5第五章轨迹控制.ppt

4.2 装置角的计算 设目前井底的井斜角为α1，井斜方位角为φ1；希望经过一定长度的钻进后使井斜和方位达到α2和φ2 ，且已知造斜工具的造斜率Kc。现在要求造斜工具的装置角ω和需要钻进的井段长度△Dm。计算方法按(5-69)式~(5-73)式进行计算。 4.3 动力钻具反扭角的计算 反扭角：钻井液作用于动力钻具的转子，使其顺时针旋转产生扭矩，传给钻头去破碎岩石。钻井液同时也作用于定子，使其受到一反扭矩。此反扭矩将有使钻柱逆时针旋转的趋势，但由于钻柱在井口处是被锁住的，所以只能扭转一定的角度，此角度称为反扭角，以φn表示。 定向方位角：反扭角将使已确定好的装置角减小。为了弥补反扭角的影响，在给造斜工具定向时，需要在原计算的装置角上加上此反扭角，称作定向方位角。以φs表示。则有： Φs=φω+φn=φ1+ω+φn 反扭角的影响因素及计算方法：影响反扭角的因素很多且难确定，如有反扭矩的大小、钻柱的长度、钻柱断面的极惯性矩、钻柱与井壁之间的摩擦力以及装置角的大小等，所以很难建立计算模式。工程上采用经验数据法或资料反算法来求解。 资料反算法：先给定一个定向方位角，试钻一个井段，然后根据实钻资料反算实际的反扭角，再据此反扭角计算正确的定向方位角(5-75式~5-77式)。 5 造斜工具的定向 5.1 概述 定向：上面已算出造斜工具的定向方位角φs。下一步就需要把造斜工具的工具面摆在井底预定的定向方位线上，这就是定向。 何时需要定向：使用动力钻具造斜工具进行扭方位、造斜、增斜或降斜。 定向方法及分类：如何使造斜工具的工具面正好处在井底预定的定向方位角上呢? 这就是定向法。有地面定向法和井下定向法。 地面定向法：在井口将造斜工具的工具面摆到预定的方位线上，然后定向下钻。如果下到井底后测斜发现实际方位与预定方位不符，再通过地面转盘来调整。这种方法较工序复杂，准确性差，已很少用。 井下定向法：先将造斜工具正常下钻到井底，然后从钻柱内下入测斜仪测量工具面在井下的实际方位，再通过地面转盘将工具面扭到预定的定向方位上。这种方法工序简单，准确性高。现在都用这种方法。 5.2 井下定向法 5.2.1 工具面的标记方法 必要性和分类：要把仪器下到造斜工具内部测量工具面的方位，必须在造斜工具的内部给工具面作个标记，这样才能识别。现在广泛用定向键法来标记，定向齿刀法已淘汰，定向磁铁法也很少用。 定向键法：一种用途广泛的标记方法，如图5-42所示，定向键所在的母线就标志着造斜工具的工具面方位。测量时设法测到定向键的方位，就可以知道造斜工具的工具面方位了。 在测量仪器的罗盘面上有一个“发线”，在测量仪器的最下面有一个“定向鞋”，定向鞋上有一个“定向槽”，在仪器安装时使“发线”与“定向槽”在同一个母线上对齐。当仪器下到井底时，定向鞋的特殊曲线将使定向槽自动卡在定向键上，从而使罗盘面上的“发线”方位能表示造斜工具的工具面方位，且会在测斜底片上显现。 5.2.2 各种定向方法及其使用场合 1)陀螺仪+定向键标记：直井定向或斜井定向都可以用；在钻柱上无需接专用的无磁钻铤；特别是在磁性异常地区或丛式井间磁性干扰严重的情况下可以应用此法。但由于陀螺仪较为“娇贵”，操作较复杂，使用费用也较高。 工作特性：螺杆钻具的工作特性曲线如图5-29所示。可见： 1)螺杆钻具的转数、扭矩、压力降、功率与流量之间的关系，与涡轮钻具相同。显然，足够的流量也是螺杆钻具发出足够功率和扭矩的前提。 2)螺杆钻具的扭矩与压力降成正比。压力降可从泵压表上读出，扭矩则反映所加钻压的大小，所以可以看着泵压表打钻。在定向井和水平井中，钻柱摩擦阻力很大，很难从指重表上看出钻压大小。能够看着泵压表打钻就显出巨大的优越性。 3)根据泵压表上的压力降还可以换算出钻头上的扭矩，从而可以较为准确地求得反扭角。 4)转速要随压力降或流量而变化，但在一定范围内(也是实际使用范围)转速变化很小。螺杆钻具具有硬驱动特性。 2 转盘钻(顶驱钻)造斜工具 种类和特点：变向器、射流钻头和扶正器组合。 2.1 变向器 结构如图5-30所示。是最早使用的造斜工具。由于工艺繁杂，现在仅用于套管内开窗侧钻，或不适宜用动力钻具的井内。 2.2 射流钻头 结构如图5-31所示。使用一个大喷嘴、两个小喷嘴。造斜时，先定向，再开泵循环，则大喷嘴中喷出的强大射流会冲出一个斜井眼来，然后启动转盘，修整并扩大此斜井眼。如此反复即可不断造斜。此工具现基本不用。 2.3 扶正器钻具组合 定义：在转盘钻和顶驱钻的基础上，在靠近钻头的钻铤上巧妙地使用扶正器，得到的各种性能的组合。 局限性：此类工具不能用于造斜和控制井眼方位，仅能用来进行增斜、降斜或稳斜。为什么？ 1)增斜钻具组合—杠杆钻具组合：结构如图5-32所示，配合尺寸见表5-4。在