100m；井斜小于20°时和尚沟组、刘家沟组地层降斜率为1.5~2.5°/100m的地层规律，因此施工过程中根据井斜变化情况随时微调控制。

第五实施方式

在以上实施方式的基础上，作为一种优选，自下而上依次按照扣型连接组成单弯螺杆振荡钻具组合：pdc钻头（331扣）+单弯螺杆（330×310）+φ127mm水力振荡器（311×310）+φ127mm回压凡尔（311×310）+φ127mmmwd定向接头（311×310）+φ127mm无磁钻铤（311×310）+φ127mm转换接头（311×hlst39b）＋φ101.6mm加重钻杆45根（hlst39b×hlst39p）＋普通钻杆（hlst39b×hlst39p）；

实钻过程中：设计位移≤800m，定向完井斜控制在24~26°，方位超前对靶方位4~6°，上部微调，进入延长降斜段（井深1500m）前，井斜调至比靶心井斜大6°，利用地层自然降斜，钻穿延长降斜段，进入纸坊组、刘家沟组复合稳斜钻进。导向钻井过程利用1.25°螺杆实际造斜率8°~10°/30m，平均滑动段长178m，滑动机械钻速8.45m/h。钻井参数：钻压80~120kn，排量20~25l/s，转速60~70r/min。

800m≤设计位移≤1600m，定向完井斜角控制在28~32°，方位超前对靶方位4~6°，进入延长组降斜段（井深1500m）前井斜比靶心井斜大6°，最大井斜控制在33~35°，通过大井斜来抑制延长组中下部强降斜段降斜趋势，尽可能复合钻进通过延长组降斜段，减少大段滑动调整；导向钻井过程利用1.5°螺杆实际造斜率10°~12°/30m，平均滑动段长155m,滑动机械钻速9.91m/h，钻井参数：钻压80~120kn，排量20~25l/s，转速60~70r/min。

2018年应用小井眼定向井单弯螺杆振荡钻具组合的应用完成井34口，平均滑动进尺147m,滑动平均机械钻速9.33m/h,较未采用该钻具组合时滑动进尺减少27m，滑动机械钻速高出2.14m/h，提高29.76%；小井眼应用完成34口井，平均井深3465m,平均机械钻速23.59m/h，平均钻井周期13.33d，较同区块φ215.9mm井眼平均机械钻速提高5.63m/h，平均钻井周期缩短1.59d，缩短了10.65%，提速效果显著，从而缩短了钻井周期，降低了钻井成本。

以上实施例没有具体描述的部分都属于本技术领域的公知部件和常用结构或常用手段，此处不再一一详细说明。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。