従来型の方向掘削ツール

坑井軌道制御において対処すべき3つの課題：

① 穴の偏向角の変化率を制御するために、ボトムホールアセンブリ（BHA）を適切に設計する。

② 坑井方位角の変化率を制御するために、特殊な構造を持つ坑内工具を適切に設計または選択する。

③ビット荷重（WOB）を適切に選択・制御することで、ビットの垂直掘削速度と地層力の大きさを調整し、坑井曲率制御を実現する。

従来の方向掘削ツールには、主に方向掘削サブ、非磁性ドリルカラー（NMDC）、重量級ドリルパイプ（HWDP）、スタビライザー、キーシートワイパーなどが含まれます。

I. 方向性サブ

1. 種類

方向性ストレートサブ：ベントハウジングプログレッシブキャビティドリル（PCD）を使用した方向性掘削に使用されます。

方向性曲げサブ：ストレートハウジングのプログレッシブキャビティドリル（PCD）を使用した方向性穴あけに使用されます。

2. 基本構造

1) 方向性ストレートサブ

構成部品：ハウジング4、センタリングスリーブ1、方向キー3、止めねじ2

2) 方向性のある湾曲サブ

構成部品：ハウジング4、センタリングスリーブ1、方向キー3、止めねじ2。方向ストレートサブと比較すると、構造曲げ角度λがあり、計算式はλ = 57.3 × (a – b) / d です。

II．非磁性ドリルカラー（NMDC）

1. 機能

測定誤差を避けるため、磁気測定機器はシールドしてください。

通常のドリルカラーの機能を果たす。

2. 非磁性ドリルカラーの材質

主に、モネル合金（銅、ニッケル、クロムなどを含む）、クロムニッケル合金、クロムマンガンをベースとしたオーステナイト系合金、ベリリウム銅合金、SMFI非磁性鋼、および国産マンガンクロムニッケル鋼が含まれる。

3. 非磁性ドリルカラーの長さの選択

「水平地磁気強度マップ」を参照してください。非磁性ドリルカラーの長さを適切に選択することで、オープンホール区間における磁気方位角を正確に測定できます。地域の磁気強度が高いほど、必要な非磁性ドリルカラーの長さは長くなります。

4. 非磁性ドリルカラーの点検と使用

1) 非磁性ドリルカラーの外側円筒面の真直度は2mm/m以下、全長の真直度は5mm/m以下とする。

2)非磁性ドリルカラーのパイプ本体表面の傷は、規定の許容傷限度を超えてはならない。

3)ねじ山の表面は滑らかでなければならず、凹凸、ひび割れ、亀裂、その他の損傷があってはならない。

4）非磁性ドリルカラーのねじ部の締め付けトルクは、規定の最小回転トルク以上でなければならない。

5)非磁性ドリルカラーの相対透磁率および磁気均一性は、年に一度検査され、検査結果は非磁性ドリルカラー規格（SY5145-86）の仕様に適合しなければならない。

III．重量級ドリルパイプ（HWDP）

これは、BHA（ボトムホールアセンブリ）の底部で、圧力をかけるためのドリルカラーの代わりに使用されます。ステアリングツールを用いた方向掘削作業において、坑壁との接触面積を減らし、摩擦抵抗を最小限に抑え、スライド操作を容易にし、坑内安全性を向上させ、方向掘削パラメータの制御に役立ちます。また、ドリルカラーとドリルパイプ間の移行部として機能し、剛性の変化を緩和します。

IV. 安定剤

1.方向掘削におけるスタビライザーの応用

ビルドアップ型BHAおよびドロップオフ型BHAでは、スタビライザーが支点として機能します。ボトムBHA内のスタビライザーの位置を調整することで、ボトムBHAの応力状態を変化させ、坑井軌道の制御を実現できます。

2.坑底BHAの剛性を高めて、坑井の偏向と方位角を安定させる。ホールドアングルBHAでは、ビットとスタビライザー間、およびスタビライザー間の距離を短くすることで、坑底BHAの剛性を高め、坑底BHAの圧縮変形を抑制し、偏向保持効果を実現する。

3.坑井の形状を整えることで、坑井の曲率変化を緩やかで滑らかにし、坑内におけるトラブルの発生を低減するのに役立つ。

注意！スタビライザーを坑井に挿入する際、および坑井から引き抜く際には、スタビライザーの外径を注意深く測定し、摩耗状態とBHA内での設置位置を確認してください。スタビライザーの外径の摩耗は2mmを超えてはなりません。

安定器の種類：

直線リブ対称型安定板 5葉（3葉）球面安定板

5葉（3葉）螺旋状安定翼交換可能なスタビライザースリーブ

3葉偏心安定板交換可能なスタビライザー

V. キーシートワイパー

キーシートワイパーの幾何学的形状は、スパイラルスタビライザーの形状に類似しています。全体の寸法はスタビライザーよりも小さいですが、ドリルカラーよりも大きくなっています。スパイラルスタビライザーとは異なり、キーシートワイパーの上部および下部の傾斜肩部は、硬質合金電極を用いて円錐形に肉盛溶接されており、キーシートの切削、リーマ加工、およびワイピング機能を備えています。

ドリルストリングにおけるキーシートワイパーの位置は以下のとおりです。

1. BHAはキーシートの拭き取りに特化しています

一般的なキーシートを拭くための BHA 構成: ビット + 小型ドリルカラー (50～60m）+キーシートワイパー+ドリルジャー+重量ドリルパイプ（HWDP）。

より長いキーシートをワイプするには、次の BHA を採用できます: ビット + 小型ドリルカラー 1 スタンド + キーシートワイパー + 小型ドリルカラー 1 スタンド + フレキシブルジョイント + ドリルジャー + 重量ドリルパイプ (HWDP)。

ドリルストリング内の小型ドリルカラーの外径は、掘削中に使用するドリルパイプ継手の外径と同じでなければならない。キーシートから約100m上までドリルストリングを敷設する際は、敷設速度を制御し、抵抗に遭遇した場合はリーミングを開始し、WOB（一般的に49kN未満）を厳密に制御する。

2. ドリル加工中のキー溝の拭き取り

方向掘削では、ビルドアップセクションから開始して、ダウンホールBHAにキーシートワイパーがよく使用されます。掘削された坑井の曲率と地層の岩相に応じて、キーシートが形成されやすい「ドッグレッグ」セクションでキーシートワイパーを繰り返しリーミングすることで、キーシートの形成を防ぎます。

VI. フロートバルブ

その主な機能は、掘削液の逆流（坑内計測機器を損傷する可能性がある）を防ぐことと、ビットノズルが詰まるのを防ぐことである。

VII. 格納庫潜水艦

掘削時計測（MWD）装置がその中に設置されており、MWD装置にとって安全で安定した計測環境が提供される。

ハンガーサブの外壁には、プログレッシブキャビティドリル（PCD）の高側を校正し、MWDとPCD間のオフセット値を測定するために使用される高側目盛線があります。サブの内壁には、MWDの設定時に使用する突出したキーが設けられています。MWDを使用しないときは、過剰な流量によってキーが洗い流されないように（これは坑内事故の原因となる可能性があります）、まずハンガーサブを取り外すように注意する必要があります。

VIII. 瓶

その主な機能は、ビットとドリルストリングの作業バランスを維持し、パイプが固着した際に固着したパイプを解放するのを助けることです。

IX. フレキシブルジョイント

その主な機能は、ジャーを保護し、ジャーリング時のドリルストリングの弾性を高めることである。