缩径稳定器研制与应用.doc

缩径稳定器的研制与应用
兰志钢
（川庆钻探工程有限公司川西钻探钻具井控公司）

摘要：针对目前国内一直采用与钻头尺寸相近的硬质稳定器，易导致稳定器卡钻事故，加之处理困难等问题，我们研制了一种缩径稳定器，通过缩小外径尺寸的方法解决卡钻问题；缩径稳定器主要由上接头、稳定器主体、稳定块、芯管锥度轴、稳定器下接头、钢球、限位螺钉等零配件组成。对缩径稳定器的结构、工作原理、特点进行了论述，在深井、定向井、水平井复杂井中如何防阻、解卡进行了分析。该工具对于卡钻事故处理有速度快，不影响正常生产，成功率高的特点。通过应用表明，该稳定器结构简单，操作方便，可靠性高的优点，对稳定器卡钻事故处理效果明显。
关键词：缩径稳定器；卡钻；解卡 应用
中图分类号： 文献标识码：
Development and Application on the OD-reduced stabilizer
LAN Zhi-gang
( CNPC Chuanqing Drilling Engineering Company limited West Sichuan Drilling Company Drlling Tool And Drilling Control Company )
Abstract:At present, it is easily to get stuck due to use the same size stabilizer as the rock bit. In order to deal with this issue, we developed a OD-reduced stabilizer by reducing the diameter size of the stabilizer to solve this problem. The OD-reduced stabilizer is mainly composed of up-joint, main stabilizer, stable block, core pipe taper shaft, down-joint, ball, limit screws and other accessorial composition. The structure, working principle, characteristics of preventing from compression and sticking release are discussed and analyzed in deep well, directional well, horizontal complex wells. The tools have fast and high success rate to release sticking, also it don’t have any affection to the normal production, The application shows that the OD-reduced stabilizer has many advantages as simple structure, easy operation, high reliability, and it also has obvious performance on the stabilizer sticking incidents.
Key words:OD-reduced stabilizer; sticking; incident; release; application
申请专利号：CN200310116270.0
公开（公告）号：CN1616793
1、引言
钻具稳定器适用于石油地质钻探作业，钻井过程中起到增稳降斜扶正的作用。目前国内一直采用与钻头尺寸相近的硬质稳定器，从而易出现卡钻事故。稳定器卡钻处理困难，通常采用套铣筒对其套铣作业，对套铣工具和操作技术要求都非常高，且速度慢，钻井周期拖长造成费用增高。如果在遇到卡钻事故时，能够快速缩小稳定器的外径，会降低卡钻事故发生的几率，即使发生卡钻事故，处理也相对容易；
国内已有一定种类的缩径稳定器应用，但普遍结构复杂；主要有液压缩径稳定器和无线遥控缩径稳定器两大类型，由于井下环境恶劣，稳定性较差，经常会引起液压密封失效和遥控失灵等一些问题，造成缩径失败。

吸取上述缩径稳定器之缺点，而研制一种现场操作简便，能及时解卡的缩径钻稳定器。必须有结构简单，操作方便，可靠性高等特点。
2003年，根据现场要求，我们研制了一种缩径稳定器，关键部位采取了纵向运动带动横向运动缩小直径方法，能及时达到解卡的目的；该工具能有效防止和及时处理小井眼定向井的稳定器卡钻事故。经现场多口井使用效果良好，对稳定器卡钻有很大的帮助，形成了一套独特的处理事故方式，节约了卡钻处理时间。
2、结构、工作原理
2.1 结构
缩径钻具稳定器主要由上接头、稳定器主体、稳定块、芯管锥度轴、稳定器下接头、钢球、限位螺钉等配件组成（图1）。

图1缩径稳定器正常状态
该稳定器的本体上有4排稳定块，4排过液槽，稳定块可以更换，稳定块上有刮泥密封圈，上接头与与芯轴锥度轴之间有密封圈，使用后均可以更换。
2.2工作原理
正常工作时，稳定块处于伸出状态：

