《石油工业概论》教案-直井防斜钻具组合 教案

授课章节项目/任务钻井施工过程钻进工程/一次开钻授课方式理论课eq\o\ac(□,√)实践课□理实课□其他□授课次数第次授课内容直井防斜钻具组合计划课时2教学目标与要求知识目标：掌握满眼钻具的原理和使用注意事项；掌握钟摆钻具的原理和使用注意事项。能力目标：能够使用防斜钻具。素质目标：能够独立分析问题、解决问题。教学重点与难点重点：满眼钻具的原理和使用注意事项难点：钟摆钻具的原理和使用注意事项处理方法：以案例驱动，激发学生学习兴趣；依据钻井工程设计资料、图片、案例等方法处理重难点问题教学资源多媒体教室、资源库和在线课平台、现场资料和专业技术标准等教学过程主题/任务/活动教学方法/教具时间分配导课案例驱动/现场案例10min满眼钻具的原理和使用注意事项案例驱动/现场案例40min钟摆钻具的原理和使用注意事项案例驱动/现场案例40min总结讲解10min作业/技能训练分析塔式钻具组合的设计原理？。教学评估课前任务评估、课前测验、课堂表现、小组评价、课堂测验、课后作业等。教研室主任签名：年月日教学设计导课：本节课我们学习控制井斜的方法，通常采用防斜钻具，以减小钻头上的增斜力，或增大减斜力，使井斜不超过一定允许的范围，同时又允许加大钻压以提高钻速。本节课我们重点学习满眼钻具组合、钟摆钻具组合和塔式钻具组合的防斜原理；钻具的设计与结构；钻具组合使用注意问题。首先我们学习满眼钻具组合的防斜原理（一）满眼钻具组合１满眼钻具的防斜原理满眼钻具的防斜原理是使钻头上面的一段钻铤具有尽可能大的刚度和大的直径，使其与井眼保持较小的间隙，以使在钻井过程中受钻压作用时不易弯曲，并保持钻柱始终居于井眼中图５－２－５满眼钻具的防斜作用心，使钻头轴线与井眼轴线基本一致，迫使钻头沿着原来的井眼方向钻进。这种钻具组合具有“满眼”、“刚性”的结构特点，即其稳定器外径接近井眼尺寸，钻铤外径较大，具有较强的抗弯能力，故能承受较高钻压而变形较小，使钻具组合在井眼内基本居中。为了发挥满眼钻具的防斜作用，在钻具上至少要有三个稳定点，即除靠近钻头有一稳定器外，其上面应再安放两个稳定器才能保持有三点接触井壁。如果只有两点接触，钻具就不能保证井眼的直线性，如图（ａ）所示；如果有三点接触就不会发生这种情况，如图（ｂ）所示。可以通过三点直线性来保持井眼的直线性和限制钻头的横向移动，这就是满眼钻具的基本防斜原理。接下来我们学习满钻钻具的设计。２满眼钻具的设计如图５－２－６所示，包括４个扶正器。近钻头稳定器简称近扶，该扶正器直径较大，与钻头直径仅差１～２ｍｍ。在易斜地区，长度可加长，在特别易斜的地区，可将两个扶正器串联起来，依靠其支撑在尚未扩大的井壁上，抵抗钻头所受的侧向力，有效地防止钻头侧向切削。中扶正器简称中扶，中扶的位置需要经过严格的计算。中扶的直径与近扶相同，作用是保证中扶与钻头之间的钻柱不发生弯曲，使这段钻柱不发生倾斜，从而防止钻头对井底的不对称切削。上扶正器简称上扶或三扶，其安装位置在中扶之上一根钻铤的单根处，上扶的直径一般与近扶和中扶相同。