關(guān)于高效導(dǎo)向螺桿鉆具的研究與應(yīng)用的若干思考

控制井眼軌跡中，實(shí)施滑動(dòng)導(dǎo)向和復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)，使用一些經(jīng)常用到的導(dǎo)向螺桿往往會(huì)發(fā)生鉆頭無(wú)法有效加載與產(chǎn)生螺旋井眼的缺陷問(wèn)題，這將直接的干擾了井眼軌跡的控制成效，要想避免這些問(wèn)題的發(fā)生，就必須采取高效導(dǎo)向螺桿鉆具進(jìn)行。筆者根據(jù)自身工作經(jīng)驗(yàn)，主要對(duì)高效導(dǎo)向螺桿鉆具的應(yīng)用進(jìn)行了一番分析研究。
    高效導(dǎo)向螺桿鉆具指的是在螺桿鉆具驅(qū)動(dòng)的地方安裝一種受螺桿鉆具驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的窄帶螺旋穩(wěn)定器，共有以下功能優(yōu)勢(shì)：在底部鉆具組合中屬于近鉆頭支點(diǎn)，能夠使BHA的滑動(dòng)導(dǎo)向能力不斷提升；布置近鉆頭與近滿(mǎn)眼能夠使井壁更加的完善；進(jìn)行滑動(dòng)導(dǎo)向鉆進(jìn)時(shí)，近鉆頭穩(wěn)定器會(huì)保持一種旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，其不會(huì)有太大的滑動(dòng)阻力，有效防止了拖壓?jiǎn)栴}的發(fā)生，優(yōu)勢(shì)之處眾多。
    近鉆頭穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及螺桿動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化
    1.1.近鉆頭穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    科學(xué)合理設(shè)計(jì)近鉆頭穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)對(duì)于高效導(dǎo)向螺桿鉆具利用率的提升具有重要作用，實(shí)際中應(yīng)做好以下兩方面：首先，要求穩(wěn)定器處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)應(yīng)產(chǎn)生支點(diǎn)效應(yīng)、具有較好的穩(wěn)定性以及實(shí)現(xiàn)低的額外扭矩；其次，做好巖屑的排導(dǎo)工作。所以，穩(wěn)定器應(yīng)以螺旋過(guò)封閉扶正翼為首選，經(jīng)過(guò)一周的旋轉(zhuǎn)能使支撐外徑處于穩(wěn)定狀態(tài)下，并且在旋轉(zhuǎn)運(yùn)行過(guò)程中具有較好的穩(wěn)定性，不會(huì)產(chǎn)生大的額外扭矩。采用鉆井液軸向流速與切向速度進(jìn)行計(jì)算，知道了各種外徑螺桿鉆具過(guò)程中的扶正翼螺旋角與穩(wěn)定器的全部泄流面積。同時(shí)，有效的將巖屑進(jìn)行了排導(dǎo)。
    1.2.螺桿動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化
    在對(duì)高效導(dǎo)向螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造時(shí)，應(yīng)切實(shí)保證螺桿鉆具具有較高的動(dòng)力輸出能力及良好的使用壽命?？偟膩?lái)說(shuō)，優(yōu)化螺桿動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)做到以下幾方面：選擇等壁厚定子工藝，這樣輸出扭矩及其功率就會(huì)有進(jìn)一步的提升；要求轉(zhuǎn)子使用鍍鉻工藝，然后，配合等壁厚定子，這樣螺桿鉆具的使用壽命就會(huì)長(zhǎng)久；進(jìn)行長(zhǎng)導(dǎo)程的設(shè)計(jì)和新添單級(jí)導(dǎo)程，使得輸出扭矩得到大大增強(qiáng)。
    帶高效導(dǎo)向螺桿鉆具BHA導(dǎo)向力分析
    隨著高效導(dǎo)向螺桿鉆具的實(shí)施，使得近鉆頭穩(wěn)定器和鉆頭端面間的距離不再那么遠(yuǎn)，對(duì)BHA的導(dǎo)向力特征作了全面的改變。本文以下主要對(duì)帶高效導(dǎo)向螺桿鉆具BHA導(dǎo)向力進(jìn)行了分析。以下主要以φ172mm高效導(dǎo)向螺桿鉆具為例，對(duì)BHA的導(dǎo)向力變化規(guī)律進(jìn)行了一番分析研究。
    2.1.BHA結(jié)構(gòu)及參數(shù)
    鉆頭為215.9mm，高效導(dǎo)向螺桿鉆具為172mm，鉆鋌為165mm，該圖中的L₁代表的是鉆頭端部與近鉆頭穩(wěn)定器支點(diǎn)的距離，達(dá)到了0.5m；L2l代表的是近鉆頭穩(wěn)定器支點(diǎn)與彎點(diǎn)距離，達(dá)到了1.8m；DS₁代表的是近鉆頭穩(wěn)定器的外徑，達(dá)到了214mm；DS2代表的是上穩(wěn)定器外徑，達(dá)到了214mm；L2代表的是上穩(wěn)定器支點(diǎn)與近鉆頭穩(wěn)定器支點(diǎn)距離，達(dá)到了16m。