图2缩径稳定器缩径状态
在小井眼定向井钻进过程中，钻具组合中遇到缩径稳定器卡钻时，向钻具水眼内投入钢球，再向水眼内施加泵压推动钢球，钢球推动芯管锥度轴剪断限位螺钉，芯管锥度轴继续下行带动稳定块向内移动，稳定器由大直径缩为小直径（图2），从而起到缩径解卡的作用，同时旁通孔打开进行循环，便可继续钻进。

图3 稳定块伸出 图4稳定块收缩
稳定器缩径后，立即开泵进行循环，减少卡钻的危险；可以根据井下情况更换不同尺寸的稳定块，分别满足钻井、 通井要求。
2.3结构参数与性能特点
2.3.1 结构参数
缩径稳定器的主要技术参数（单位：mm）
型号 总长 最大外径 通径 稳定块长度 连接螺纹
SWL152 1500 Φ152 Φ50 400 NC38
SWL215 1700 Φ215 Φ58 500 NC50
SWL311 2000 Φ311 Φ78 700 75/8REG
（1）根据井眼尺寸分别制作完成了外径为Φ152、Φ215、Φ311三种规格的稳定器；（2）根据井身特点和通井要求可以更换不同尺寸的稳定块，满足不同情况下的钻井需求。
2.3.2 性能特点 （1）最小0.5MPa压差下，便可以推动芯管锥度轴向下移动，起到缩径目的，最大压差可达20MPa。（2）缩径状态下不影响通井循环和继续钻进。（3）耐磨损，寿命长，稳定块磨损或损坏后，更换新的稳定块即可。（4）能承受高泵压、高转速。（5）起钻后，拆掉上接头，取出钢球，用专用工具将芯管锥度轴拉出，固定好限位螺钉，再接好上接头，该稳定器则可继续使用。
3、在定向井中防阻、卡分析
在Φ215mm小井眼定向井中，外径Φ215mm普通螺旋稳定器直径较大；钻井过程中，由于稳定器与井壁接触面积大（图5），环空间隙小，钻柱扭矩大、易憋跳，易损坏钻杆，同时在小井眼中存在岩屑上返速度慢，需长时间循环。钻速快时，停泵后上提钻具易发生阻卡现象。起钻过程中，由于井壁不规则，地层垮塌，缩径等现象，上提过程中易刮削粘附泥饼，堆积沉砂，使滤饼粘附在稳定器上，发生拔活塞效应，严重时易造成阻卡，事故较难处理。[1]

