一种水平井耦合导向钻井钻具、系统及钻井方法与流程

本发明属于石油钻井，具体地涉及一种水平井耦合导向钻井钻具、系统及钻井方法。

背景技术：

1、随钻井技术的发展，水平井技术已经成为油田开发的主导技术。水平井轨迹控制，主要依靠顺时针旋转单弯螺杆结合无线随钻进行导向，对于水平段超过2000m的水平井采用以上方法钻进，容易出现托压、粘卡等事故。目前，多采用专用旋转导向工具进行导向克服以上问题。专用的旋转导向主要由国外公司进行服务或销售工具，工具价格和服务价格非常昂贵。

2、螺杆是以钻井液为动力，把液能转为机械能的容积式井下动力钻具。当钻井泵泵出的钻井液流经螺杆，在螺杆的进、出口形成一定的压力差，推动转子绕定子的轴线旋转，并将转速和扭矩通过万向轴和传动轴传递给钻头，从而实现钻井作业。目前为了驱动钻头旋转，都是顺时针旋转单弯螺杆；然而采用顺时针旋转单弯螺杆，存在如下主要问题：

3、①顺时针旋转单弯螺杆钻具导向钻井是通过单弯螺杆实现常规导向钻井技术，速度快，成本低，但容易出现托压、卡钻事故，作业风险高；

4、②旋转钻井技术是通过专用的旋转导向工具来实现导向钻进，钻具一直处于旋转状态，速度块，作业风险低，但成本高。

技术实现思路

1、为了在降低长水平段作业风险的基础上降低钻井成本，本发明提供了一种水平井耦合导向钻井钻具、系统及钻井方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种水平井耦合导向钻井钻具，包括用于斜井段导向钻进的斜井段导向钻进钻具组合和用于水平段导向钻进的水平段导向钻具组合；所述的斜井段导向钻进钻具组合由从下至上依顺序连接的钻头、顺时针旋转单弯螺杆、无磁钻铤、转换接头、逆时针旋转直螺杆、钻杆和顶驱构成；所述水平段导向钻具组合由从下至上依顺序连接的钻头、顺时针旋转单弯螺杆、钻具稳定器、无磁钻铤、转换接头、逆时针旋转直螺杆、钻杆和顶驱构成。

4、所述的逆时针旋转直螺杆包括旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成和导向总成，所述旁通阀总成、马达总成、导向总成、万向轴总成和传动轴总成依顺序连接，所述马达总成包括定子和逆时针旋转转子；所述逆时针旋转转子置于定子内，定子与逆时针旋转转子啮合形成密封腔，所述定子是内壁设置有橡胶衬套的金属钢管，且其内孔呈螺旋状，所述逆时针旋转直螺杆内的是具有逆时针旋转曲面的螺旋杆。

5、所述的逆时针旋转直螺杆的速度为25-35rpm/min。

6、所述的无磁钻铤内设置有无线随钻测量仪器井下工具串、供电短接、测量探管、脉冲器和转数传感器；所述置于；所述控制短接、供电短接、测量探管和脉冲器从上至下依顺序连接在无磁钻铤内的下部；所述转数传感器设置在测量探管内；所述转数传感器与脉冲器电信号连接。

