The Стабилизатор бурильной колонны — важнейший инструмент, устанавливаемый на бурильную колонну при бурении нефтяных и газовых скважин, геологоразведке и других инженерных проектах. Его основные функции включают стабилизацию бурильной колонны, управление траекторией ствола скважины, снижение вибрации и износа бурильной колонны, а также обеспечение эффективного и безопасного бурения. Ниже приведено подробное описание:

I. Основные функции

1. Стабилизация бурильной колонны и предотвращение отклонения
   Благодаря контакту со стенкой скважины стабилизатор обеспечивает радиальную поддержку бурильная колонна, уменьшая поперечные колебания бурильной колонны во время вращения и бурения. Это предотвращает отклонение ствола скважины от проектной траектории (например, управление траекторией в наклонно-направленных или горизонтальных скважинах).
2. Контроль диаметра ствола скважины
   Наружный диаметр стабилизатора близок к диаметру бурового долота, что позволяет ему удалять излишки породы или глинистой корки со стенок скважины. Это обеспечивает правильную форму ствола скважины, предотвращает его расширение или усадку и создает благоприятные условия для последующего цементирования и заканчивания скважины.
3. Снижение износа и усталости бурильной колонны
   Он минимизирует трение между бурильной колонной и стенкой скважины, уменьшает изгиб и вибрацию бурильные трубы и утяжеленные бурильные трубы, продлевает срок службы буровых инструментов и снижает риск возникновения несчастных случаев, таких как поломка и застревание бурильной колонны.
4. Оптимизация гидравлических характеристик
   Некоторые стабилизаторы спроектированы с отводными канавками или водяными глазками, которые улучшают путь потока бурового раствора, повышая способность переносить песок и эффективность охлаждения долота.

II. Основные классификации и структурные особенности

Стабилизаторы бурильной колонны можно классифицировать по конструктивному исполнению, сценариям применения и принципам стабилизации:

Классификация по структурной форме

1. Интегральный стабилизатор

Структура: Выкован из цельного куска стали (например, легированной стали) и обработан на станке, с ребрами, интегрированными в основной корпус (без сварных или сборных компонентов).

Функции: Высокая прочность и ударопрочность, подходит для глубоких скважин, твердых пород или условий бурения с высокой скоростью вращения.

Приложение: Глубокое бурение скважин, твердые горные породы и участки наклонно-направленных скважин с высокой скоростью набора кривизны.

2. Стабилизатор вставного типа

Структура: В ребра основного корпуса вставлены твердосплавные вставки (например, зубья из карбида вольфрама) или вставки из поликристаллического алмазного композита (PDC).

Функции: Исключительная износостойкость, эффективная обработка абразивных пород (например, песчаника, конгломерата) и продление срока службы.

Приложение: Абразивные образования и горизонтальные участки скважин (требующие длительного контакта со стенкой скважины).

3. Сменный стабилизатор рукава

Структура: Основной корпус служит основанием, а съёмная втулка из износостойкого сплава обеспечивает стабилизацию. Изношенные втулки можно заменить, не разбирая весь корпус.

Функции: Экономически эффективен, снижает затраты на техническое обслуживание, подходит для средне- и низкоабразивных пластов.

Приложение: Традиционные вертикальные скважины и требования к вторичному/многократному использованию в скважинах средней глубины.

4. Спиральный стабилизатор

Структура: Ребра распределены по спирали, что минимизирует площадь контакта со стенкой скважины и обеспечивает более плавный проход жидкости.

Функции: Снижает сопротивление потоку бурового раствора и потерю давления, одновременно выполняя функции стабилизации и отклонения.

Приложение: Высокопроизводительное бурение и горизонтальные секции (снижают накопление шлама).

Классификация по месту установки

• Стабилизатор около долота: устанавливается ближе всего к буровой коронке (обычно на высоте 0,5–3 метра над коронкой), напрямую контролирует отклонение коронки и служит основным инструментом управления траекторией.
• Средний стабилизатор: устанавливается в середине бурильной колонны для ее стабилизации и снижения общей изгибающей деформации.
• Верхний стабилизатор: Расположен вблизи устья скважины или роторного стола, в первую очередь предотвращает колебания бурильной колонны вблизи устья скважины.

III. Структурный состав

Стабилизаторы бурильной колонны обычно состоят из следующих компонентов:

• Основная часть: Цилиндрическая металлическая конструкция, обычно изготовленная из высокопрочной легированной стали, обладающая износостойкостью и ударопрочностью.
• Стабилизирующие ребра (лезвия)Выступающие элементы: равномерно распределенные по окружности основного корпуса (обычно 3–6 ребер). Они служат точками контакта сердечника со стенкой скважины. Форма и количество ребер определяются требованиями бурения.
• Соединительные нити: Оснащены резьбой бурильной трубы (например, резьбой стандарта API) на обоих концах для соединения с бурильной колонной (утяжеленными бурильными трубами, бурильными трубами).
• Канавки для отвода: Канавки между лопастями для циркуляции бурового раствора. В некоторых конструкциях оптимизируется геометрия канавок для снижения потерь давления.