图5 图6
(a)缩径稳定器正常工作状态 (b)缩径稳定器缩径后工作状态
如果稳定器在井下发生卡钻，可立即投入钢球，开泵进行循环，将稳定块收缩，使稳定器本体与井壁不接触（图6），减少了粘卡事故的发生，即使发生粘卡现象，开泵循环也能逐渐解除粘卡现象，及时有效地处理粘卡事故发生，在起下钻中可有效避免阻、卡现象。
4、缩径稳定器扩展应用技术
定向井发生卡钻事故较多, 如缩井卡钻,坍塌卡钻,沉砂卡钻等；可采取的处理方法也较多，例如：泡油,解卡剂,爆炸松扣(倒扣),套铣等。在通过多种处理方法后，都能得到解决,但很多情况下处理到稳定器时难度变大 ；对稳定器处理就只有套铣，到最后甚至只有进行填井；近几年我们在处理卡钻事故中,有多口井都出现这种情况,最后不得不报废部分井段,进行侧钻处理。目前，通常都是采用套铣筒对稳定器进行套铣，对套铣工具和操作人员的技术要求都非常高。
但目前由于稳定器与井眼间隙较小，套铣危险大，很容易造成再生事故；在使用稳定器前，可考虑使用随钻震击器+缩径稳定器+随钻安全接头的钻具组合。在钻进过程中，如遇稳定器卡钻，可先考虑用随钻震击器，进行上、下震击解卡，
如果解卡无效，可采取第二步，稳定器缩径；投入钢球，开泵进行循环，将稳定器的稳定块收缩，缩小稳定器外径；此方法，基本上能够解决稳定器卡钻，如有困难，可再同时采取随钻震击器进行上、下震击。
如果解卡仍无效，可采取第三步，可将随钻安全接头进行倒扣，倒出安全接头上部钻具，下入套铣筒对下部钻具进行套铣；由于是对环空进行套铣，事故处理起来相对容易，然后进行打捞，事故基本上都能解决。
使用缩径稳定器发生卡钻事故的几率比普通稳定器大大降低，对稳定器卡点套铣也变的容易，对套铣技术要求相对简单，事故处理速度快。
5、现场运用
四川莲花山地区，构造复杂，井壁不稳定，易垮踏，多次造成卡钻事故；莲花2井钻井周期长达2年，多次遇稳定器卡钻，处理卡钻时效占到30%以上，严重影响了钻井周期。2005年3月12日，层位：须六，钻至3328米时发生遇阻，循环,活动钻具(54-10吨)未解卡,替入泥浆密度2.3,粘度滴流泥浆19方,循环处理泥浆，用砸筒下砸18次未解卡, 注解卡剂浸泡，循环,活动钻具(54-10吨)；3月14日下超级震级器进行震击，震击吨位60吨，震击次数21次，仍未解卡；3月15日，考虑对稳定器本体定块进行套铣，下外径Φ203，内径Φ172套铣筒进行套铣作业，中途起钻3次，更换铣鞋3只；3月19日，事故处理完毕，起钻发现该稳定器稳定块部分全部套铣脱落，共耗时8天完成。
莲花000-X1井2007年5月10日开钻，将该缩径稳定器进行了现场试验运用该技术，该井钻至4132米时发生遇阻，循环未解卡；钻具内立即投入钢球，开泵循环，活动钻具，泵压12MPa，上提钻具60T，悬重逐渐下降，解卡，迅速起钻；立即起钻，检查发现该稳定器缩径成功,卡钻处理耗时7小时；该井钻井过程中共发生稳定器卡钻5次，均采用缩径稳定器缩径，均循环解卡成功，未出现因稳定器卡钻造成事故。
6、关键技术
（1）稳定块更换：缩径稳定器下井后，使用一段时间后，如需更换稳定块，可以卸掉限位螺钉，然后卸掉稳定器下接头，将芯管锥度轴从稳定器主体中抽出，稳定块从芯管锥度轴划出，更换相应的稳定块；上接头密封盘根更换：直接将上接头拆卸，更换相应密封圈。
（2）缩径稳定器是由4排稳定块起支撑作用，该稳定器使用寿命长，达到5口井以上。
（3）使用后的缩径稳定器应及时冲洗干净，拆卸检查所有密封件是否完好无损，否则应更换相应密封件。然后用三点测量规检查变径后的扶正外径，判定是否需要更换稳定块。
（4）为保证稳定器使用时有效外径，可考虑的在稳定块上镶硬质合金齿，增加耐磨性。
7、结论：
（1）对于环空松软地层卡钻可采取套铣作业，但在小井眼中，稳定器与井眼间隙太小，只有对稳定器本体进行套铣，危险大，很容易造成再生事故，所以在复杂井钻进中可将缩径稳定器纳入钻具组合。
（2）缩径稳定器与普通稳定器相比，井壁接触面积小，摩擦力小，钻压损耗小，在应用过程中钻进平稳，无憋跳现象。降低了钻具扭矩，减少了钻具磨损，延长了使用寿命，有很好的经济效益。
（3）缩径稳定器是一种新型的井下控制工具，目前已经用于大位移井的钻井作业，在水平井及定向井中也有一定的应用。在深井和快速钻进中，解决了井下稳定器因泥饼粘附和井壁垮塌卡钻，在快速处理上有很好的效果，值得在在井队推广使用。[2]
参考文献：
[1] 王培峰，谭 平，雷桐，陈练军. 小尺寸变径稳定器在小井眼定向井中的应用.石油钻采工艺，2004（3）：30-31.
[2] 苏义脑，窦修荣，王家进. 变径稳定器及其应用. 石油钻采工艺，2003（3）：4-8.

第一作者简介：兰志钢，工程师，生于1979年，2001年毕业于西南科技大学机械制造及自动化专业，现从事井控装备和钻井工具维修、管理等工作。地址：（621709）四川省江油市三合镇川西北钻具井控公司。电话：[phone]。身份证号码：510781197909013259
稿件编号：2010-10-19

作者简介：兰志钢（1979-09-01），男，四川省江油市，工程师，主要从事井控装备和工具管理工作，E-mail：lanzhigang2008@。5