钻井扶正器钻具组合

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• 使用多扶组合的必要性:
– 1. 单扶组合仅用于增斜和降斜。由于单扶稳斜组合性能的 不稳定性,稳斜组合都是多扶正器组合。 – 2. 对于增斜、降斜组合,由于以下原因,也广泛使用多扶 组合: • 单扶组合的钻柱可能大段与井壁接触,产生粘附卡钻 或压差卡钻的可能性较大,而多扶组合可大大减小钻 柱与井壁的接触; • 用单扶增斜或单扶降斜组合钻出的弯曲井眼,如果再 下入多扶组合(例如多扶稳斜组合),则容易出现阻 卡现象。使用多扶增降组合,则容易下入。俗称井眼 的相容性问题。 • 单扶组合的性能也很不稳定。
– 标准多扶降斜组合A :两个扶正器组成,钻头至一扶距离20m; – 在标准组合基础上以变化,适当改变降斜率;
• B:减小钻头至一扶的距离,减小降斜率; • C:在钻头上加一个欠尺寸扶正器,减小降斜率 ; • D:用一根小尺寸钻铤,增大降斜率;
影响多扶组合性能的因素
• 增斜组合:
– 钻压对增斜组合侧向力的影响,是不显著的,是比较小的; – 在组合、钻压不变情况下,井斜角增大则侧向力增大;
单扶组合的力学分析
• 单扶组合的钻头受力分析: – 钻压:P
Po P cos
Fi P sin
• β角是钻头轴线与井 眼轴线的夹角。Fi 构成钻头侧向力的一 部分。
单扶组合的力学分析
• 单扶组合的钻头受力分析:
– 钟摆力:Fb
Pa W cos
Fa W sin
• α角是扶正器以下钻柱所 在的井斜角。Fa 即是钟摆 力。 Fa作用到钻头上即为 Fb 。
多扶组合的力学特性
• 多扶稳斜组合的结构:
– 标准多扶稳斜组合A :三个扶正器组成; – 在标准增斜组合基础上,可以变化,适当改变增斜率;
• B:在三扶之上,每个10m 加第四甚至第五个扶正器。增大增斜率 ; • C:适当加大第一和第二扶正器之间的距离。减小增斜率 ;
多扶组合的力学特性
• 多扶降斜组合的结构:
扶正器钻具组合
1. 单扶组合的力学分析; 2. 单扶组合的力学特性; 3. 多扶组合的力学特性; 4. 扶正器组合使用注意事项; 5. 实用扶正器钻具组合;
石油大学(华东) 韩志勇
转盘钻扶正器组合
• 此类工具不能用于改变井眼方位,仅能在已有一定斜度的井眼 内改变井斜,即进行增斜、降斜或稳斜。 • 此类工具是在转盘钻的基础上,利用靠近钻头的钻铤部分,巧 妙地使用扶正器,得到各种性能的组合。 • 20世纪80年代以来,国内外对扶正器钻具组合的研究逐步深入。 运用数学、力学和计算机工具,出现了微分方程法、有限元法、 纵横连续梁法、加权余量法等等方法,且都需要使用较复杂的 计算机程序。 • 在没有计算机软件计算在情况下,可使用现场常用的经验数据。 • 转盘钻扶正器组合有三种: – 增斜组合; – 稳斜组合; – 降斜组合;
多扶组合的力学特性
• 多扶增斜组合的结构:
– 标准多扶增斜组合:A – 在标准增斜组合基础上,可以变化,适当减小增斜率; • 减小第一和第二扶正器之间的距离,B ; • 减小后,在第二扶正器之上,在加一个扶正器,C ;
多扶组合的力学特性
• 多扶增斜组合的结构:
– 柔性多扶增斜组合: • 柔性组合A ,使用1根小尺寸钻铤。国外称作“giliቤተ መጻሕፍቲ ባይዱan”。 若标准增斜组合的增斜率为20/30m ,则“giligan”增斜 率可达到30/30m 。 • 柔性组合B ,使用两根相应的钻杆或无磁钻杆。若标准 增斜组合的增斜率为20/30m ,则此种柔性组合增斜率可 达到40~50/30m 。
单扶组合的力学分析
• 井眼前进的方向:
– 井眼前进的方向,不是钻头轴 线方向,即钻压P的方向,因 为在钻头上还作用有其他横向 力; – 井眼前进的方向,也不是钻头 上所有力的合力Q的方向。因 为钻头具有各向异性,轴向和 侧向的切削能力是不同的。 – 一般来说,侧向切削能力小于 轴向,所以,实际的井眼前进 方向,实在P和Q两个方向之 间。 – γ越大,则井眼增斜越强。由 下页公式可以分析如何控制增 斜、降斜。
单扶组合的力学分析
tg
F Po

Fi F f Fc Fb Po P cos
P sin F f M c / L 0.5W sin
• 井斜变化分析:
• γ为正则增斜, γ为负则降斜;
– 欲增斜:
• 增大β :用小钻铤,大钻压, 压弯钻柱; • 增大Mc,缩短L; • 减小W:用小钻铤;
单扶组合的力 学分析
• 扶正器距钻头的距 离L对侧向力的影 响: – 在A点以前,随 着L增大,组合 产生增斜力, 且随L增大而减 小; – 在A点和B点之 间,组合产生 降斜力,且随L 增大而增大到 最大值,然后 又逐渐减小。 – 过了B点,扶正 器不起作用, 相当于光钻铤 产生负侧向力。
多扶组合的力学特性
单扶组合的力学分析
• 单扶组合的钻头受力分析: 2 Q ( F ) Po2 F tg Po
– 此只能定性说明问题,不可定量 计算。
tg
F Po

Fi F f Fc Fb Po P cos
P sin F f M c / L 0.5W sin
Fb 1 Fa 2
单扶组合的力学分析
• 单扶组合的钻头受力分析: – 弯矩Mc: • Mc 作用到钻头上, 形成钻头的侧向力 Fc ,是钻头上侧向 力的一部分:
Mc Fc L
• L是钻头至扶正器的 距离,但Mc的大小 是不知道的,所以Fc 难以计算。
单扶组合的力学分析
• 单扶组合的钻头受力 分析: – 地层横向力:Ff • 地层横向力是由 于地层的倾斜以 及地层可钻性的 各向异性造成的。 • Ff可能是增斜, 也可能是降斜。
– 欲降斜:
• 减小β :用大钻铤,小钻压, 不要压弯钻柱; • 减小Mc,增大L; • 增大W:用大钻铤;
– 井斜角α也影响γ ;
单扶组合的力学分析
• 三种组合: – A组合:增斜组合。组合产生正向侧向力。第一杠杆原理。 – B组合:降斜组合。产生负向侧向力。第二杠杆原理。 – C组合:可能增斜,也可能降斜,也可能是不增不降的稳斜。
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