井眼轨迹控制理论研究

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1、3、井眼轨迹控制理论研究3」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（1）井底钻具的受力：井底钻具因受力而弯曲（如图1）。（2）井底钻具的挠度方程集中载荷的挠度方程（见图2）BC^Yhc=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

2、。梁的挠度曲线以三角级数表示：Yq—宀”+"2几〒“$_兀X271X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:2Fch3占n7TX———S」兀aSin——whh兀2EJ'AB染在均布载荷qsinQ与轴向压力W联合作用下的挠度方程：_4力4gsinQ寸1n7rx厂―7l5EJ苔3/2W/72Mh〃（旷一-TT^-）兀EJ下扶下器zW下扶下器一EJY：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/mE：钢的弹性系数，J：钻铤的惯性矩

3、，m4W：钻压3.1.2钻具在井底的基本工作状态与侧向力（1）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，钻具的屮心线在井身屮心线的上方，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，钻具屮心线在井眼屮心线的下方。钻具屮心线在井眼屮心线的下方，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，产牛造斜（图

4、（2）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：Fq=

5、^Asin（2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：Fb=Fq+Fc+%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（1）钟摆钻具的受力与挠度方程:qsinQWp~2-钻头侧向力公式:cos（卑——PX）COSph~2Fb=-”qsinQ（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二0ph=2.3

6、311（P2=〔J）钟摆钻具上稳定器临界高度（m）4qsin0x11460rrIc稳斜钻具的挠度与侧向力兀氷Q3A(-)EJ(l-t7)3x10~3AJ(1-6z)(l+a-a2)qhsinQqhsinQ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。第三项随扶止器的高低而定。第四项是自重的侧向分力。式中：Fb钻头侧向力（kg）A（-）狗腿角（1°/100m）Ad稳定器与井壁间隙（mm）q每米钻铤重量（kg/m

7、）（-）井斜角（°）h上稳定器高度（m）下稳定器高度上稳定器咼度W钻压（kg）(2)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：011460/10'△”4h2qsinQ.、八cr一。+(——一——sinnd)=0A(-)h2兀、EJ(-a)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

8、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。321转盘降斜钻具组合(钟摆钻具)A：①311.2mm钻头+0228.6mm减震器+①228mm钻铤3根+①311.2mm稳定器+①197mm无磁钻铤+0203mm钻铤6根+①178.8mm钻铤9根+O178.8mm随钻震击器+①178.8mm钻铤3根+①127mm加重钻杆15根+①127mm钻杆+①13

9、3mm方钻杆B：①215.9mm钻头+①158mm无磁钻铤1根+①158mm钻铤1根+①214mm稳定器+①158mm钻铤1根+①214mm稳定器+①158mm钻铤18根+①127mm加重钻杆15根+①127mm钻杆+①108mm方钻杆322转盘稳斜钻具组合。A：①311.2m钻头+630X730接头+①311mm稳定器+0203mm短钻铤3-4m+0311m稳定器+0203mm无磁钻铤+①311稳定器+①203mm钻铤10根+①197mm随钻下击器+①