扶正器鉆具組合

1、扶正(f zhn)器鉆具組合石油大學(xué)（華東(Hudng)）韓志勇單扶組合的力學(xué)分析；單扶組合的力學(xué)特性；多扶組合的力學(xué)特性；扶正器組合使用注意事項；實用扶正器鉆具組合；共三十一頁轉(zhuǎn)盤(zhunpn)鉆扶正器組合此類工具(gngj)不能用于改變井眼方位，僅能在已有一定斜度的井眼內(nèi)改變井斜，即進(jìn)行增斜、降斜或穩(wěn)斜。此類工具是在轉(zhuǎn)盤鉆的基礎(chǔ)上，利用靠近鉆頭的鉆鋌部分，巧妙地使用扶正器，得到各種性能的組合。 20世紀(jì)80年代以來，國內(nèi)外對扶正器鉆具組合的研究逐步深入。運(yùn)用數(shù)學(xué)、力學(xué)和計算機(jī)工具，出現(xiàn)了微分方程法、有限元法、縱橫連續(xù)梁法、加權(quán)余量法等等方法，且都需要使用較復(fù)雜的計算機(jī)程序。在沒有計算機(jī)軟

2、件計算在情況下，可使用現(xiàn)場常用的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)盤鉆扶正器組合有三種：增斜組合；穩(wěn)斜組合；降斜組合；共三十一頁單扶組合(zh)的力學(xué)分析單扶組合的鉆頭受力分析：鉆壓：P上部鉆柱在泥漿中的重力，通過鉆柱傳遞到鉆頭上。方向與鉆頭軸線一致。鉆壓P可分解為平行井眼軸線和垂直井眼軸線的兩個分量(fn ling)：角是鉆頭軸線與井眼軸線的夾角。Fi 構(gòu)成鉆頭側(cè)向力的一部分。共三十一頁單扶組合(zh)的力學(xué)分析單扶組合的鉆頭受力分析：鐘擺力：Fb 扶正器以下鉆柱的重量為W，作用點(diǎn)在該段鉆柱的中點(diǎn)a 點(diǎn)。W可以分解為平行鉆柱軸線和垂直鉆柱軸線的兩個(lin )分量：角是扶正器以下鉆柱所在的井斜角。Fa 即是鐘擺力

3、。 Fa作用到鉆頭上即為Fb 。共三十一頁單扶組合的力學(xué)(l xu)分析單扶組合的鉆頭受力分析：彎矩Mc：扶正器以上到切點(diǎn)的鉆柱的重力，在垂直鉆柱軸線方向的分量，相當(dāng)一個杠桿力，通過扶正器形成彎矩Mc 。Mc 作用到鉆頭上，形成鉆頭的側(cè)向(c xin)力Fc ，是鉆頭上側(cè)向(c xin)力的一部分：L是鉆頭至扶正器的距離，但Mc的大小是不知道的，所以Fc難以計算。共三十一頁單扶組合的力學(xué)(l xu)分析單扶組合的鉆頭受力分析：地層橫向力：Ff地層橫向力是由于地層的傾斜以及地層可鉆性的各向異性造成的。Ff可能是增斜，頁可能是降斜。作用在鉆頭上的所有垂直與井眼軸線的橫向力，與平行(pngxng)井

4、眼軸線的鉆壓的合力，以Q表示，即為作用于鉆頭上的所有力的合力。Q與井眼軸線的夾角，以表示。Q 和可用下頁公式定性表示：共三十一頁單扶組合(zh)的力學(xué)分析單扶組合的鉆頭受力分析：此只能定性說明問題，不可定量(dngling)計算。共三十一頁單扶組合(zh)的力學(xué)分析井眼前進(jìn)的方向：井眼前進(jìn)的方向，不是鉆頭軸線方向，即鉆壓P的方向，因為在鉆頭上還作用有其他橫向力；井眼前進(jìn)的方向，也不是鉆頭上所有力的合力Q的方向。因為鉆頭具有各向異性，軸向和側(cè)向的切削能力是不同的。一般來說，側(cè)向切削能力小于軸向，所以，實際的井眼前進(jìn)方向，是在P和Q兩個方向之間。越大，則井眼增斜越強(qiáng)。由下頁公式可以分析(fnx)如