7、一种水平井耦合导向钻井系统，包括一种水平井耦合导向钻井钻具，还控制器；所述的控制器与无磁钻铤内设置的脉冲器电信号连接。

8、还包括控制器；所述的控制器与无磁钻铤内设置的脉冲器电信号连接。

9、所述的控制器通过顶驱电缆与顶驱连接；所述脉冲器通过无线随钻传感器电缆与控制器连接。

10、一种水平井耦合导向钻井方法，钻井时采用的是一种水平井耦合导向钻井系统，具体方法如下：

11、步骤一：直井段钻进；

12、步骤二：斜井段导向钻进

13、采用斜井段导向钻进钻具组合下钻到井筒内，当斜井段导向钻进钻具组合下端距离井底预设值时启动顶驱，直至划眼到井底，采用1-2吨钻压，顶驱转速60-70转/分钻进0.5-1m,提高钻压到8-10吨钻到造斜位置，根据控制器获取的逆时针旋转直螺杆转速,调节顶驱的转速为相同转速；观察无线随钻测量仪器井下工具串的数据,当控制器获得的传输数据不发生变化时停泵；上提并旋转斜井段导向钻进钻具组合偏离的角度后，开泵并下放旋转斜井段导向钻进钻具组合；若调整后角度偏离误差向右超过10°时，进行加压钻进，若调整后角度偏离误差向左超过10°时，进行减压钻进；当顺时针旋转单弯螺杆处于不旋转向前移动的状态时，导向钻进到预设进尺且达到预定轨迹设计要求后，调整顶驱的转速到70-100转/分进行钻进，实现导向钻进，直到入窗进入水平段，将斜井段导向钻进钻具组合提出；

14、步骤三：水平段导向钻进

15、采用水平段导向钻具组合下钻到井筒内，当水平段导向钻具组合距离井底预设值时启动顶驱，直至划眼到井底，采用1-2吨钻压，顶驱转速60-70转/分钻进0.5-1m,提高钻压到8-10吨钻到定向位置,据逆时针旋转直螺杆转速,调节顶驱的转速为相同转速,观察无线随钻测量仪器井下工具串的数据,控制器获得的传输数据不发生变化时停泵；上提并旋转斜井段导向钻进钻具组合偏离的角度后，开泵并下放旋转斜井段导向钻进钻具组合；若调整后角度偏离误差向右超过15°时，进行加压钻进，若调整角度调整后角度偏离误差向左超过15°时，进行减压钻进；当顺时针旋转单弯螺杆处于不旋转向前移动的状态时，钻进到预设进尺后，调整顶驱的转速到70-100转/分进行钻进，实现导向钻进，直至完成钻进。

16、所述的步骤二中斜井段导向钻进钻具组合下钻时距离井底的预设值为30-40m。

17、有益效果：

18、(1)本发明在斜井段导向钻进钻具组合和水平段导向钻具组合中，在原来顺时针旋转单弯螺杆导向的基础上增加逆时针旋转直螺杆，不仅能让其下部的顺时针旋转螺杆旋转，当需要导向时通过耦合下部顺时针旋转螺杆也可处于非旋转状态，通过耦合既达到导向的目的，同时又确保钻杆旋转，减少钻井风险。

19、(2)本发明在需要滑动钻进时，通过地面设置的控制器控制转速，抵消上部逆时针旋转直螺杆的方向旋转，下部顺时针旋转单弯螺杆本体处于非旋转钻进状态时，井筒上部所有钻具处于低速旋转状态，防止了托压、卡钻的事故发生。

20、(3)本发明中的逆时针旋转直螺杆中的逆时针旋转转子采用具有逆时针旋转曲面的螺旋杆，顺时针旋转单弯螺杆中的顺时针旋转转子采用具有顺时针旋转曲面的螺旋杆，使逆时针旋转直螺杆耦合了上部钻具的旋转，减小了摩阻，防止了卡钻。

21、(4)无线随钻测量仪器井下工具串的设置，方便的测量并获取了在地面无法得到转速确定值，使得钻进的过程调整更加科学。

22、(5)本发明技术方案的采用，减少了事故的发生率，大大降低了钻井成本。

23、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例进行详细说明。

技术特征：

1.一种水平井耦合导向钻井钻具，其特征在于：包括用于斜井段导向钻进的斜井段导向钻进钻具组合和用于水平段导向钻进的水平段导向钻具组合；所述的斜井段导向钻进钻具组合由从下至上依顺序连接的钻头(10)、顺时针旋转单弯螺杆(9)、无磁钻铤(8)、转换接头(11)、逆时针旋转直螺杆(7)、钻杆(5)和顶驱(1)构成；所述水平段导向钻具组合由从下至上依顺序连接的钻头(10)、顺时针旋转单弯螺杆(9)、钻具稳定器(12)、无磁钻铤(8)、转换接头(11)、逆时针旋转直螺杆(7)、钻杆(5)和顶驱(1)构成。

