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　　内容提示：机械式自动垂直钻井工具* 1 倪红坚韩来聚1、 2 许俊良1 赵金海1 （1. 胜利石油管理局钻井工艺研究院， 山东东营， 257017； 2. 中国石油大学(华东) 石油工程学院， 山东东营， 257061） 为了有效提高直井钻井的速度和质量， 在分析现有技术的基础上， 研制了机械式自动垂直钻井工具， 其原理是适时感应井斜的重力信号， 并由重力驱动执行机构， 利用钻井液循环在钻柱内外形成的压差， 在钻柱旋转的情况下， 推动活塞靠向高边井壁， 对钻头施加指向井眼低边的周期性侧向力， 实现在钻进过程中对井斜的适时修正。 现场试验结果表明， 机械式自动垂直钻井工具的工作原理正确， 结构可靠，...

　　机械式自动垂直钻井工具* 1 倪红坚韩来聚1、 2 许俊良1 赵金海1 （1. 胜利石油管理局钻井工艺研究院， 山东东营， 257017； 2. 中国石油大学(华东) 石油工程学院， 山东东营， 257061） 为了有效提高直井钻井的速度和质量， 在分析现有技术的基础上， 研制了机械式自动垂直钻井工具， 其原理是适时感应井斜的重力信号， 并由重力驱动执行机构， 利用钻井液循环在钻柱内外形成的压差， 在钻柱旋转的情况下， 推动活塞靠向高边井壁， 对钻头施加指向井眼低边的周期性侧向力， 实现在钻进过程中对井斜的适时修正。 现场试验结果表明， 机械式自动垂直钻井工具的工作原理正确， 结构可靠，能够在主动、 适时防斜的同时， 有效解放钻压， 提高钻速。 该工具的研制成功为解决直井的防斜打快问题，提供了一种新的技术手段， 具有广阔的现场应用前景。 垂直钻井； 机械式； 井斜； 钻压； 试验研究； 机械钻速 目前， 我国石油产量的主要接替区主要分布在塔里木、 准噶尔、 西部柴达木、 吐哈和川东北等地区， 这些地区油气资源埋藏深， 地层倾角大， 在直井段的钻井过程中井身质量控制难度大， 容易出现井斜超标、 钻井成本以及井下复杂情况等问题， 因此发展新的技术手段，提高油气钻探效率， 变得极为迫切[1-2]。 本文立足于实际， 在分析现有技术的基础上， 提出研制机械式自动垂直钻井工具， 发展自动垂直钻井技术， 为直井钻进“防斜打快” 问题的解决提供一个可行的技术途径。 目前常规直井防斜主要是用满眼钻具组合“重压快钻”， 以满保直， 纠斜则用钟摆钻具组合“轻压吊打”， 以慢纠斜， 其弊病是用牺牲钻压和高成本来换取小井斜， 用牺牲钻速来换取井身质量， 井身质量与经济效益是对立的。 虽然也出现了 塔式钻具、 方钻铤、 偏心钻铤、HCY 抗斜器、 偏轴防斜打快技术、 柔性组合防斜打快技术、 导向钻具防斜打快技术以及反钟摆防斜打快技术等技术[2-4]， 但是由于均存在一定的局限性， 难以普遍推广使用。 总体来看， 目前国内已出现的防斜、 纠斜技术尚不能从根本上解决直井井斜的问题， 现场迫切需要研发确实有效的直井钻井工具和技术。 由于常规直井防斜纠斜技术适用范围有限， 已不能满足如高陡构造、 深井等复杂情况下钻直井的需要， 而且人们也逐渐认识到， 钻直井不是低成本及简单的钻井作业， 迫切需要发展新的防斜技术[1-3， 5-6]。 新的防斜技术应不但能防斜， 而且还能打快， 将优质和高效有效地统一起来， 换言之， “自动化+简单+不影响钻井过程+高效+经济效益”是当今直井防斜纠斜技术发展的主要特征。 自动垂直钻井技术就是在这种背景下发展起来的。 自动垂直钻井技术是一种新型钻井技术， 可在实现主动、 适时防斜的同时， 有效解放钻压， 极大地提高钻井效率及安全性， 作为一种战略性和革命性的高新技术受到了各国的高度重视[1-3， 5-6] 。 自 20 世纪 80 年代末以来， 国外在自动垂直钻井工具及技术方面进行了 深入研究， 形成多种结构形式的垂直钻井系统， 并取得了很好的现场应用效果， 而国内的相关研究尚在起步阶段。 因为现有先进的直井钻井技术均为国外所垄断， 使用费用高昂。 难以突破的技术封锁迫使我们必须自力更生， 寻求多层次、 多方面的突破。 在深入剖析现有技术的基础上， 作者提出立足于我国实际， 发展机械式自动垂直钻井工具和技术是一个可行的途径。这项研究的开展对于推动国内科学化钻井的进程、 打破国外的技术垄断、 增强国际竞争力、抢占技术制高点具有重要的现实意义。 基于现有技术的分析认识， 研制了机械式自动垂直钻井工具（结构原理见图 1） ， 该工具的上端和下端分别与钻柱和钻头相联， 其原理是如果井眼发生倾斜， 配重 4 就会在其自身重力作用下， 稳定在倾斜井眼的低边， 上盘阀 8 的扇形偏心流道 12 则稳定在井眼高边。 钻柱带动壳体 10 和下盘阀 9 旋转， 当上盘阀 8 上的扇形偏心流道 12 与下盘阀 9 上的导流孔11 重合时， 钻柱内外高低压流体间的通道被打开， 高压钻井液进入活塞缸 17， 推动活塞 15靠向高边井壁， 井壁的反作用力使得钻头在井眼低边井壁上的切削量增加。 当钻柱带动壳体