扶正器钻具组合

1、扶正(f zhn)器钻具组合石油大学（华东(Hudng)）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；共三十一页转盘(zhunpn)钻扶正器组合此类工具(gngj)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

2、件计算在情况下，可使用现场常用的经验数据。转盘钻扶正器组合有三种：增斜组合；稳斜组合；降斜组合；共三十一页单扶组合(zh)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(fn ling)：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。共三十一页单扶组合(zh)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(lin )分量：角是扶正器以下钻柱所在的井斜角。Fa 即是钟摆力

3、。 Fa作用到钻头上即为Fb 。共三十一页单扶组合的力学(l xu)分析单扶组合的钻头受力分析：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(c xin)力Fc ，是钻头上侧向(c xin)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。共三十一页单扶组合的力学(l xu)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，页可能是降斜。作用在钻头上的所有垂直与井眼轴线的横向力，与平行(pngxng)井

4、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，以表示。Q 和可用下页公式定性表示：共三十一页单扶组合(zh)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(dngling)计算。共三十一页单扶组合(zh)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，实际的井眼前进方向，是在P和Q两个方向之间。越大，则井眼增斜越强。由下页公式可以分析(fnx)如

5、何控制增斜、降斜。共三十一页单扶组合的力学(l xu)分析井斜变化分析：为正则(zhn z)增斜， 为负则降斜；欲增斜：增大 ：用小钻铤，大钻压，压弯钻柱；增大Mc，缩短L;减小W：用小钻铤；欲降斜：减小 ：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；井斜角也影响 ；共三十一页单扶组合的力学(l xu)分析三种组合：A组合：增斜组合。组合产生正向侧向(c xin)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。共三十一页单扶组合(zh)的力学分析扶正器距钻头的距离L对侧向力的影响：在A点以前，随着L

6、增大，组合产生(chnshng)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。共三十一页单扶组合的力学(l xu)分析侧向力与井斜角(xi jio)的关系：增斜组合：井斜角增大，则增斜力增大；，则Fg，Fc；共三十一页单扶组合(zh)的力学分析侧向力与井斜角(xi jio)的关系：降斜组合：井斜角增大，则降斜力增大；，则Fg，Fc；共三十一页单扶组合(zh)的力学分析侧向力与井斜角的关系：对于接近(jijn)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

7、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。共三十一页单扶组合的力学(l xu)分析钻压对钻头侧向力的影响：增斜组合：规律性：在一定的组合、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(dxio)而变化。但不可形

8、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。共三十一页单扶组合的力学(l xu)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，将使切点以下钻柱弯曲增大。弯曲增大，钻头向上倾斜角度增大，钻压的侧向分量增大。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。在出现新切点之前，钟摆力不会减小，但由于(yuy)钻压的侧向分量增大， 将使降斜测向力减小。在出现新切点之后，钟摆力将会大大减小，即降斜测向力减小。总的说，降斜组合，钻压的增大将使降斜测向力减小。共三十一页单扶组合(zh)的力学分析钻铤直径对侧向力的影

9、响：降斜组合：对降斜组合来说，钻铤直径的影响，是明确的，即随着钻铤直径的增加，钟摆力将增大，因而钻头侧向力将增大。在井眼直径、扶正器直径、扶正器具钻头的距离(jl)都不变的情况下，显然，钻铤直径越大，重力就越大，所以钟摆力越大。共三十一页单扶组合的力学(l xu)分析钻铤直径对侧向力的影响：增斜组合：对降斜组合来说，钻铤直径的影响，不是简单的关系。影响侧向力的因素，不仅有钻铤的重力，还有扶正器到切点的距离(jl)，此距离随钻铤直径增大而减小；还有此距离内钻铤的弯曲情况，钻铤刚度越大，弯曲就越厉害；即随着钻铤直径的增加，侧向力将增大，还是减小？不能直观地看出来。这是通过力学模型，利用计算机软件计

10、算，才能得知。共三十一页多扶组合(zh)的力学特性使用多扶组合的必要性：1. 单扶组合仅用于增斜和降斜。由于单扶稳斜组合性能的不稳定性，稳斜组合都是多扶正器组合。2. 对于增斜降斜组合，由于以下原因，也广泛使用多扶组合：单扶组合的钻柱可能大段与井壁接触，产生粘附卡钻或压差(y ch)卡钻的可能性较大，而多扶组合可大大减小钻柱与井壁的接触；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。使用多扶增降组合，则容易下入。共三十一页多扶组合的力学(l xu)特性多扶增斜组合的结构：标准多扶增斜组合：A 在标准增斜组合基础上，可以变化，适当(shdng

11、)减小增斜率；减小第一和第二扶正器之间的距离，B ；减小后，在第二扶正器之上，在加一个扶正器，C ；共三十一页多扶组合的力学(l xu)特性多扶增斜组合的结构：柔性多扶增斜组合：柔性组合A ，使用1根小尺寸钻铤。国外称作(chn zu)“giligan”。若标准增斜组合的增斜率为20/30m ，则“giligan”增斜率可达到30/30m 。柔性组合B ，使用两根相应的钻杆或无磁钻杆。若标准增斜组合的增斜率为20/30m ，则此种柔性组合增斜率可达到4050/30m 。共三十一页多扶组合(zh)的力学特性多扶稳斜组合(zh)的结构：标准多扶稳斜组合A ：三个扶正器组成；在标准增斜组合基础上，可

