造斜工具及原理.pptVIP

即使临界点不变化，摩阻扭矩的计算也是非常困难的。这里涉及井眼轴线的形状、井眼直径的变化、钻柱在井眼内的变形，还涉及摩阻系数的大小等，这些都是看不见、摸不着的，是难以确定的因素。 扶正器以下钻柱的长度为L，其重力W在钻柱轴线方向的分量为Pa，构成钻压的一部分。W在垂直钻柱轴线上的分量Fa，称为“钟摆力”，使钻头上产生降斜力Fb。 扶正器以上未接触井壁的钻柱的重力，将在扶正器处产生一个弯矩Mc，在钻头处形成侧向力Fc。 除了上述作用力以外，考虑到地层可钻性的各向异性，钻头与地层相互作用的结果，相当于在钻头上作用一个地层侧向力Ff。地层侧向力可能是增斜力，也可能是降斜力。图3—1—15中是按照增斜力为正表示的。 作用在钻头上的所有力的总合力为Q，总合力与井眼轴线的夹角为γ。我们还知道钻头偏离井眼轴线的角度是β。γ可看成力学因素，β则代表几何因素。钻头最终前进的方向将取决于这两个因素，即处在P和Q两个力的作用方向之间。 根据上述分析，可得到一个定性分析单扶组合的关系式： 显然，单扶组合的性能取决于γ的正负和大小。从式(3—1—3)可以看出，在钻柱钻压、井斜角和地层因素一定的条件下，单扶组合的性能主要取决于扶正器到钻头的距离L。 图3—1—16所示为3种常见的单扶组合。组合A利用了第一杠杆原理，称为增斜组合；组合B利用了第二杠杆原理，称为降斜组合；组合C的性能处在组合A和B之间，可能是微增组合，也可能是微降组合，亦可能是稳斜组合。 单扶组合的侧向力随扶正器位置的变化关系如图3—1—17所示。 2．多扶正器组合 多扶正器组合，简称多扶组合。既然单扶组合已经具有增斜、降斜、稳斜3种功能，为什么还要多扶正器组合呢?这是因为： (1)单扶组合只有一个扶正器，下部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下部钻柱与井壁的接触。 (2)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。这种现象称为钻柱与井眼的相容性问题。使用多扶增、降组合，则容易下入其他多扶组合。 (3)单扶组合性能的稳定性较差。 基于以上原因，实际使用的扶正器组合，主要是多扶组合。 多扶组合的受力分析要复杂得多。国内外学者对此进行了大量研究，运用数学、力学和计算机工具，提出了多种计算方法，编写了相应的计算机软件。本书仅根据现场常用的多扶组合的结构，定性地介绍其性能。 1)多扶增斜组合 常用的多扶增斜组合有5种，如图3—1—18所示。 组合A，称为标准多扶增斜组合。就增斜能力而言，组合B小于组合A；组合C则小于组合B；组合D大于组合A；组合E则大于组合D。 在组合结构一定的情况下，钻压的变化对增斜组合性能的影响不显著，但井斜角的影响较大。随着井斜角的增大，增斜率也将增大。 在软地层中，地层可钻性的各向异性影响很小，增斜率主要取决于组合的结构因素。软地层容易出现井眼扩大，导致增斜率下降。在中硬地层中，地层可钻性的各向异性影响很大，使用中要注意掌握地层造斜规律。在硬地层中，钻头和扶正器直径容易磨小，将导致增斜能力下降。所以，既要使用侧向切削能力较大的钻头，还要注意钻头和扶正器直径的变化。 2)多扶稳斜组合 常见的多扶稳斜组合有4种，如图3—1—19所示。组合A被称为标准稳斜组合。在组合A的基础上，再增加一个或两个扶正器，构成组合B，其稳斜能力比组合A更强。在组合A的基础上，适当增大第一、第二扶正器之间的距离，构成组合C，可以使稳斜能力比组合A减小。 在组合B的基础上，把第一、第二两个单扶正器换成“双联扶正器”，构成组合D。这是稳斜能力最强的多扶稳斜组合。·但这种组合刚性很大，容易出现阻卡，要谨慎使用。 稳斜比增斜、降斜都要困难，常常出现“稳不住”的现象。这是因为稳斜的影响因素最多。地层可钻性的各向异性及其变化、井眼的扩大、扶正器(特别是近钻头扶正器)直径的磨小，都可能使稳斜组合变成降斜组合。在稳斜难度较大的井段，为了保证稳斜效果，常常使用“微增组合”代替稳斜组合。保持足够的钻压和较高转速，也是保证稳斜效果的重要措施。 3)多扶降斜组合 常见的多扶降斜组合有4种，如图3—1—20所示。 组合A被称为标准降斜组合。组合B是在组合A的基础上，适当减小钻头到第1个扶正器之间的距离，可以使降斜能力减小。组合C是在组合A的基础上，在靠近钻头处增加一个“欠尺寸扶正器”(比正常扶正器直径小)，也可以使降斜能力减小。组合D是在组合A的基础上，把靠近钻头的一根钻铤换成直径较小的钻铤(或钻杆，或加重钻杆)，可以使降斜能力增大。