水平井、定向井、钻井装备及器具产品概述

第一节 水平井、定向井、钻井装备及器具产品定义及基本属性

一、产品定义、性能

水平井、定向井、钻井装备及器具是在定向井钻采中所用的专用设备及器具，主要包括井下工具和地面工具两部分。

井下工具主要包括井下马达、稳定器、无磁钻铤、螺旋钻铤、加重钻杆、定向接头、弯接头、定向弯接头、定向造斜专用 PDC 钻头、井底动力钻具(螺杆动力钻具、涡轮钻具) 和液力加压器、水平井取心工具等。

地面工具主要包括斜井钻机、转盘量角器、钻杆量角器、钻铤量角器、方钻杆标定尺、钻杆划线规、定向键调节扳手、可调变径稳定器等。

主要工具定义性能如下：

1、斜井钻机

斜井钻机是利用井架倾斜一定角度后，由地面开始钻斜井，适用于钻定向井、浅层水平井等井型。由于这种钻机属于车载撬装钻机，与常规钻机相比，可减少井场占地面积和钻机的移运时间。

2、井下马达

井下动力钻具是常用的造斜工具之一，它分为涡轮钻具、容积式马达和电动钻具三大类。目前在我国海洋定向井的井下马达使用方面，电动钻具已不存在，涡轮钻具也很少使用，通常使用容积式马达（PDM型）、容积式马达可分为迪那、纳维和螺杆钻具。容积式马达具有下列优点：一是动力钻具所钻井眼尺寸与原井眼完全相同，不必再次下钻扩眼；二是井内有桥塞时，这类钻具可以钻过，并能在开始造斜前将井底循环干净；三是空转转速与工作转速相差的幅度较小（与涡轮相比），有利于钻头选型。

3、定向接头

目前国内常用的定向接头有两种：定向直接头和定向弯接头，定向直接头用于弯壳体螺杆定向钻进，而定向弯接头则用于直壳体螺杆定向钻进。定向弯接头因其具有制造简单、使用方便、成本低廉等特点，目前使用较为普遍。

4、无磁钻铤

由于所有磁性测量仪器在测量井眼的方向时，感应的是井眼的大地磁场，因而测量仪器必须是一个无磁环境。然而在钻井过程中，钻具往往具有磁性，具有磁场，影响磁性测量仪器，不能得到正确的井眼轨迹测量信息数据，利用无磁钻铤可实施无磁环境，并且具有钻井中钻铤的特性。国外已有相当数量的无磁钻铤产品于1990年列入API标准。我国根据国外产品和产品样本制订了SY/T 5145-86《无磁钻铤》标准。

5、可调变径稳定器

可调变径稳定器是一种在钻进过程中，用于控制或调整井眼的井斜角的一种工具。它通过调整稳定器的尺寸大小，改变下部钻具的井斜控制能力，从而较准确地控制井眼的并斜角。

6、非旋转钻杆保护器

在延伸钻大位移井中，摩擦阻力过大，使钻柱扭矩过高和套管严重磨损，是必须解决的重点问题之一。钻柱扭矩过高，超过驱动系统的驱动能力或钻柱所能承受的扭矩，将会导致钻具事故，甚至无法钻进。为此，在大位移井中，常常采用非旋转钻杆保护器，它的主要作用是降低钻柱的扭矩和防止套管的严重磨损。

6、液力加压器

液力加压器具有将钻头处的压力降转换成轴向钻压传递给钻头，改善了井下钻柱的受力状态，并能在钻井过程中起到良好的减震作用，对提高机械钻速、防止钻柱损坏发挥重要作用。

7、稳定器

稳定器用途最为广泛，不论是增斜降斜段，还是稳斜稳平段，都是不可缺少的工具之一。根据不同生产段的需要和水平井自身的特点，有着不同稳定器的形状及几何尺寸。综合考虑各种客观因素，确定稳定器在钻具组合中的最佳位置。

二、产品所属行业界定

在国家统计局规定的行业划分标准中，钻采装备行业被归于【36】专用设备制造业项目下的【3722】石油钻采装备制造。

第二节 水平井、定向井、钻井装备及器具产品应用概况

一、产品主要应用领域

水平井、定向井、钻井装备及器具产品应用情况列表

二、产品应用成熟度分析

如今，水平井、定向井钻井技术已日趋完善，由单个水平井、定向井向整体井组开发转变，并以此为基础发展了水平井各项配套钻井装备及器具。

水平井、定向井钻井装备能够得到广泛应用，主要得益于水平井、定向井较高的投入产出比，可以最大限度地提高油气井产量和采收率，特别是能够实现薄油层的高效开发。

至2010年底，仅胜利油田累计投产水平井2000口，年水平井数量突破400口，形成了比较成熟的水平井完井、采油、修井系列技术，实现了规模化应用。

第三节 水平井、定向井、钻井装备及器具产品发展历程

我国定向井钻井技术的发展可以分为五个阶段，50—60年代开始起步，首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井:玉门油田的C2­—15井和磨三井，其中磨三井总井深1685米，垂直井深表遗憾350米，水平位移444.2米，最大井斜92°，水平段长160米；70年代扩大实验，推广定向井钻井技术；80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。

“九五”期间是国内水平井钻井技术提高与推广应用的重要时期。该时期水平井技术的主要特点为:新钻井多为中半径水平井，进行了套管开窗侧钻中半径、短半径水平井的技术攻关，扩大了长裸眼应用范围，钻具组合普遍采用了弯螺杆动力钻具并得到了优化和简化，推广应用了电子单、多点测量仪器。由于工艺技术的不断完善，水平井的应用范围也不断扩大，先后成功用于砂泥岩油气藏、灰岩油气藏、高压低渗油气藏、稠油油气藏的等特殊油气藏的开发。同时，开展了套管开窗侧钻短半径水平井技术研究，形成了配套技术。

在测量仪器方面，配套了MWD随钻测斜仪，淘汰了落后的人工单点定向施工模式。引进了FEWD地层评价随钻测量仪，使水平井技术由几何导向逐步转变为地质导向，一些难以动用的边际油藏和超薄油藏得到了开发。

“十五”以来，针对勘探开发提出的新要求，国内钻井技术进入了新的发展时期。以欠平衡压力钻井、大位移井钻井、分支井钻井、地质导向钻进技术为代表的先进钻井技术取得了新的突破。国内各油田先后完成了十余口分支井现场试验，形成了分支井钻井工艺技术，配套完善了井下工具；在成功研制开发具有独立知识产权的MWD无线随钻测量系统、自然伽玛和感应电阻率测量系统的基础上，形成了地质导向钻井配套技术。2004年8月，完成了国内最深的双分支水平井ＴＫ908ＤＨ井。第一分支完钻井深5234.55ｍ,水平段长450.00ｍ,水平位移754.49ｍ。第二分支完钻井深5239.88ｍ，水平段长500.06ｍ,水平位移700.00ｍ。

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