造斜工具及造斜率分析
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造斜工具的原理及影 响造斜率的因素
1. 定向井轨迹控制的基本概念； 2. 造斜工具简介；
定向井轨迹控制基本概念
1. 要求：在实钻过程中，设法使实钻的井眼轨迹尽可
能符合设计的井眼轨道。 2. 实质：井眼轨迹控制，的实质，就是不断地控制井 眼的前进方向。井眼方向由井眼的井斜角和井斜方位 角来表示的。 3. 井眼方向控制内容：
• 体部为一根短钻铤； 形状如图； • 上下两个瓦片，用 小轴相连，并被固 定在体部的纵向沟 槽内。
– 改变瓦片宽度，可 以实现增方位或减 方位；
造斜工具简介
转盘钻造斜工具
套筒形变向器： – 只能在小范围Baidu Nhomakorabea改变井眼 方位。 – 结构：
• 心轴与钻头、钻铤连接； • 心轴外有套筒；套筒与心轴 用小轴连接； • 套筒外有上下两个“瓦片”；
– 井斜角的控制：增斜、降斜、稳斜； – 井斜方位角控制：增方位、降方位、稳方位；
增斜 稳斜
增方位 稳方位
(九种组合)
降斜
降方位
定向井轨迹控制基本概念
4. 井眼方向变化的基本原理：
– 钻头对井底的不对称切削 • 近钻头钻柱的弯曲和倾斜。
– 在某个时刻，钻头轴线与井眼轴 线是重合的。但当钻头前进时， 钻头轴线总是与原井眼轴线不重 合。钻头前进方向总在变化。 – 这就使钻头对井底的切削，一边 钻速快，一边钻速慢。钻出的井 眼发生弯曲了。
造斜工具简介
转盘钻造斜工具
射流钻头： – 工作三部曲：
• 定向喷射，大水眼冲出 “斜窝”；适当加压使钻 头进入“窝”内，继续喷 射； • 边喷射，上下活动钻柱， 扩大“斜窝”，并对井底 造成冲击； • 旋转钻进，钻出弯曲井眼；
– 适用地层：软地层； – 需要给大水眼喷嘴定向。
造斜工具简介转盘钻造斜工具
– 改变上下瓦片的位置，可 以实现增方位或减方位；
槽式变向器：
– 造斜过程：
• 定向安置槽式变 向器； • 加压剪断销钉， 旋转钻进钻出导 眼； • 起钻并起出槽式 变向器； • 更换扩眼钻头， 扩大导眼；
– 每安置一次，只能 使井斜增加一个导 斜角大小的角度。
造斜工具简介
转盘钻造斜工具
对抗器： – 作用：可在小范围 内改变井斜方位 – 结构：
Db D f sin 2L 2
联立三式，求出γ、β、R 。
造斜工具简介动力钻具造斜工具
造斜率的简易计算法 —几何定圆法 – 双弯组合的几何定圆法：
1 1
• 扶正器直径小于钻头。
2
2 1
1 L1 R sin 1 2
R
L1 L2 2(sin 1 sin 2 )
1 L2 R sin 2 2 Db D f sin 2L 2
L1 L2 2(sin 1 sin ) L1 L2 L L2 1 2(sin 1 sin( 2 1 )) 2( 2 )
造斜工具简介动力钻具造斜工具
影响造斜工具造斜率的因素分析： DW DT 2Vc – 2. 钻进速度的影响： K 2 • K与侧向钻速VC 成正比； l l Vt • K与机械钻速Vt 成反比； • K与动力钻具直径和井径之差(DW-DT) 成正比； • 动力钻具长度影响很大，采用短动力钻具可显著增大造斜率；
造斜工具简介动力钻具造斜工具
造斜率的简易计算法 —几何定圆法 – 国外流行三点定圆法：
1 1
• 扶正器直径与钻头相等。
2
2 1
1 L1 R sin 1 2
1 L2 R sin 2 2
L1 L2 R 2(sin 1 sin 2 ) L1 L2 2(sin 1 sin ) L1 L2 L L2 1 2(sin 1 sin( 2 1 )) 2 2
– 动力钻具带弯接头； – 弯外壳动力钻具； – 动力钻具带偏心垫块；