    2.2.參數(shù)影響規(guī)律
    如果結(jié)構(gòu)參數(shù)和井眼軌跡條件各異，那么，應(yīng)通過(guò)導(dǎo)向力計(jì)算軟件SABHA對(duì)相關(guān)的導(dǎo)向力特征加以準(zhǔn)確計(jì)算。從最后所得的結(jié)果可以看出，當(dāng)存在較大的井斜角時(shí)，將會(huì)進(jìn)一步加大滑動(dòng)導(dǎo)向力與復(fù)合鉆井的導(dǎo)向力，相較于普通的導(dǎo)向BHA，這兩種工況狀態(tài)下的導(dǎo)向力得到了增強(qiáng)，因此我們將改進(jìn)后的導(dǎo)向螺桿鉆具稱(chēng)之為高效導(dǎo)向螺桿鉆具。所有參數(shù)對(duì)導(dǎo)向力有以下影響規(guī)律：進(jìn)行滑動(dòng)導(dǎo)向鉆進(jìn)過(guò)程中，導(dǎo)向處于一種增斜力狀態(tài)，同時(shí)，上穩(wěn)定器支點(diǎn)與近鉆頭穩(wěn)定器支點(diǎn)距離越大，滑動(dòng)導(dǎo)向就會(huì)在斜角的不斷增加下而有所提升，當(dāng)上穩(wěn)定器支點(diǎn)與近鉆頭穩(wěn)定器支點(diǎn)距離達(dá)到18m時(shí)，兩者間的距離最為理想，導(dǎo)向力也就會(huì)增大。進(jìn)行復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)，若井斜角未達(dá)到10°，那么，合導(dǎo)向力屬于降斜力；若上穩(wěn)定器支點(diǎn)與近鉆頭穩(wěn)定器支點(diǎn)距離大于14m，井斜角高出10°，那么，導(dǎo)向力就會(huì)變?yōu)樵鲂绷?，同時(shí)導(dǎo)向力會(huì)隨著井斜角的不斷增大而增大；當(dāng)井斜角高出50°時(shí)，就會(huì)使得增斜力處于穩(wěn)定狀態(tài)。另外，井眼軌跡控制時(shí)，強(qiáng)調(diào)造斜鉆進(jìn)和穩(wěn)斜鉆進(jìn)應(yīng)共用相同的鉆具方能增強(qiáng)鉆井時(shí)效，因此，在明確鉆具組合結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，必須對(duì)滑動(dòng)導(dǎo)向及復(fù)合鉆井導(dǎo)向兩者的功效進(jìn)行全面的考慮。
    高效導(dǎo)向螺桿鉆具應(yīng)用效果
    3.1.深部井段導(dǎo)向鉆進(jìn)效果
    在對(duì)井眼軌跡控制的要求進(jìn)行一番分析研究，結(jié)合導(dǎo)向力分析計(jì)算結(jié)果，明確選擇帶高效導(dǎo)向螺桿鉆具的底部鉆具組合配合PDC鉆頭入井。實(shí)踐證明，在導(dǎo)向鉆進(jìn)過(guò)程中，有利于工具面的控制，螺桿鉆具壓差敏感，避免了拖壓?jiǎn)栴}的發(fā)生。機(jī)械鉆速增加到了8．62 m／h。在穩(wěn)斜旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過(guò)程中，井斜有了一定的降低，大概在1．4°／30 m，與預(yù)期提出的井眼軌跡控制要求完全一致。
    3.2.井眼軌跡質(zhì)量
    采用ANSYS系統(tǒng)準(zhǔn)確獲悉傳動(dòng)軸受外載與約束作用狀態(tài)下的應(yīng)力分布情況，通過(guò)實(shí)踐表明，應(yīng)力值最高能夠達(dá)到434Mpa，主要位于傳動(dòng)軸過(guò)渡截面位置上。根據(jù)各外徑對(duì)其最大應(yīng)力值進(jìn)行計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，在材質(zhì)條件穩(wěn)定不變下，傳動(dòng)軸的外徑會(huì)有所增大，且提升了作業(yè)的安全水平，倘若將傳動(dòng)軸的外徑提升5mm，那么，高效導(dǎo)向螺桿鉆具的承載能力就會(huì)提高百分之十六。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，以L(fǎng)Z95螺桿鉆具為例，其傳動(dòng)軸的外徑應(yīng)取值100mm為宜。

    綜上所述可知，實(shí)際中使用高效導(dǎo)向螺桿鉆具對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)與安全要求能夠很好的滿(mǎn)足，可以處理好普通螺桿鉆具滑動(dòng)導(dǎo)向過(guò)程中無(wú)法解決的拖壓?jiǎn)栴}，可有效控制工具面，相較于普通的導(dǎo)向螺桿鉆具，高效導(dǎo)向螺桿鉆具具有更優(yōu)的深層導(dǎo)向鉆進(jìn)效率；通過(guò)高效導(dǎo)向螺桿鉆具鉆出的井眼具有較高的規(guī)則性，十分光滑，不僅使得井眼摩阻及鉆進(jìn)扭矩進(jìn)一步降低，而且對(duì)后續(xù)井下作業(yè)提供了極大的便利。