井眼轨迹控制理论研究.doc

3、井眼轨迹控制理论研究 3.1底部钻具组合力学分析 底部钻具组合（简称BHA）的受力和变形分析，是井眼轨迹研究的重要内容之一。通过BHA分析，可以确定钻头的力学状态。然而影响井眼轨迹控制的因素很多，且相互关系复杂，多年来钻井技术工作者防斜基础理论研究方面取得了可喜的成果。 3.1.1井底钻具的基本方程 井底钻具的受力：井底钻具因受力而弯曲（如图1）。 井底钻具的挠度方程 集中载荷的挠度方程（见图2） AC段 图3均匀载荷下的弯曲梁 均匀载荷下的挠度方程（见图3） 由弹性变形能理论，得出更简便的挠度方程。 梁的挠度曲线以三角级数表示： 在集中载荷FC，与轴向压力W联合作用下，梁的挠度方式得出AB梁的挠度方程： AB染在均布载荷qsinQ与轴向压力W联合作用下的挠度方程： Y：挠度，（m） Q：井斜度，（°） H：上扶下扶高度，（m） Q：每公尺钻廷在泥浆中重量，kg/m E：钢的弹性系数， J：钻铤的惯性矩，m4 W：钻压 3.1.2钻具在井底的基本工作状态与侧向力 钻具在井底的工作状态 图4 钻具在井底的工作状态 钻具的曲率小于井身的曲率，钻具的中心线在井身中心线的上方，下稳定器紧靠上井壁，有得减小井身的狗腿角。因而叫稳斜工作状态。（图a）。 钻具的挠度与井身的弯曲度相等，上稳定器以下钻具不与井壁相接角，利用钻具的自重分力减斜，称为钟摆作用。（图b）。 钻具的挠度大于井身的弯曲度，钻具中心线在井眼中心线的下方。钻具中心线在井眼中心线的下方，下扶正器紧靠下井壁，由于以下稳定器为支撑点的杠杆力矩的作用，产生造斜（图c）。 钻头侧向力 作用于钻头上的侧向力有三个（见图1）。 下部钻具自重的侧向分力Fq： 钻具的弹性反力：FC 钻头端面扭转而产生的钻压的侧向分力FW 因此钻头的侧向力： 规定造斜的Fb为正值，减斜时Fb为负值。 3.1.3各种井底钻具结构的设计 钟摆钻具的受力与挠度方程： 钻头侧向力公式： （b）钻压增加，钻具弯曲，正侧向力增加，减斜力逐步减小，当钻压等于某一定值，正负侧向力相等，Fb=0 ph=2.3311 （P2=） 钟摆钻具上稳定器临界高度（m） 稳斜钻具的挠度与侧向力 由变形能的公式可求得钻头侧向力的公式： 第一项为减小狗腿角的弹性反力，在稳斜中控制井身的变化。 第二项是由于下扶正器间隙而产生的弹性反力的减小。 第三项随扶正器的高低而定。 第四项是自重的侧向分力。 式中：Fb钻头侧向力（kg） （-）狗腿角（1°/100m） d稳定器与井壁间隙（mm） q每米钻铤重量（kg/m） （-）井斜角（°） h上稳定器高度（m） a= W钻压（kg） P2= 造斜钻具：造斜钻具的下扶正器紧靠下井壁作业、为支撑点，利用杠力矩产生造斜力。 造斜钻具总侧斜力为： 造斜钻具上扶下器最低极限位置： 下扶正器位置，由下列议程式决定下扶正器最高位置： 3.2转盘钻井井眼轨迹控制模式 用纵横弯曲边续梁法计算降、稳、增斜钻具组合的力学特性，根据测斜情况调整稳定器间距。根据对底部钻具组合力学特性的分析，我们分析优选了几种转盘钻井井眼轨迹控制的模式，转盘增斜、稳斜钻具组合采用多稳定器钻具结合，增斜采用三稳定器或二稳定器钻具组合：稳斜采用三稳定器钻具组合：降斜采用一稳定器或二稳定器钻具组合。 3.2.1转盘降斜钻具组合（钟摆钻具） A：Φ311.2mm钻头+Φ228.6mm减震器+Φ228mm钻铤3根+Φ311.2mm稳定器+Φ197mm无磁钻铤+Φ203mm钻铤6根+Φ178.8mm钻铤9根+Φ178.8mm随钻震击器+Φ178.8mm钻铤3根+Φ127mm加重钻杆15根+Φ127mm钻杆+Φ133mm方钻杆 B：Φ215.9mm钻头+Φ158mm无磁钻铤1根+Φ158mm钻铤1根+Φ214mm稳定器+Φ158mm钻铤1根+Φ214mm稳定器+Φ158mm钻铤18根+Φ127mm加重钻杆15根+Φ127mm钻杆+Φ108mm方钻杆 3.2.2转盘稳斜钻具组合。 A：Φ311.2m钻头+630×730接头+Φ311mm稳定器+Φ203mm短钻铤3-4m+Φ311m稳定器+Φ203mm无磁钻铤+Φ311稳定器+Φ203mm钻铤10根+Φ197mm随钻下击器+Φ197mm随钻上击器+Φ117.8mm钻铤6根+Φ127mm加重钻杆15根+Φ127mm钻杆 B：Φ215.9mm钻头+430×410接头+Φ214mm稳定器+Φ158mm短钻铤2-3m+Φ214mm稳定器+Φ158.8mm无磁钻铤1根+Φ214mm稳定器+Φ158.8mm钻铤18根+Φ158.8mm随钻下击器+Φ158.8随钻下击器+Φ127mm加重钻杆+Φ127mm钻杆。 3.2.3转盘增斜钻具 高陡构造上的定向井，特别在逆地层自然造斜方位时，