造斜工具简介
动力钻具造斜工具
影响造斜工具造斜率的因素分
析：
– 1. 造斜钻具结构性能的影响：
6 EJ 1 PX 1 PT sin LT L 2
• PX 与工具的弯曲角γ1 成 正变关系； • PX 与弯曲点以上钻柱的 刚度EJ成正比关系； • PX 与动力钻具长度LT 成反比关系；
– 钻压； – 钻柱重力： » 钟摆力； » 杠杆力； – 钻柱弹性力； – 井眼约束条件； – 特殊结构力： » 水力喷射横向力； » 定向支撑横向力；
造斜工具简介
动力钻具造斜工具
动力钻具又称井下马达，
包括涡轮钻具、螺杆钻 具、电动钻具三种。常 用前两种。 位置：在钻铤和钻头之 间。钻井液循环驱动。 动力钻具以上整个钻柱 都不旋转，对定向造斜 非常有利。 结构由三种:
定向井轨迹控制基本概念
4. 井眼方向变化的基本原理：
– 钻头对井底的不对称切削 • 偏喷嘴的作用
– 最典型的是射流钻头，三个喷嘴 中，有一个特别大，另两个是比 较小的。在定向喷射钻进时，大 喷嘴一边井底冲蚀快，形成偏窝。 在旋转钻进，即可钻出弯曲井眼。
定向井轨迹 控制基本概念
4. 井眼方向变化的基本原理：
– 钻头对井底的不对称切削 • 地层因素
– 最地层倾斜及可钻性的各向 异性； – 地层可钻性的纵向变化； – 地层可钻性的横向变化： » 岩性变化； » 溶洞的存在； » 破碎带；
定向井轨迹控制基本概念
4. 井眼方向变化的基本原理：
– 钻头对井壁的侧向切削 • 侧向切削的根本原因，是在钻头上 存在一个侧向力。钻头上的侧向力 与很多因素有关：
造斜工具简介动力钻具造斜工具
造斜率的简易计算法 —几何定圆法 – 单弯组合的几何定圆法：
Dc L1 ( R ) sin ( R Db )tg 2 2 L2 R 2 sin R Db Dc / 2 cos R Df / 2 Df
L2 ( 2 Db Dc ) sin L2 D f sin
1. 定向井轨迹控制的基本概念； 2. 造斜工具简介；
定向井轨迹控制基本概念
1. 要求：在实钻过程中，设法使实钻的井眼轨迹尽可
能符合设计的井眼轨道。 2. 实质：井眼轨迹控制，的实质，就是不断地控制井 眼的前进方向。井眼方向由井眼的井斜角和井斜方位 角来表示的。 3. 井眼方向控制内容：
• 体部为一根短钻铤； 形状如图； • 上下两个瓦片，用 小轴相连，并被固 定在体部的纵向沟 槽内。
– 改变瓦片宽度，可 以实现增方位或减 方位；
造斜工具简介
转盘钻造斜工具
套筒形变向器： – 只能在小范围Baidu Nhomakorabea改变井眼 方位。 – 结构：
• 心轴与钻头、钻铤连接； • 心轴外有套筒；套筒与心轴 用小轴连接； • 套筒外有上下两个“瓦片”；
– 井斜角的控制：增斜、降斜、稳斜； – 井斜方位角控制：增方位、降方位、稳方位；
增斜 稳斜
增方位 稳方位
(九种组合)
降斜
降方位
定向井轨迹控制基本概念
4. 井眼方向变化的基本原理：
– 钻头对井底的不对称切削 • 近钻头钻柱的弯曲和倾斜。
– 在某个时刻，钻头轴线与井眼轴 线是重合的。但当钻头前进时， 钻头轴线总是与原井眼轴线不重 合。钻头前进方向总在变化。 – 这就使钻头对井底的切削，一边 钻速快，一边钻速慢。钻出的井 眼发生弯曲了。
造斜工具简介
转盘钻造斜工具
射流钻头： – 工作三部曲：
• 定向喷射，大水眼冲出 “斜窝”；适当加压使钻 头进入“窝”内，继续喷 射； • 边喷射，上下活动钻柱， 扩大“斜窝”，并对井底 造成冲击； • 旋转钻进，钻出弯曲井眼；
– 适用地层：软地层； – 需要给大水眼喷嘴定向。
造斜工具简介转盘钻造斜工具
– 改变上下瓦片的位置，可 以实现增方位或减方位；