5、何控制增斜、降斜。共三十一頁單扶組合的力學(xué)(l xu)分析井斜變化分析：為正則(zhn z)增斜， 為負(fù)則降斜；欲增斜：增大 ：用小鉆鋌，大鉆壓，壓彎鉆柱；增大Mc，縮短L;減小W：用小鉆鋌；欲降斜：減小 ：用大鉆鋌，小鉆壓，不要壓彎鉆柱；減小Mc，增大L;增大W：用大鉆鋌；井斜角也影響 ；共三十一頁單扶組合的力學(xué)(l xu)分析三種組合：A組合：增斜組合。組合產(chǎn)生正向側(cè)向(c xin)力。第一杠桿原理。B組合：降斜組合。產(chǎn)生負(fù)向側(cè)向力。第二杠桿原理。C組合：可能增斜，也可能降斜，也可能是不增不降的穩(wěn)斜。共三十一頁單扶組合(zh)的力學(xué)分析扶正器距鉆頭的距離L對側(cè)向力的影響：在A點(diǎn)以前，隨著L

6、增大，組合產(chǎn)生(chnshng)增斜力，且隨L增大而減??；在A點(diǎn)和B點(diǎn)之間，組合產(chǎn)生降斜力，且隨L增大而增大到最大值，然后又逐漸減小。過了B點(diǎn)，扶正器不起作用，相當(dāng)于光鉆鋌產(chǎn)生負(fù)側(cè)向力。共三十一頁單扶組合的力學(xué)(l xu)分析側(cè)向力與井斜角(xi jio)的關(guān)系：增斜組合：井斜角增大，則增斜力增大；，則Fg，F(xiàn)c；共三十一頁單扶組合(zh)的力學(xué)分析側(cè)向力與井斜角(xi jio)的關(guān)系：降斜組合：井斜角增大，則降斜力增大；，則Fg，F(xiàn)c；共三十一頁單扶組合(zh)的力學(xué)分析側(cè)向力與井斜角的關(guān)系：對于接近(jijn)中性的組合（L=7米為例），井斜角減小，可能成為增斜組合；井斜角增大，可能成為降

7、斜組合。 理論上講，單扶組合可以用作增斜組合、降斜組合，也可用于穩(wěn)斜組合。 但實際上不能用于穩(wěn)斜組合。因為用于穩(wěn)斜組合，性能是不穩(wěn)定的，不是增，就是降。 單扶組合實際上僅用于增斜或降斜。共三十一頁單扶組合的力學(xué)(l xu)分析鉆壓對鉆頭側(cè)向力的影響：增斜組合：規(guī)律性：在一定的組合、一定的井斜角和井眼尺寸下，鉆壓對側(cè)向力的影響是很微小的。為什么？在一定井斜角下，Lg長度是由切點(diǎn)一下扶正器以上鉆柱重力的分量決定的。在增斜鉆進(jìn)時，鉆壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于切點(diǎn)以下鉆柱的重量。鉆壓的變化，只是引起切點(diǎn)以上躺在井壁下側(cè)的鉆柱長度的變化。不影響Lg長度鉆柱的重量。所以， 側(cè)向力不隨鉆壓的大小(dxio)而變化。但不可形

8、成錯覺：P=0時，側(cè)向力也會是那么大！此使整個鉆柱的重力全被大鉤承擔(dān)，形不成切點(diǎn)。共三十一頁單扶組合的力學(xué)(l xu)特性鉆壓對鉆頭側(cè)向力的影響：降斜組合：在一定的組合、一定的井斜角和井眼尺寸下，鉆壓的增大，將使切點(diǎn)以下鉆柱彎曲增大。彎曲增大，鉆頭向上傾斜角度增大，鉆壓的側(cè)向分量增大。鉆壓繼續(xù)增大，鉆柱繼續(xù)彎曲，在扶正器和鉆頭之間將出現(xiàn)新的切點(diǎn)。在出現(xiàn)新切點(diǎn)之前，鐘擺力不會減小，但由于(yuy)鉆壓的側(cè)向分量增大， 將使降斜測向力減小。在出現(xiàn)新切點(diǎn)之后，鐘擺力將會大大減小，即降斜測向力減小?？偟恼f，降斜組合，鉆壓的增大將使降斜測向力減小。共三十一頁單扶組合(zh)的力學(xué)分析鉆鋌直徑對側(cè)向力的影

9、響：降斜組合：對降斜組合來說，鉆鋌直徑的影響，是明確的，即隨著鉆鋌直徑的增加，鐘擺力將增大，因而鉆頭側(cè)向力將增大。在井眼直徑、扶正器直徑、扶正器具鉆頭的距離(jl)都不變的情況下，顯然，鉆鋌直徑越大，重力就越大，所以鐘擺力越大。共三十一頁單扶組合的力學(xué)(l xu)分析鉆鋌直徑對側(cè)向力的影響：增斜組合：對降斜組合來說，鉆鋌直徑的影響，不是簡單的關(guān)系。影響側(cè)向力的因素，不僅有鉆鋌的重力，還有扶正器到切點(diǎn)的距離(jl)，此距離隨鉆鋌直徑增大而減?。贿€有此距離內(nèi)鉆鋌的彎曲情況，鉆鋌剛度越大，彎曲就越厲害；即隨著鉆鋌直徑的增加，側(cè)向力將增大，還是減小？不能直觀地看出來。這是通過力學(xué)模型，利用計算機(jī)軟件計

