扶正器钻具组合.ppt

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1、扶正器钻具组合石油大学（华东）韩志勇单扶组合的力学分析；单扶组合的力学特性；多扶组合的力学特性；扶正器组合使用注意事项；实用扶正器钻具组合；转盘钻扶正器组合此类工具不能用于改变井眼方位，仅能在已有一定斜度的井眼内改变井斜，即进行增斜、降斜或稳斜。此类工具是在转盘钻的基础上，利用靠近钻头的钻铤部分，巧妙地使用扶正器，得到各种性能的组合。20世纪80年代以来，国内外对扶正器钻具组合的研究逐步深入。运用数学、力学和计算机工具，出现了微分方程法、有限元法、纵横连续梁法、加权余量法等等方法，且都需要使用较复杂的计算机程序。在没有计算机软件计算在情况下，可使用现场常

2、用的经验数据。转盘钻扶正器组合有三种：增斜组合；稳斜组合；降斜组合；单扶组合的力学分析单扶组合的钻头受力分析：钻压：P上部钻柱在泥浆中的重力，通过钻柱传递到钻头上。方向与钻头轴线一致。钻压P可分解为平行井眼轴线和垂直井眼轴线的两个分量：β角是钻头轴线与井眼轴线的夹角。Fi构成钻头侧向力的一部分。单扶组合的力学分析单扶组合的钻头受力分析：钟摆力：Fb扶正器以下钻柱的重量为W，作用点在该段钻柱的中点a点。W可以分解为平行钻柱轴线和垂直钻柱轴线的两个分量：α角是扶正器以下钻柱所在的井斜角。Fa即是钟摆力。Fa作用到钻头上即为Fb。单扶组合的力学分析单扶组合的钻

3、头受力分析：弯矩Mc：扶正器以上到切点的钻柱的重力，在垂直钻柱轴线方向的分量，相当一个杠杆力，通过扶正器形成弯矩Mc。Mc作用到钻头上，形成钻头的侧向力Fc，是钻头上侧向力的一部分：L是钻头至扶正器的距离，但Mc的大小是不知道的，所以Fc难以计算。单扶组合的力学分析单扶组合的钻头受力分析：地层横向力：Ff地层横向力是由于地层的倾斜以及地层可钻性的各向异性造成的。Ff可能是增斜，也可能是降斜。作用在钻头上的所有垂直与井眼轴线的横向力，与平行井眼轴线的钻压的合力，以Q表示，即为作用于钻头上的所有力的合力。Q与井眼轴线的夹角，以γ表示。Q和γ可用下页公式定性表

4、示：单扶组合的力学分析单扶组合的钻头受力分析：此只能定性说明问题，不可定量计算。单扶组合的力学分析井眼前进的方向：井眼前进的方向，不是钻头轴线方向，即钻压P的方向，因为在钻头上还作用有其他横向力；井眼前进的方向，也不是钻头上所有力的合力Q的方向。因为钻头具有各向异性，轴向和侧向的切削能力是不同的。一般来说，侧向切削能力小于轴向，所以，实际的经验前进方向，实在P和Q两个方向之间。γ越大，则井眼增斜越强。由下页公式可以分析如何控制增斜、降斜。单扶组合的力学分析井斜变化分析：γ为正则增斜，γ为负则降斜；欲增斜：增大β：用小钻铤，大钻压，压弯钻柱；增大Mc，缩短

5、L;减小W：用小钻铤；欲降斜：减小β：用大钻铤，小钻压，不要压弯钻柱；减小Mc，增大L;增大W：用大钻铤；井斜角α也影响γ；单扶组合的力学分析三种组合：A组合：增斜组合。组合产生正向侧向力。第一杠杆原理。B组合：降斜组合。产生负向侧向力。第二杠杆原理。C组合：可能增斜，也可能降斜，也可能是不增不降的稳斜。单扶组合的力学分析扶正器具钻头的距离L对侧向力的影响：在A点以前，随着L增大，组合产生增斜力，且随L增大而减小；在A点和B点之间，组合产生降斜力，且随L增大而增大到最大值，然后又逐渐减小。过了B点，扶正器不起作用，相当于光钻铤产生负侧向力。单扶组合的力学

6、分析侧向力与井斜角的关系：增斜组合：井斜角增大，则增斜力增大；α↑，则Fg↑，Fc↑；单扶组合的力学分析侧向力与井斜角的关系：降斜组合：井斜角增大，则降斜力增大；α↑，则Fg↑，Fc↑；单扶组合的力学分析侧向力与井斜角的关系：对于接近中性的组合（L=7米为例），井斜角减小，可能成为增斜组合；井斜角增大，可能成为降斜组合。理论上讲，单扶组合可以用作增斜组合、降斜组合，也可用于稳斜组合。但实际上不能用于稳斜组合。因为用于稳斜组合，性能是不稳定的，不是增，就是降。单扶组合实际上仅用于增斜或降斜。单扶组合的力学分析钻压对钻头侧向力的影响：增斜组合：规律性：在一定

7、的组合、一定的井斜角和井眼尺寸下，钻压对侧向力的影响是很微小的。为什么？在一定井斜角下，Lg长度是由切点一下扶正器以上钻柱重力的分量决定的。在增斜钻进时，钻压远远大于切点以下钻柱的重量。钻压的变化，只是引起切点以上躺在井壁下侧的钻柱长度的变化。不影响Lg长度钻柱的重量。所以，侧向力不随钻压的大小而变化。但不可形成错觉：P=0时，侧向力也会是那么大！此使整个钻柱的重力全被大钩承担，形不成切点。单扶组合的力学特性钻压对钻头侧向力的影响：降斜组合：在一定的组合、一定的井斜角和井眼尺寸下，钻压的增大，将使切点一下钻柱弯曲增大。弯曲增大，钻头向上倾斜角度增大，钻压

8、的侧向分量增大。钻压继续增大，钻柱继续弯曲，在扶正器和钻头之间将出现新的切点。在