槽式变向器：
– 造斜过程：
• 定向安置槽式变 向器； • 加压剪断销钉， 旋转钻进钻出导 眼； • 起钻并起出槽式 变向器； • 更换扩眼钻头， 扩大导眼；
– 每安置一次，只能 使井斜增加一个导 斜角大小的角度。
造斜工具简介
转盘钻造斜工具
对抗器： – 作用：可在小范围 内改变井斜方位 – 结构：
Db D f sin 2L 2
联立三式，求出γ、β、R 。
造斜工具简介动力钻具造斜工具
造斜率的简易计算法 —几何定圆法 – 双弯组合的几何定圆法：
1 1
• 扶正器直径小于钻头。
2
2 1
1 L1 R sin 1 2
R
L1 L2 2(sin 1 sin 2 )
1 L2 R sin 2 2 Db D f sin 2L 2
L1 L2 2(sin 1 sin ) L1 L2 L L2 1 2(sin 1 sin( 2 1 )) 2( 2 )
造斜工具简介动力钻具造斜工具
影响造斜工具造斜率的因素分析： DW DT 2Vc – 2. 钻进速度的影响： K 2 • K与侧向钻速VC 成正比； l l Vt • K与机械钻速Vt 成反比； • K与动力钻具直径和井径之差(DW-DT) 成正比； • 动力钻具长度影响很大，采用短动力钻具可显著增大造斜率；
造斜工具简介动力钻具造斜工具
造斜率的简易计算法 —几何定圆法 – 国外流行三点定圆法：
1 1
• 扶正器直径与钻头相等。
2
2 1
1 L1 R sin 1 2
1 L2 R sin 2 2
L1 L2 R 2(sin 1 sin 2 ) L1 L2 2(sin 1 sin ) L1 L2 L L2 1 2(sin 1 sin( 2 1 )) 2 2
– 动力钻具带弯接头； – 弯外壳动力钻具； – 动力钻具带偏心垫块；
造斜工具简介
动力钻具造斜工具
影响造斜工具造斜率的因素分
析：
– 1. 造斜钻具结构性能的影响：
6 EJ 1 PX 1 PT sin LT L 2
• PX 与工具的弯曲角γ1 成 正变关系； • PX 与弯曲点以上钻柱的 刚度EJ成正比关系； • PX 与动力钻具长度LT 成反比关系；
– 钻压； – 钻柱重力： » 钟摆力； » 杠杆力； – 钻柱弹性力； – 井眼约束条件； – 特殊结构力： » 水力喷射横向力； » 定向支撑横向力；
造斜工具简介
动力钻具造斜工具
动力钻具又称井下马达，
包括涡轮钻具、螺杆钻 具、电动钻具三种。常 用前两种。 位置：在钻铤和钻头之 间。钻井液循环驱动。 动力钻具以上整个钻柱 都不旋转，对定向造斜 非常有利。 结构由三种:
定向井轨迹控制基本概念
4. 井眼方向变化的基本原理：
– 钻头对井底的不对称切削 • 偏喷嘴的作用
– 最典型的是射流钻头，三个喷嘴 中，有一个特别大，另两个是比 较小的。在定向喷射钻进时，大 喷嘴一边井底冲蚀快，形成偏窝。 在旋转钻进，即可钻出弯曲井眼。
定向井轨迹 控制基本概念
4. 井眼方向变化的基本原理：
– 钻头对井底的不对称切削 • 地层因素
– 最地层倾斜及可钻性的各向 异性； – 地层可钻性的纵向变化； – 地层可钻性的横向变化： » 岩性变化； » 溶洞的存在； » 破碎带；
定向井轨迹控制基本概念
4. 井眼方向变化的基本原理：
– 钻头对井壁的侧向切削 • 侧向切削的根本原因，是在钻头上 存在一个侧向力。钻头上的侧向力 与很多因素有关：
造斜工具简介动力钻具造斜工具
造斜率的简易计算法 —几何定圆法 – 单弯组合的几何定圆法：
Dc L1 ( R ) sin ( R Db )tg 2 2 L2 R 2 sin R Db Dc / 2 cos R Df / 2 Df
L2 ( 2 Db Dc ) sin L2 D f sin