10、算，才能得知。共三十一頁多扶組合(zh)的力學(xué)特性使用多扶組合的必要性：1. 單扶組合僅用于增斜和降斜。由于單扶穩(wěn)斜組合性能的不穩(wěn)定性，穩(wěn)斜組合都是多扶正器組合。2. 對于增斜降斜組合，由于以下原因，也廣泛使用多扶組合：單扶組合的鉆柱可能大段與井壁接觸，產(chǎn)生粘附卡鉆或壓差(y ch)卡鉆的可能性較大，而多扶組合可大大減小鉆柱與井壁的接觸；用單扶增斜或單扶降斜組合鉆出的彎曲井眼，如果再下入多扶組合（例如多扶穩(wěn)斜組合），則容易出現(xiàn)阻卡現(xiàn)象。使用多扶增降組合，則容易下入。共三十一頁多扶組合的力學(xué)(l xu)特性多扶增斜組合的結(jié)構(gòu)：標(biāo)準(zhǔn)多扶增斜組合：A 在標(biāo)準(zhǔn)增斜組合基礎(chǔ)上，可以變化，適當(dāng)(shdng

11、)減小增斜率；減小第一和第二扶正器之間的距離，B ；減小后，在第二扶正器之上，在加一個扶正器，C ；共三十一頁多扶組合的力學(xué)(l xu)特性多扶增斜組合的結(jié)構(gòu)：柔性多扶增斜組合：柔性組合A ，使用1根小尺寸鉆鋌。國外稱作(chn zu)“giligan”。若標(biāo)準(zhǔn)增斜組合的增斜率為20/30m ，則“giligan”增斜率可達(dá)到30/30m 。柔性組合B ，使用兩根相應(yīng)的鉆桿或無磁鉆桿。若標(biāo)準(zhǔn)增斜組合的增斜率為20/30m ，則此種柔性組合增斜率可達(dá)到4050/30m 。共三十一頁多扶組合(zh)的力學(xué)特性多扶穩(wěn)斜組合(zh)的結(jié)構(gòu)：標(biāo)準(zhǔn)多扶穩(wěn)斜組合A ：三個扶正器組成；在標(biāo)準(zhǔn)增斜組合基礎(chǔ)上，可

12、以變化，適當(dāng)改變增斜率；B：在三扶之上，每個10m 加第四甚至第五個扶正器。增大增斜率 ；C：適當(dāng)加大第一和第二扶正器之間的距離。減小增斜率 ；共三十一頁多扶組合的力學(xué)(l xu)特性多扶降斜組合的結(jié)構(gòu)：標(biāo)準(zhǔn)多扶降斜組合A ：兩個扶正器組成，鉆頭至一扶距離20m；在標(biāo)準(zhǔn)組合基礎(chǔ)上以變化(binhu)，適當(dāng)改變降斜率；B：減小鉆頭至一扶的距離，減小降斜率；C：在鉆頭上加一個欠尺寸扶正器，減小降斜率 ；D：用一根小尺寸鉆鋌，增大降斜率；共三十一頁影響多扶組合(zh)性能的因素增斜組合：鉆壓對增斜組合側(cè)向力的影響(yngxing)，是不顯著的，是比較小的；在組合、鉆壓不變情況下，井斜角增大則側(cè)向力增

13、大；穩(wěn)斜組合：鉆壓對穩(wěn)斜組合性能的影響是很小的。所以在穩(wěn)斜鉆進(jìn)中，可以根據(jù)眼使性能改變鉆壓。穩(wěn)斜組合對井斜角的變化是敏感的。井斜角增大，則負(fù)側(cè)向力增大。所以，在井斜較小時顯示穩(wěn)斜的組合，在井斜較大時可能顯示為降斜組合。降斜組合：鉆壓增大，鉆柱正向彎曲，負(fù)側(cè)向力減小，降斜率減?。还踩豁摲稣?f zhn)器組合的使用注意事項增斜組合：在軟地層中使用：軟地層中鉆進(jìn)，地層因素（傾角、走向、軟硬變化等）影響較小。影響增斜率的主要因素是鉆具力學(xué)因素；軟地層水力沖蝕、扶正器和鉆頭的側(cè)向刮切等作用顯著，容易井徑擴(kuò)大，使增斜率下降。要達(dá)到(d do)一定的增斜率，應(yīng)使用增斜能力強(qiáng)的組合。在中硬地層中使用：地