2.如权利要求1所述的一种水平井耦合导向钻井钻具，其特征在于：所述的逆时针旋转直螺杆(7)包括旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成和导向总成，所述旁通阀总成、马达总成、导向总成、万向轴总成和传动轴总成依顺序连接，所述马达总成包括定子和逆时针旋转转子(20)；所述逆时针旋转转子(20)置于定子内，定子与逆时针旋转转子(20)啮合形成密封腔，所述定子是内壁设置有橡胶衬套的金属钢管，且其内孔呈螺旋状，所述逆时针旋转直螺杆(7)内的是具有逆时针旋转曲面的螺旋杆。

3.如权利要求1所述的一种水平井耦合导向钻井钻具，其特征在于：所述的逆时针旋转直螺杆(7)的速度为25-35rpm/min。

4.如权利要求1所述的一种水平井耦合导向钻井钻具，其特征在于：所述的无磁钻铤(8)内设置有无线随钻测量仪器井下工具串(13)。

5.如权利要求4所述的一种水平井耦合导向钻井钻具，其特征在于：所述的无线随钻测量仪器井下工具串(13)包括控制短接(14)、供电短接(15)、测量探管(16)、脉冲器(17)和转数传感器(18)；所述置于；所述控制短接(14)、供电短接(15)、测量探管(16)和脉冲器(17)从上至下依顺序连接在无磁钻铤(8)内的下部；所述转数传感器(18)设置在测量探管(16)内；所述转数传感器(18)与脉冲器(17)电信号连接。

6.一种水平井耦合导向钻井系统，其特征在于：包括权利要求1-5任意一项所述的一种水平井耦合导向钻井钻具，还控制器(3)；所述的控制器(3)与无磁钻铤(8)内设置的脉冲器(17)电信号连接。

7.如权利要求6所述的一种水平井耦合导向钻井系统，其特征在于：所述的控制器(3)通过顶驱电缆(2)与顶驱(1)连接；所述脉冲器(17)通过无线随钻传感器电缆(4)与控制器(3)连接。

8.一种水平井耦合导向钻井方法，其特征在于，钻井时采用的是如权利要求6或7所述的一种水平井耦合导向钻井系统，具体方法如下：

9.如权利要求8所述的一种水平井耦合导向钻井方法，其特征在于：所述的步骤二中斜井段导向钻进钻具组合下钻时距离井底的预设值为30-40m。

技术总结
本发明属于石油钻井技术领域，具体地涉及一种水平井耦合导向钻井钻具、系统及钻井方法。本发明的钻具包括用于斜井段导向钻进的斜井段导向钻进钻具组合和用于水平段导向钻进的水平段导向钻具组合；斜井段导向钻进钻具组合由从下至上依顺序连接的钻头、顺时针旋转单弯螺杆、无磁钻铤、转换接头、逆时针旋转直螺杆、钻杆和顶驱构成；水平段导向钻具组合由从下至上依顺序连接的钻头、顺时针旋转单弯螺杆、钻具稳定器、无磁钻铤、转换接头、逆时针旋转直螺杆、钻杆和顶驱构成。控制器的设置构成了水平井耦合导向钻井系统。本发明通过在斜井段和水平段采用不同的钻具进行导向钻进，解决了托压、卡钻等事故，大大降低了作业风险及生产成本。

技术研发人员：韦孝忠,杨敏,杜松涛,周雄兵,韦紫荆,陈财政,周文兵,李婧,谢新刚,梁宏伟
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11