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减摩减扭工具的研究与应用 孙晓飞 张立娜 于学良 刘洋 孙巍巍 渤海钻探工程技术研究院完井中心 摘要：在大位移井、大斜度井和超深井的钻井作业中，经常出现钻进扭矩过大和套管磨 损等问题，目前加入减摩减扭工具的效果最为明显。本文对非旋转钻杆接箍、低扭矩钻杆、 DSTR 短节几种减摩减扭工具进行简单的介绍，并重点介绍减摩减扭接箍的结构、工作原理 及现场应用效果。表明减摩减扭接箍能使钻进中的钻柱对套管内壁减少摩擦及碰撞，且保护 套管，减低扭矩等效果。 关键词：减摩减扭 摩擦 扭矩 大位移井 引言 随着石油工业的不断发展，超深井、定向井和大位移井的数量越来越多，已成为油田的 重要增产手段。大位移井具有井斜角大、井段长等基本特点，由此引发的重力效应问题造成 套管与井下钻柱受到很大的轴向摩擦力和摩擦扭矩，导致送钻困难、顶驱能力超限、钻柱和 套管磨损严重，由此引发严重后果使抗挤强度降低，容易出现套管被挤毁使井眼报废或局部 井段报废的情况，抗内压强度降低，磨损套管抗内压强度降低，甚至磨穿而不能承受内压[1]。 这不仅造成经济损失，而且给加深井造成困难，严重时钻不到设计深度，影响正常的钻进和 完井作业。 国内外许多公司研制了相关的工具，包括整体式和分体式非旋转保护接头，整体式非旋 转保护接头直接连接在钻柱中，在接头位置形成支撑，避免钻杆接头直接磨损套管，通过外 滑套和心轴间的轴承滑动来防止套管磨损，降低了钻进扭矩。而分体式非旋转保护接头直接 套在钻杆上，操作方便，不增加钻柱长度，并采用了减磨的复合材料，重量轻，可钻性好[2]。 我国渤海钻探工程院已研制出了Φ73mm、Φ88.9mm、Φ127mm、Φ139.7mm 等多种型号的减 摩减扭接箍，并在多口井中得到成功应用。 一、减摩减扭工具介绍 非旋转钻杆接箍为非旋转保护接头（见图 1）。它结构简单、安装方便，通过上下的铝 制止推轴承将塑料或者合成橡胶制成的套筒固定在钻杆上，并利用中间的套筒使钻杆与套管 内壁不发生摩擦与碰撞，已达到保护套管的作用。但是由于套筒质地为塑料或合成橡胶材料， 在侧向力较大或者井下温度过高时，极易使套筒发生变形和扭曲，使工具在相对复杂的井况 下作用大幅降低。再由于工具的局限性，不能使用于裸眼井段，对钻井施工进度和工具使用 效果都造成了影响[3]。 图 1 非旋转钻杆接箍 低扭矩钻杆在降低扭矩方面也有很明显的效果（见图 2），它是在一个中间部位带 3 个 整体稳定器的钻杆，当工具刚下入井内时，减扭效果最好，它的减扭效果是通过紧靠造斜段 底部的岩屑被搅动而实现的，当岩屑床被消除，扭矩将保持常数。但是由于工具上存在 3 个叶片的接触面，即使采用新型的环形加硬层，过多加入仍然会产生很大的扭矩[4]。 图 2 低扭矩钻杆 DSTR 短节为旋转接箍（见图 3），它连接在钻杆之间，可以在起下钻时作为钻柱的一部 分，它的工作原理与非旋转钻杆接箍基本相同，通过外套与心轴之间的滚动轴承来实现减摩 减扭的作用，但由于轴承中滚珠受到井下侧向力的影响，破碎情况十分严重，所以大大降低 了工具的减扭效果和使用寿命。本文着重介绍另一种整体式非旋转保护接头，减摩减扭接箍 的结构原理与使用效果[5]。 图 3 DSTR短节 2、减摩减扭接箍工具结构及工作原理 2.1 减摩减扭接箍的工具结构