14、層構(gòu)造因素影響非常顯著；所以要特別注意掌握底層的造斜規(guī)律，運(yùn)用這些規(guī)律，控制井眼方向。在硬地層中鉆進(jìn)：地層硬，則鉆頭和扶正器的直徑容易被磨小，不易保證增斜所需要的支點(diǎn)，從而影響增斜率；鉆頭側(cè)向切削能力本來就小，在硬地層中，即使有較大的側(cè)向力，也難以側(cè)向切削出去，這也影響造斜率；注意使用側(cè)向切削能力大的鉆頭；或注意發(fā)揮不對稱切削作用；為了防止扶正器磨損，可使用擴(kuò)大器作為扶正器；共三十一頁扶正(f zhn)器組合的使用注意事項穩(wěn)斜組合：穩(wěn)斜比增斜、降斜都要難，常常出現(xiàn)“穩(wěn)不住”的現(xiàn)象。這是因為穩(wěn)斜的影響因素最多。地層因素：傾角、走向、軟硬變化、軟地層中的井眼擴(kuò)大等；鉆具因素：扶正器尺寸的磨損，特別

15、是近鉆頭扶正器的磨損；鉆進(jìn)參數(shù)：不對稱的水力沖蝕；上述因素是穩(wěn)斜組合往往變成降斜組合。穩(wěn)斜組合總是多扶正器。在硬地層中可能(knng)出現(xiàn)起下困難。切勿“強(qiáng)行下”入。為保證穩(wěn)斜效果，在硬地層可使用擴(kuò)大器代替緊鉆頭扶正器；在中硬地層，為了克服地層力的作用，可使用長翼扶正器或雙聯(lián)扶正器；注意保持正常鉆壓和較高轉(zhuǎn)速；共三十一頁扶正(f zhn)器組合的使用注意事項降斜組合：軟地層，鉆頭側(cè)向力容易發(fā)揮作用，井徑也容易擴(kuò)大，所以地層越軟，越容易降斜 ；反之，地層越硬，越不易降斜；在較硬地層中，需要降斜時可以采用：先用動力鉆具強(qiáng)行(qingxng)降斜；再在已經(jīng)降斜彎曲的井眼內(nèi)，用強(qiáng)力鐘擺鉆具，增大鉆壓，

16、可將其壓彎（負(fù)向彎曲），從而增大降斜能力；鉆進(jìn)中注意保持較小鉆壓，較低轉(zhuǎn)速；降斜組合要注意使用新鉆頭，保證鉆頭的側(cè)切能力；在降斜特別困難的井段，在軌道設(shè)計時，注意避開降斜；共三十一頁實用鉆具(zun j)組合增斜鉆具(zun j)組合：類型L1L2L3強(qiáng)增斜組合1.01.8-中增斜組合1.01.818.027.0-弱增斜組合1.01.89.018.09.0按增斜能力分為強(qiáng)、中、弱三種。使用中要注意： 1. L1增長，增斜能力減小； 2. 近鉆頭扶正器直徑減小，增斜能力也減小。 3. 注意保持低轉(zhuǎn)速。 共三十一頁實用(shyng)鉆具組合穩(wěn)斜鉆具(zun j)組合類型L1L2L3L4L5強(qiáng)穩(wěn)斜組

17、合0.81.24.56.09.09.09.0中穩(wěn)斜組合1.01.83.06.09.018.09.027.0-弱穩(wěn)斜組合1.01.84.59.0-穩(wěn)斜能力分強(qiáng)、中、弱三種。在使用中要注意保持正常鉆壓和較高轉(zhuǎn)速。若需要更強(qiáng)的穩(wěn)斜組合，可使用雙扶正器串聯(lián)起來作為近鉆頭扶正器。 共三十一頁實用鉆具(zun j)組合降斜鉆具(zun j)組合 類型 L1 L2強(qiáng)降斜組合 9.027.0 -弱降斜組合 0.8 18.027.0按降斜能力分為強(qiáng)、弱兩種。使用中要注意：保持小鉆壓和較低轉(zhuǎn)速對于強(qiáng)降斜組合來說，L1越長則降斜能力越強(qiáng)，但不得與井壁有新的接觸點(diǎn)。 共三十一頁內(nèi)容摘要扶正器鉆具組合。上部鉆柱在泥漿中的重力，通過鉆柱傳遞到鉆頭上。角是鉆頭軸線與井眼軸線的夾角。因為鉆頭具有各