12、以变化，适当改变增斜率；B：在三扶之上，每个10m 加第四甚至第五个扶正器。增大增斜率 ；C：适当加大第一和第二扶正器之间的距离。减小增斜率 ；共三十一页多扶组合的力学(l xu)特性多扶降斜组合的结构：标准多扶降斜组合A ：两个扶正器组成，钻头至一扶距离20m；在标准组合基础上以变化(binhu)，适当改变降斜率；B：减小钻头至一扶的距离，减小降斜率；C：在钻头上加一个欠尺寸扶正器，减小降斜率 ；D：用一根小尺寸钻铤，增大降斜率；共三十一页影响多扶组合(zh)性能的因素增斜组合：钻压对增斜组合侧向力的影响(yngxing)，是不显著的，是比较小的；在组合、钻压不变情况下，井斜角增大则侧向力增

13、大；稳斜组合：钻压对稳斜组合性能的影响是很小的。所以在稳斜钻进中，可以根据眼使性能改变钻压。稳斜组合对井斜角的变化是敏感的。井斜角增大，则负侧向力增大。所以，在井斜较小时显示稳斜的组合，在井斜较大时可能显示为降斜组合。降斜组合：钻压增大，钻柱正向弯曲，负侧向力减小，降斜率减小；共三十一页扶正(f zhn)器组合的使用注意事项增斜组合：在软地层中使用：软地层中钻进，地层因素（倾角、走向、软硬变化等）影响较小。影响增斜率的主要因素是钻具力学因素；软地层水力冲蚀、扶正器和钻头的侧向刮切等作用显著，容易井径扩大，使增斜率下降。要达到(d do)一定的增斜率，应使用增斜能力强的组合。在中硬地层中使用：地

14、层构造因素影响非常显著；所以要特别注意掌握底层的造斜规律，运用这些规律，控制井眼方向。在硬地层中钻进：地层硬，则钻头和扶正器的直径容易被磨小，不易保证增斜所需要的支点，从而影响增斜率；钻头侧向切削能力本来就小，在硬地层中，即使有较大的侧向力，也难以侧向切削出去，这也影响造斜率；注意使用侧向切削能力大的钻头；或注意发挥不对称切削作用；为了防止扶正器磨损，可使用扩大器作为扶正器；共三十一页扶正(f zhn)器组合的使用注意事项稳斜组合：稳斜比增斜、降斜都要难，常常出现“稳不住”的现象。这是因为稳斜的影响因素最多。地层因素：倾角、走向、软硬变化、软地层中的井眼扩大等；钻具因素：扶正器尺寸的磨损，特别

15、是近钻头扶正器的磨损；钻进参数：不对称的水力冲蚀；上述因素是稳斜组合往往变成降斜组合。稳斜组合总是多扶正器。在硬地层中可能(knng)出现起下困难。切勿“强行下”入。为保证稳斜效果，在硬地层可使用扩大器代替紧钻头扶正器；在中硬地层，为了克服地层力的作用，可使用长翼扶正器或双联扶正器；注意保持正常钻压和较高转速；共三十一页扶正(f zhn)器组合的使用注意事项降斜组合：软地层，钻头侧向力容易发挥作用，井径也容易扩大，所以地层越软，越容易降斜 ；反之，地层越硬，越不易降斜；在较硬地层中，需要降斜时可以采用：先用动力钻具强行(qingxng)降斜；再在已经降斜弯曲的井眼内，用强力钟摆钻具，增大钻压，

16、可将其压弯（负向弯曲），从而增大降斜能力；钻进中注意保持较小钻压，较低转速；降斜组合要注意使用新钻头，保证钻头的侧切能力；在降斜特别困难的井段，在轨道设计时，注意避开降斜；共三十一页实用钻具(zun j)组合增斜钻具(zun j)组合：类型L1L2L3强增斜组合1.01.8-中增斜组合1.01.818.027.0-弱增斜组合1.01.89.018.09.0按增斜能力分为强、中、弱三种。使用中要注意： 1. L1增长，增斜能力减小； 2. 近钻头扶正器直径减小，增斜能力也减小。 3. 注意保持低转速。 共三十一页实用(shyng)钻具组合稳斜钻具(zun j)组合类型L1L2L3L4L5强稳斜组

17、合0.81.24.56.09.09.09.0中稳斜组合1.01.83.06.09.018.09.027.0-弱稳斜组合1.01.84.59.0-稳斜能力分强、中、弱三种。在使用中要注意保持正常钻压和较高转速。若需要更强的稳斜组合，可使用双扶正器串联起来作为近钻头扶正器。 共三十一页实用钻具(zun j)组合降斜钻具(zun j)组合 类型 L1 L2强降斜组合 9.027.0 -弱降斜组合 0.8 18.027.0按降斜能力分为强、弱两种。使用中要注意：保持小钻压和较低转速对于强降斜组合来说，L1越长则降斜能力越强，但不得与井壁有新的接触点。 共三十一页内容摘要扶正器钻具组合。上部钻柱在泥浆中的重力，通过钻柱传递到钻头上。角是钻头轴线与井眼轴线的夹角。因为钻头具有各