《造斜工具及原理》PPT课件.ppt

《《造斜工具及原理》PPT课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、定向井轨迹控制原理和计算2008年11月主讲人：蒋元全长庆培训中心第三讲定向井轨迹控制原理和计算定向井轨迹控制，是用一定的造斜工具，根据设计轨道的要求，不断地控制钻头前进方向，形成实钻井眼轨迹，最终钻达设计预定的目标。定向井轨迹控制是定向钻井施工最基本的作业内容，是定向钻井最核心也是最重要的技术。第一节造斜工具及其造斜原理看到“造斜工具”这个术语，切不可望文生义，不可简单地理解为只是从没有井斜的垂直井眼造出井斜的工具，也不可理解为只是改变井斜角的工具。准确地说，造斜工具是指能够改变井眼方向的工具。如前所述，井眼方向可以用井斜角

2、和井斜方位角表示。所以，造斜工具应该是指既能改变井斜角，又能改变井斜方位角的工具。代表工具造斜能力的造斜率，就等于用该工具钻出的井眼的曲率。造斜工具的造斜原理，是根据井眼方向变化原理设计的。下面首先研究井眼方向变化的原理．一、井眼方向变化的原理井眼方向发生变化的基本原理有两种：一是钻头对井底的不对称切削，二是钻头对井壁的侧向切削。1．钻头对井底的不对称切削如图3—1—1所示，在钻进时，如果钻头一侧切削速度快，一侧切削速度慢，则井眼方向就会改变，向着切削速度慢的一侧弯曲。导致钻头不对称切削的原因可以归纳为3类：钻头、钻柱和地层。

3、(1)钻头原因：钻头破碎井底岩石的能力一侧强、一侧弱。例如偏喷嘴钻头就是这个原理。(2)钻柱原因：靠近钻头的钻柱发生弯曲或倾斜，使钻头轴线与井眼轴线偏离，从而导致钻头对井底的不对称切削。钻柱弯曲或倾斜主要取决于造斜工具的结构和有关钻进参数。(3)地层原因：井底地层的可钻性不均匀，一侧容易破碎，另一侧不容易破碎，导致不对称切削。引起井底地层可钻性不均匀的原因很多，主要包括：地层的倾斜，地层可钻性的各向异性，可钻性在垂向、横向的变化，地层中裂缝、孔洞的存在等。地层因素是客观因素，在使用造斜工具时要考虑地层因素对造斜工具造斜能力的影

4、响2．钻头对井壁的侧向切削钻头发生侧向切削的根本原因在于作用在钻头上有一个侧向力。当然，钻头还要具有侧向切削的能力(如图3—1—2)。在侧向切削和轴向切削的联合作用下，钻头前进的方向发生了变化，向着钻头侧向力的方向弯曲。二、造斜工具的发展历程自上世纪30年代初定向井出现以来，出现了多种形式的造斜工具，可以划分为四代，如图3—l—3所示。1．第一代造斜工具最先出现的造斜工具，是适用于旋转钻井方式的斜向器。实际上是以斜向器为主，辅以射流钻头和肘节工具等。斜向器的结构如图3—1—4所示，它的主要结构是在一个圆柱体的一侧加工出的一个导

5、斜面。导斜面是一个倾斜的不完整的圆柱面，主要结构参数是导斜面的导斜角γ。导斜角等于导斜面的中心线与斜向器中心线的夹角。导斜面的长度大约为4—5m。斜向器的造斜原理，是钻头对井底的不对称切削。它的造斜过程(如图3—1—5)分为3步：下入并安置斜向器；加钻压剪断销钉，沿导斜面钻出一个行程长度的小井眼；起出斜向器，更换扩眼钻头扩眼。若需要继续造斜，则再重复上述3步。显然，斜向器属于断续造斜工具，每一个造斜行程约为10m。斜向器的平均造斜率K可表示为：斜向器的造斜效率很低，只能钻小斜度定向井；钻出来的井眼轴线大体上是折线形，不利于钻柱

6、运动和下套管作业。2．第二代造斜工具第二代造斜工具的主流工具是弯接头+井底动力钻具，同时还有弯钻杆+井底动力钻具及带垫块的动力钻具等。弯接头+井底动力钻具出现于上世纪40年代，其结构和造斜原理如图3—1—6所示。开始用的动力钻具是涡轮钻具，之后又出现了螺杆钻具。此类造斜工具主要的结构参数是弯接头的弯曲角γ和动力钻具的长度LT。此类造斜工具由于受井眼的约束，弯接头以上钻具出现弹性变形，在钻头处产生侧向力，对井壁进行侧向切削。同时，由于钻头中心线偏离井眼轴线，产生对井底的不对称切削。钻头对井壁的侧向切削可以看做是“力学因素”；钻头

7、对井底的不对称切削可以看做是“几何因素”。对于弯接头+井底动力钻具来说，力学因素是主要的，几何因素是次要的。钻头侧向力Fc的大小可用如下定性公式表示：根据上式，可以调整造斜工具的结构参数，改变造斜工具的造斜能力。第二代造斜工具用于井下动力钻具钻井方式，可以连续造斜钻进，所钻出的井眼轴线乃是连续曲线，造斜能力和造斜效率都大大提高，因而可以钻出小、中、大斜度定向井，甚至可以钻出水平井。20世纪50—60年代，我国和前苏联钻的水平井就是采用此类造斜工具钻出的。第二代造斜工具出现的同时，还出现了罗盘照相测量仪器和无磁钻铤，可以在下钻后

8、进行井底定向，极大地促进了定向钻井技术的发展，特别是丛式井的广泛应用。3．第三代造斜工具第三代造斜工具的主要代表是弯外壳螺杆钻具，出现于上世纪70年代，其结构如图3—1—7所示。自左至右为：单弯、柔性单弯、带垫块的单弯、同向双弯、反向双弯。同时出现的还有铰接螺杆钻具等。单弯柔