井底鉆具組合軌跡控制特性分析

摘要：井底鉆具組合（BHA）是井眼軌跡控制的關鍵，BHA不同的結構特征及不同的施工參數配合其軌跡控制能力不同，本文應用wellplan軟件BHA特性分析功能，分析了目前常用BHA的結構特征及與不同參數配合下的井眼軌跡控制特性，為井眼軌跡控制BHA結構及施工參數優化提供了參考。

關鍵詞：底部鉆具組合；BHA；軌跡控制；Wellplan

準確的掌握鉆具組合的軌跡控制能力是控制好軌跡的關鍵所在，鉆具組合所具有的軌跡控制能力不僅于其結構有關，而且與與之配合的施工參數有關，本文采用wellplan軟件底部鉆具組合分析模塊，利用有限單元發，分析常用井眼軌跡控制所用BHA的軌跡控制特性，以便據此優化鉆具組合及施工參數，增強入井工具的軌跡控制能力，達到提速的目的。

1 常用井底鉆具組合結構

目前最常用的井眼尺寸為φ215.9mm井眼，因此統計出φ215.9mm井眼中常用鉆具組合結構類型及參數。

（1）鐘擺BHA：φ216mm鉆頭+φ172mm短鉆鋌+φ172mm無磁鉆鋌×1+φ210mm穩定器+φ127mm加重鉆桿。

（2）增斜BHA：

a.φ216mm鉆頭+φ214mm穩定器 +φ159mm無磁鉆鋌+φ127mm加重鉆桿。

b.φ216mm鉆頭+φ214mm穩定器+φ159mm無磁鉆鋌×（1根或1.3根或2根）+φ214mm穩定器+φ127mm加重鉆桿。

c.φ216mm鉆頭+φ214mm穩定器+φ159mm無磁鉆鋌+φ159mm螺旋鉆鋌×（0根或1.3根或 2根）+φ214mm穩定器+φ159mm螺旋鉆鋌+φ214mm穩定器+φ127加重鉆桿

（3）穩斜BHA：

a.φ216mm鉆頭+φ214穩定器+φ159短鉆鋌+φ214穩定器+φ159無磁鉆鋌+φ214穩定器+φ127加重鉆桿。

b.φ216鉆頭+φ214穩定器+φ159短鉆鋌+φ214穩定器+φ159無磁鉆鋌+φ127加重鉆桿。

（4）導向BHA

φ216mm鉆頭+φ208穩定器+φ172導向馬達+φ208穩定器+φ165無磁鉆鋌+φ165MWD+φ127加重鉆桿。

2 井底鉆具組合軌跡控制能力特性分析

2.1鐘擺BHA特性分析

鐘擺BHA降斜能力主要受扶正器前鉆鋌長度、鉆壓決定，通過計算扶正器前鉆鋌越長，鐘擺力越大，降斜能力越強，而鉆壓越大降斜率越低。雙扶正器鐘擺與單穩定器大鐘擺相比在同等鉆壓下雙扶鐘擺降斜能力及問方位能力要強；小鐘擺（穩定器前1DC）降斜能力較大鐘擺弱，但是方位穩定性較強。（圖1）

2.2 增斜及穩斜BHA特性分析

現場應用的增斜BHA種類較多，主要有三穩定器，雙穩定器和單穩定器三種，通過計算增斜能力從強到弱依次為：3S-2DC > 3S-1.6DC > 1S-0DC > 2S-2DC > 2S-1.3DC > 3S-1DC >

2S-1DC，鉆壓180KN時達到的最大增斜能力分別為：1.46，1.29，0.97，0.76，0.56，0.33，0.14°/30m。（圖2）

現場應用的穩斜BHA，主要有三穩定器和雙穩定器兩種，通過計算三穩定器穩斜BHA無論是井斜穩定性還是方位穩定性上都要優于雙穩定器BHA，穩定性與鉆壓有關，雙穩定器BHA井斜及方位穩定性隨鉆壓的升高而降低。（圖3）

2.3導向BHA特性分析

導向BHA造斜能力主要受馬達彎角大小、鉆壓及彎距決定，通過計算馬達彎角越大，鉆壓越大造斜率越高，而造斜率隨彎距長度增大呈先增大后減小的規律，在2.5m處達到最大；通過計算1.25°與1.50°彎馬達通過調節鉆壓及彎距分別可達到3.22和4.12°/30m的造斜能力。（圖4）

3.認識

（1）鐘擺BHA降斜能力結構主要取決于鉆頭與穩定器之間鉆鋌長度及尺寸，參數主要取決于鉆壓，軌跡控制中可以通過調整鉆壓的方式來實現軌跡控制。

（2）增斜BHA和穩斜BHA，其軌跡控制能力主要取決于靠近鉆頭的兩個穩定器之間的鉆鋌長度，越短穩斜能力越強，越長增斜能力越強，對于方位穩定性來說，兩個扶正器即可保證方位的穩定性需要。

（3）導向BHA軌跡控制能力與馬達彎角的大小和彎角距離鉆頭的距離油管，彎角越大造斜能力越強，彎角局里鉆頭2.5m附近造斜能力最強。

參考文獻

[1]帥健，于水南，呂英明.整體鉆柱的受力與變形[J].石油大學學報，1994，18（1）：56-60.

[2]夏焱，管志川.偏心鉆頭底部鉆具組合穩定器的適宜安放位置研究[J].石油大學學報：自然科學版，2003，27（5）：39-43.

作者簡介：張海軍，男，1983年5月出生，工程師，2009年獲得大慶石油學院油氣井工程專業碩士學位，現在大港油田石油工程研究院工作，從事鉆井工程方案、工程設計及相關的科研工作。

（作者單位：大港油田石油工程研究院）