造斜率原则分析的详细介绍

造斜率原则分析的详细介绍
从理论上看，根据“造斜率原则”，由井身设计的造斜率K值即可确定工具的实际造斜率KTa值，用户可不必过分苛求所选钻具的具体结构型式。

但现场上，为了满足钻井工艺的要求，螺杆钻具结构参数（结构弯角类型、结构弯角位置与大小、扶正器类型、扶正器尺寸与位置）的合理确定确实是一个协调矛盾、逐步调整寻优的过程。

主要建议性原则概括如下：
(1)用于小馥率井段和水平段钻进的导向螺杆钻具可选择反向双弯双扶正器的结构形式。

下扶正器一般为近钻头扶正器，装在传动轴（万向轴）之上。

万向轴壳体为反向( DTU)，其下结构弯角A．应大于上结构弯角A：，二者间常用的关系为λ2＝－1／2λ 2 工具面是由下结构弯角确定的，根据大小变化有不同的规格，A，增大将导致K值增大。

(2)用于小曲率和中曲率半径井段的中、下段[K= (00 -13。

)/30m]的导向螺杆钻具的基本型式一般为单弯壳体加扶正器的结构型式。

扶正器为装在传动轴壳体上的近钻头扶正器，上扶正器为装在钻具旁通阀之上的钻柱扶正器（是否加扶正器可依现场控制需要考虑，若不加上扶正器会使造斜率略有增加，但会降低工具面的稳定性）。

单弯壳体确定了工具面，调整弯点位置可影响造斜率的大小。

(3)用于中曲率井段的上段(K =13°- 20°/30m)的导向螺杆钻具的结构型式主要是同向双弯( FAB)的结构形式。

这种类型的螺杆钻具组合是由一个较大角度的单弯壳体（带有下结构弯角Ai）和装在旁通阀之上的同向共面接头（带有上结构弯角λ2）构成，λ1和λ2必须同向且严格共面，否则将造成工具的力学特性紊乱，λ1对造斜率的影响大于λ2。

同向双弯螺杆钻具都不加扶正器，需进一步增大造斜率时，可考虑加垫块，位置可在下弯点附近。

(4)弯壳体的弯点位置对于工具的造斜率、钻头的偏移量和钻具的强度均有影响。

弯点位置下移可显著增加造斜率和减小钻头偏移量，而减小偏移量有利于降低钻具下井的难度和减小导向钻进时的井眼扩大量。

弯点的位置还影响弯壳体内万向轴运动的附加偏移量，从而影响弯壳体内径的大小。

因此，确定弯点位置的原则主要有两方面：一是弯点一般在万向轴上球心之下（以尽量增大造斜率同时减小钻头偏移量Sb）；二是若弯点位置在下球心以下时，不宜离下球心太远，以免万向轴运动偏移量δ过大，造成单弯壳体内壁切削量过大而导致螺杆钻具的结构强度不足。

在调整弯点位置时，必须对钻具组合的强度进行校核。

(5)下扶正器的位置和直径对钻头侧向力影响很大，显著的影响到工具的实际造斜率。

因此，下扶正器的位置和直径是螺杆钻具选型时需重点考虑并进行优选的两个参数。

滑动式扶正器便于调整和优选位置，但遇到井下复杂情况时容易产生滑动而使螺杆钻具的设计特性难以保证。

所以，一旦确定了下扶正器的最优位置后，最好采用和壳体加工在一起的固定式扶正器。

下扶正器位于传动轴上，可得到较高的造斜率。

一般而言，扶正器离钻头越近其造斜率就越高，但要注意其距离(1）不可太小，以免出现在较高造斜率的条件下扶正器抵住上井壁而影响到实际的造斜率。

在小造斜率情况下可把扶正器放在万向轴壳体上而形成可靠的支点，有助于克服导向钻进时造成的降斜效应。

(6)近钻头扶正器直径一般要求比钻头直径小1.588 -3.175mm(l/16 - 1/8in)左右。

对扶正器直径限制可相对放宽（甚至取消上扶正器）。

考虑到尽量降低钻进过程中的阻力要求和起下钻过程中在扶正器处易出现卡阻的情况，扶正器的前、后角应尽量取较小值，而且与壳体交接部分不要形成明显台肩。

应该注意的是，对于造斜能力接近中曲率上限( 20°/30m)的螺杆钻具，最好采用垫块而不要采用近钻头扶正器。

这是因为井身曲率较大易使扶正器抵住井眼上壁而难以造斜。

垫块的包角不宜小于120°，前后倒角要小并且平滑，以防在钻进和提升钻具时刮井壁。

直筋扶正器利于减少钻进中可能发生的阻力，其缺点是支点不稳且难以控制；当工具面角改变时，影响扶正器的计算直径。

与此相反，螺旋筋扶正器可形成规范的计算直径和可靠支点，从而得到稳定的工具面和造斜率；其缺点是定向钻进时的阻力会大于直筋扶正器。

无论采用何种扶正器，都要使扶正器的前、后角保持较小值（尤其是扶正器的前角），在高造斜率的螺杆钻具上，前角不宜超过150，以减小阻力。

不加扶正器会显著减小定向钻进的阻力，但会造成定向困难，形成工具面角的大幅度摆动，严重影响造斜率，这一点已被实践多次证明。

本文章由：钻井机编辑发表。