科钻一井钻具组合设计

 SL-1二轮样机将外管材质较KZ外管提高2个API钢级，但PH456回次入井工作3.05h后母螺纹碎裂，一块约2 Cm2的金属片落入井内，提钻时险些酿成卡钻事故，开泵回转并反复窜动钻具后方解卡，但造成钻头胎体脱落。
 
  井底动力冲击回转取心钻进既不同于石油钻井（以沉积地层为主），也不同于普通岩心钻探（以硬岩地层为主）。石油钻井具有大口径、深井、低转速、大钻压的特点，岩心钻探具有小口径、浅孔、小钻压、高转速的特点。井底动力冲击回转取心钻进采用的钻具组合和钻进技术参数等施工工艺与石油钻井和普通岩心钻探都有很大的不同，必须加以分析研究。科钻一井采用螺杆马达十液动锤十金刚石双管取心钻具的井底动力冲击回转钻进方法，这是一项全新钻探技术体系，钻探施工工艺研究显得尤为重要。
 
  井底动力冲击回转取心钻进系统最核心的特点就是把两种不同类型的孔底动力机有机地组合应用到取心钻具上，使之形成了与目前传统取心钻进技术完全不同的螺杆马达液动锤井底动力冲击回转取心钻进技术。
 
  在此之前的多种取心钻探技术，各自有各自的适用范围与局限性（表8-44），均因种种条件所限，无法有效满足科钻一井的取心钻进要求。螺杆马达液动锤井底动力冲击回转取心钻进技术的诞生，是在特定条件下的创新产物。科钻一井采用的螺杆马达十液动锤十金刚石取心钻具的孔底动力钻进回转取心钻具结构，钻具组合主要考虑以下两个方面的问题：①硬岩深井金刚石取心钻进钻遇的地层一般都有造斜能力，在钻具的组合设计中必须重点考虑防斜；②硬岩深井取心钻探经常发生岩石掉块卡钻事故，在钻具组合设计中需考虑钻具的卡钻事故处理能力问题。
 
  1．防斜设计。
 
  由于科钻一井钻遇地层的强致斜性，钻具还必须考虑防斜问题，因此，螺杆马达液动锤取心钻进除了其自身工艺特点如小钻压等有利于防斜之外，在钻具组合中也重点考虑了防斜设计。
 
  众所周知，传统防斜纠斜钻具组合主要有：
 
  (1)满眼防斜钻具。满眼钻具一是能产生较小的钻头倾角（相对于钟摆钻具而言）；二是利用三点（三个稳定器）直线性来保证井眼的直线性和限制钻头的横向移动，满眼钻具适用于较为易斜的地层。
 
  (2)钟摆防斜钻具。钟摆钻具是利用斜井内钻柱切点以下钻铤重量的横向分力（钟摆力）把钻头压向井眼下方，以逐渐达到减小井斜的目的，这个横向分力的作用犹如钟摆一样，一般可用于普通地区钻井和井斜产生后的降斜。
 
  (3)柔性防斜钻具组合。①钻杆柔性防斜钻具，即在下部钻柱中的第一稳定器以上加一根钻杆，第一稳定器与钻头之间用一定长度的钻铤连接，因而也称为柔性钟摆钻具；②柔性接头防斜钻具，在钻头和第一稳定器之间加了一个技术接头（也称柔性接头），柔性防斜钻具组合可用于特别易斜地层的钻井。
 
  (4)偏心防斜钻具。在钟摆钻具的适当位置安放一个质量偏心短节（偏心质量块在一侧凸出）而形成，其设计思想是要改善钟摆钻具较大的钻头外侧倾角（即钻头轴线偏出井眼轴线增斜一侧），适应于中等以下易斜地区（层）的纠斜钻进。
 
  在科钻一井取心钻进中，由于取心钻具空间条件的限制，钟摆防斜钻具与柔性防斜钻具和偏心防斜钻具等均无法在科钻一井中有效应用，所以重点考虑了满眼防斜钻具的应用。具体钻具组合如下：金刚石取心钻头十下扩孔器十岩心管十上扩孔器十液动锤十螺杆马达十震击器十扶正器十钻铤+扶正器十钻铤十钻杆柱。
 
  科钻一井取心钻进钻具组合设计中，为提高回次进尺的可能，取心筒的长度设计原则是尽可能的长，一般为9m左右，在取心钻具上安装相距8.5 m左右的上、下两个扩孔器，这是典型的满眼钻其结构。因此在钻具设计中考虑防斜的问题，主要采用满眼钻具设计，满眼钻具是一种多稳定器（扩孔器十稳定器）的钻具组合，稳定器尺寸接近井眼直径，具有满眼、刚性的特点。井底钻具的刚、直、满、重，是防斜钻进工艺的基本要求，具备这4个特征的钻具在孔底受压条件下能够较好地保持直线度及其与钻孔轴线的同轴度。科钻一井采用的井底动力冲击回转取心钻进钻具组合充分满足这4个条件：①刚。岩心管为Φ139. 7mm×10. 54mm规格、N80钢级(API标准)的石油套管，孔底动力钻具的外管也均为厚度不低于lOmm的优质管材。②直。精心挑选岩心管，严格保证粗径钻具联接螺纹的同心度和同轴度。③满。扩孔器外径总大于钻头外径，所以粗径钻具总是充满孔眼，同时钻铤上安装一个以上的稳定器，尽可能防止粗径钻具在孔底发生倾斜。④重。配置Φ120mm钻铤50m左右，使钻杆在钻进时总处于受拉状态。
 
  2．防卡钻设计。
 
  科钻一井取心钻具组合设计中，从三个方面着手考虑提高处理卡钻事故的能力：①在钻具上安装孔底解卡工具；②提高整体组合钻具的抗拉安全系数；③提高泥浆的润滑性。
 
  钻具组合的井底解卡工具采用液压式上、下震击一体式随钻震击器。为了有利于下压震击作业的实现，随钻震击器应安装在钻铤的下部；另外，由于一般卡钻主要发生在粗径钻具处，为了有利于上提震击作业的实现和解卡，随钻震击器应安放在最上粗径钻具（稳定器）上方的位置。
 
  提高整体组合钻具的抗拉安全系数，主要是提高钻杆的抗拉强度，钻具组合设计中采用高强度钻杆。在科钻一井取心钻进施工中采用的主要钻具有：钻头直径l57mm、钻铤直径120mm、钻杆直径89mm，4L2120×7Y螺杆马达的最大输出扭矩Mx为3015N．m; Φ+=9mm钻杆的主要技术指标为：类别工、钢级S135、壁厚9.35mm、抗拉强度Te为2175kN、抗扭强度Me为4530N．m、单位质量19. 8kg/m;采用无固相泥浆，泥浆密度为1.03kg/cm3。5000m钻具结构质量如表8-45。
 
  5000m孔深时地表第一根钻杆的载荷为905. 48kN。