IV. Основные технические параметры

1. Внешний диаметр: Соответствует размеру ствола скважины, как правило, на 3–5 мм меньше диаметра ствола скважины (например, для ствола скважины диаметром 215,9 мм используется стабилизатор диаметром 210 мм), обеспечивая стабилизацию и избегая риска прихвата.
2. Количество ребер: Обычно 3, 4 или 6 ребер. Большее количество ребер повышает устойчивость, но может увеличить сопротивление потоку бурового раствора.
3. Длина: проектируются с учётом особенностей сечения скважины. Околодолотные стабилизаторы обычно короче (0,5–1,5 метра), тогда как средние стабилизаторы могут быть длиннее (1–3 метра).
4. Материал:

Основная часть: В основном это высокопрочные легированные стали, такие как 4145H или 4140H, закаленные для обеспечения хорошей прочности и усталостной прочности.

Износостойкие компоненты: Карбид вольфрама (WC-Co), пластины PDC, керамические покрытия и т. д. для повышения износостойкости.

5. Максимальное рабочее давление/температура: Разработаны для работы в условиях высоких температур и давления в глубоких скважинах. Обычные изделия выдерживают температуру ≥150°C и давление ≥30 МПа.

V. Сценарии применения и принципы выбора

Характеристики формации

• Мягкие образования: Отдайте приоритет спиральным или интегральным стабилизаторам, чтобы свести к минимуму нарушение пласта.
• Твердые/абразивные образования: Для предотвращения быстрого износа обязательны стабилизаторы вставного типа.

Требования к типу скважины

• Вертикальные скважины: Сосредоточьтесь на контроле отклонения, выбрав высокоустойчивые интегральные или 4-реберные стабилизаторы.
• Направленные/горизонтальные скважины: Околодолотовые стабилизаторы требуют высокоточной конструкции в сочетании со спиральными структурами для уменьшения накопления шлама.

Параметры бурения

• Высокоскоростное бурение (≥150 об/мин) требует использования встроенных стабилизаторов с высокой усталостной прочностью.При бурении с большим смещением приоритет отдается спиральным структурам.

VI. Вопросы применения

1. Отбор Адаптация: Выберите подходящий тип стабилизатора в зависимости от твердости пласта, типа скважины (вертикальная/направленная/горизонтальная) и свойств бурового раствора.
2. Положение установки: Обычно устанавливается над долотом около утяжеленной бурильной трубы или на расстоянии друг от друга в соответствии с конструкцией бурильной колонны, образуя конструкцию «полноразмерной бурильной колонны».
3. Технический осмотр: Регулярно проверяйте износ ребер и целостность резьбы, чтобы избежать отклонения ствола скважины или повреждения бурильной колонны из-за выхода из строя стабилизатора.
4. Координация с другими инструментами: работают синергетически с долотами, утяжеленными бурильными трубами, амортизаторами и т. д., оптимизируя общую устойчивость бурильной колонны.

VII. Руководство по использованию и обслуживанию

Предварительная проверка

• Проверьте износ ребер (замените, если износ превышает проектные пределы).
• Осмотрите основной корпус на предмет трещин, деформации или повреждения резьбы.
• Убедитесь, что вставки не ослаблены и не отсутствуют, а спиральные каналы не засорены.

Мониторинг в процессе использования

• Мониторинг колебаний крутящего момента и нагрузки на долото в режиме реального времени; отклонения могут указывать на неисправность стабилизатора.
• Регулярно оценивайте траекторию ствола скважины, используя данные измерений во время бурения (MWD), чтобы проверить эффективность стабилизатора.

Обслуживание

• После использования удалите остатки бурового раствора и проверьте износ важнейших компонентов.
• Замените изношенные вставки для стабилизаторов вставного типа и своевременно замените втулки для стабилизаторов сменного типа.

Стабилизатор бурильной колонны достигает основной цели: «стабильность бурильной колонны – нормальный ствол скважины – эффективное бурение» благодаря трём синергетическим функциям: жёсткой опоре для подавления колебаний бурильной колонны, ограничениям траектории для управления направлением ствола скважины и оптимизации гидравлических характеристик для повышения эффективности пескопроявления и охлаждения. Его эксплуатационные характеристики напрямую влияют на безопасность бурения, качество ствола скважины и эксплуатационные расходы, что делает его незаменимым инструментом при бурении сложных скважин (например, горизонтальных скважин для добычи сланцевого газа, глубоких скважин).