導(dǎo)向鉆井鉆具組合結(jié)構(gòu)造斜特性分析

《導(dǎo)向鉆井鉆具組合結(jié)構(gòu)造斜特性分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、·138·石油天然氣學(xué)報(江漢石油學(xué)院學(xué)報)　2007年4月　第29卷　第2期JournalofOilandGasTechnology(J1JPI)　Apr12007　Vol129　No12導(dǎo)向鉆井鉆具組合結(jié)構(gòu)造斜特性分析　　張新紅,馮　定　(長江大學(xué)機械工程學(xué)院,湖北荊州434023)[摘要]在導(dǎo)向鉆井鉆具組合結(jié)構(gòu)中,本體穩(wěn)定器、上穩(wěn)定器的選用與計算外徑,以及螺桿彎角的選用,對用全力增、減方位時的側(cè)向力有影響,可用來評價導(dǎo)向鉆井鉆具造斜特性,分析和設(shè)計導(dǎo)向鉆具組合。現(xiàn)場使用結(jié)果表明,螺桿本體穩(wěn)定器

2、采用偏心式時計算外徑與丈量直徑存在偏差;上穩(wěn)定器對鉆頭側(cè)向力具有較大的影響,可以優(yōu)化設(shè)計;螺桿彎角對鉆頭側(cè)向力影響較大,需合理使用。[關(guān)鍵詞]導(dǎo)向鉆井;鉆具組合結(jié)構(gòu);穩(wěn)定器;造斜;力學(xué)分析[中圖分類號]TE92112[文獻標識碼]A　　[文章編號]10009752(2007)02013803　　隨著大斜度、大位移、水平井等井型的廣泛實施,以彎螺桿和隨鉆測量為主的導(dǎo)向鉆井技術(shù)成為目前使用頻率最高的一種鉆井技術(shù),形成了導(dǎo)向鉆井新技術(shù)方式[1～3]。其主要特點是利用了偏心防斜原理在彎螺桿鉆具轉(zhuǎn)動過程中表現(xiàn)出

3、的穩(wěn)斜性。這使傳統(tǒng)“五段制”和“三段制”剖面可以用一種鉆具一趟鉆實現(xiàn),從而大大提高了鉆井效率。導(dǎo)向鉆井技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵是底部鉆具組合的選配,目前在現(xiàn)場應(yīng)用中仍存在許多認識上的誤區(qū),造成施工的盲目性。筆者通過對導(dǎo)向鉆具幾個力學(xué)問題的分析,將現(xiàn)場遇到的問題理論化,用以指導(dǎo)現(xiàn)場設(shè)計及施工。在設(shè)計鉆具組合結(jié)構(gòu)時[4～7],為了取得鉆進中的穩(wěn)斜效果,就要分析在裝置角為90°或270°(全力增、減方位)時的造斜力大小。通過調(diào)整底部鉆具組合各參數(shù)值,使鉆頭側(cè)向力趨于零[8]。1　本體穩(wěn)定器的選用與計算外徑水平井常用的

4、穩(wěn)定器有單彎螺旋穩(wěn)定器和直筋穩(wěn)定器。螺旋型穩(wěn)定器可形成規(guī)范的計算直徑和可靠的支點,從而得到穩(wěn)定的工具面和造斜率;但定向時鉆進阻力大,因此在井斜較大時不宜選擇螺旋穩(wěn)定器。一般水平井用螺桿均選擇直筋型穩(wěn)定器,以減少鉆進中的阻力,特別是連續(xù)造斜和全角變率較大時尤其如此。螺桿本體穩(wěn)定器外徑一般設(shè)計為欠尺寸,國際標準推薦值為比井眼直徑小?3in～?;in(11588～31175mm)。螺桿上給定的是穩(wěn)定器的實際結(jié)構(gòu)直徑,在力學(xué)分析時,當使用偏心穩(wěn)定器時,由于偏心的影響,計算輸入直徑與實際結(jié)構(gòu)直徑發(fā)生偏差,需作計

5、算。偏心穩(wěn)定器最大偏心結(jié)構(gòu)見圖1。以三筋直筋型穩(wěn)定器為例。在外圓周增加了3根軸向直筋扶正塊,一般是1大2小,且相對于圓周非均勻分布,其形心與質(zhì)心有一偏差。偏心穩(wěn)定器增加了鉆頭側(cè)向力,使彎螺桿具有更好的造斜性。江漢油田以前曾引進過多筋穩(wěn)定器螺桿,沒有偏心度,在造斜過程中造圖1　偏心穩(wěn)定器最大偏心結(jié)構(gòu)示意圖斜率極低,尤其在降斜時,造斜率達不到1°/10m,后在筆者的建議下終止了使用,目前均采用帶偏心　[收稿日期]20070120　[作者簡介]張新紅(1964),男,1987年大學(xué)畢業(yè),講師,現(xiàn)從事工程力

6、學(xué)、石油機械方面的教學(xué)與研究工作。?1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第29卷第2期張新紅等:導(dǎo)向鉆井鉆具組合結(jié)構(gòu)造斜特性分析　·139·穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)的單彎螺桿。對于同心穩(wěn)定器,計算直徑與結(jié)構(gòu)直徑是相等的。而對于偏心直筋穩(wěn)定器,在鉆具轉(zhuǎn)動過程中計算直徑不斷變化,可求出2種特殊狀態(tài)下的數(shù)值,即最小值和最大值。當大直筋塊中心A轉(zhuǎn)到井眼低邊時,偏心距最小,為:

7、　　lsmin=(Do-Ds)/2(1)當穩(wěn)定器順時針轉(zhuǎn)動時,大直筋塊偏離井眼低邊時,偏心距越來越大,當2小塊扶正塊邊緣接觸下井壁時,偏心距最大,為:o　　lsmax=D2s-D2sin2θ-Dscosθ(2)相應(yīng)的穩(wěn)定器計算直徑最大和最小值分別為:　　D′smax=Ds(3)o　　lsmin=Do+Dscos-D2s-D2sinθq(4)對于三筋直筋型穩(wěn)定器,取θ=45°,井眼直徑Do=21519mm,穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)外徑Ds=212mm,則得實際計算外徑D′s=21014mm;結(jié)構(gòu)外徑為213mm

8、時,計算外徑為21118mm?？梢妼嶋H計算直徑比丈量外徑要小1～2mm。由于彎螺桿在鉆進過程中存在擴徑現(xiàn)象,導(dǎo)致計算直徑與規(guī)則井徑有偏差。對于穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)外徑,當井徑分別為21519,220,225,230mm時,計算外徑值分別為21014,208186,207109,205144mm?？梢?井徑越大,計算外徑值越小。需根據(jù)實際計算外徑值設(shè)計和分析鉆具的性能。在導(dǎo)向計算時,考慮裝置角的影響,為簡便計算,D′s曲線+D′smin可用下式近似表示:D′s均=2