第四扶正器简称四扶，一般情况下可以不安装四扶，仅在特别易斜的地层才装，安装位置在上扶之上一根钻铤单根处。直径要求与上扶相同，上扶与四扶的作用在于增大下部钻柱的刚度，协助中扶防止下部钻柱轴线发生倾斜。像这样的满眼钻具组合使用时要注意哪些问题呢？３满眼钻具的使用注意事项（１）在已经发生井斜的井内使用满眼钻具组合并不能减小井斜角，只能做到使井斜角的变化很小或不变化。所以满眼钻具组合的功能是控制井眼曲率，而不能控制井斜角的大小。（２）使用满眼钻具组合关键在一个“满”字，即扶正器与井眼的间隙对满眼钻具组合的性能影响非常显著。在使用时应使间隙尽可能小，同时要考虑扶正器磨损，使间隙将增大。当间隙达到或超过两倍设计值时，应及时更换修复扶正器。（３）在钻进软硬交错、倾角较大的地层时，要注意适当减小钻压，并要勤划眼，以便消除可能出现的狗腿角。如果在直井过程中，已经出现了井斜，那又该如何进行纠正，让其回到原来设计的轨道上面呢？下面我们来学习另外一种纠斜钻具组合-钟摆钻具。（二）钟摆钻具组合１钟摆钻具组合的纠斜原理钟摆钻具原理如图５－２－７所示，当钟摆摆过一定角度时，在钟摆上就会产生一个向回摆图５－２－７钟摆钻具示意图的力Ｆ，称为钟摆力。钟摆摆过的角度越大，钟摆力就越大。如果在钻柱的下部适当位置安放一个扶正器，该扶正器支撑在井壁上，使下部钻柱悬空，则该扶正器以下的钻柱就好像一个钟摆，也要产生一个钟摆力。针摆钻具就是利用斜井内切点以下，钻铤重量的横向分力把钻头推向井壁下方，以达到逐渐减小井斜的效果。2钟摆钻具的连接钟摆钻具组合具体的连接顺序为：钻头＋钻铤（易斜地层选用大钻铤或加重钻铤）＋稳定器＋钻铤＋钻杆＋方钻杆阀或方钻杆保护接头＋方钻杆。3钟摆钻具的使用钟摆钻具使用时需注意以下几点：（１）钟摆钻具组合的钟摆力随井斜角的大小而变化，井斜角越大则钟摆力越大，井斜角等于零，则钟摆力也等于零，所以钟摆钻具组合多数用于对井斜角已经较大的井进行纠斜。（２）钟摆钻具组合的性能对钻压特别敏感，钻压加大，则增斜力增大，钟摆力减小，钻压再增大，还会将扶正器以下的钻柱压弯，甚至出现新的接触点，从而完全失去钟摆组合的作用。所以钟摆钻具组合在使用时必须严格控制钻压。（３）在井尚未斜或井斜角很小时，要想继续钻进而保持不斜，只能减小钻压，进行吊打。由于吊打的速度很慢，所以这时多使用满眼钻具组合，仅在对轨迹要求特别严格的直井段中，才使用钟摆钻具组合进行吊打。（４）扶正器与井眼间的间隙对钟摆钻具和组合的性能影响特别明显，当扶正器直径因磨损而减小时，应及时更换。（５）钟摆钻具组合需要复杂的设计和计算。（６）钟摆钻具的缺点是在直井内无防斜作用。（７）在易斜地区使用ＰＤＣ钻头。因为ＰＤＣ钻头的破岩机理不同于牙轮钻头，在易斜层段使用ＰＤＣ钻头后，可采用较低钻压和较高转速，其防斜效果优于吊打。另外，采用优质钻井液也为防斜提供了重要的保证。最后我们学习另外一种防斜钻具组合，塔式钻具（三）塔式钻具组合（１）结构：在下部钻铤中使用几段不同尺寸的钻铤，自下而上其直径由大到小，形如塔状。（２）防斜原理：具有满眼钻具和钟摆钻具的防斜原理。（３）塔式钻具的特点：重量大，刚度大，重心低，稳定性好；最下段钻铤尺寸大，与井眼