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1、第29卷第3期石油钻探技术Vol.29,No.32001年6月PETROLEUMDRILLINGTECHNIQUESJ,2001!钻井与完井#套管开窗窗口形状探讨贺亚兵,曾昊,董连刚(华北石油管理局井下作业公司,河北任丘062552)[关键词]套管开窗;形状;长度;宽度;计算;理论分析[摘要]利用逐点法分析研究了磨铣开窗各阶段窗口形成的机理,确定了窗口形状及尺寸的计算方法,也确定了开窗铣鞋外径合理选择的依据,为实际开窗设计提供了理论分析方法,对现场套管开窗作业具有一定的指导作用。[中图分类号]TE21;TE24311[文献标识码]A[文章编
2、号]100120890(2001)0320023203套管开窗过程分析计算是比较复杂的,对于窗口形状的了解和认识是指导现场施工,保证合理参数运用最直观的手段之一,所以,对窗口形状进行分析是有重要意义的。笔者利用逐点法来绘制窗口形状。一、基本原理磨铣工具沿着导向器斜面方向磨铣套管,工具底圆从套管图1磨铣工具底圆内壁到磨出套管外壁,在纵向上和横向上都有一段位移。横向器处,领眼磨鞋导杆接触导向器斜面时,稍加压,导杆沿斜面上的位移就是磨鞋工具中心线从初始状态偏离套管中心线的下行直到磨鞋侧面切削刃偏移贴在套管内壁为止。当施加钻压位移$a,纵向上发生的
3、位移就是一个窗口形状的长度。如果将旋转钻具,磨鞋侧面切削刃在斜面作用于导杆径向力的作用下$a$a分成n等份,则每等份大小为$y=,随着每等份产生,被n径向切削套管,如图2所示。随着径向位移的产生,导杆不断磨套管都要形成局部的窗口形状,那么对应的窗口宽度则为沿着斜面下行。当径向位移等于套管壁厚时,套管被磨穿,磨(此公式推导见附录):鞋也走下一段行程;当径向位移大于套管壁厚后,继续增大到2222222(DDtDt-Dg(a0+i$y)(Dt-Dg)m-Dd)ö2时,则径向位移不再增加,导杆贴在套管内壁上,Wi=2---2(1)48464(a0+
4、i$y)磨鞋到了极限位置。其中,i=0～n;a0为套管中心线与磨鞋初始时的中心线的距离;Dt为套管直径;Dg为磨铣工具外径。将开窗工具底圆沿高边到低边沿直径纵向将底圆分成n等份,见图1。则每一等份对应的弦切线随着工具钻磨会沿着导向器斜面方向发生纵向和横向位移,并先后分别与套管相交形成所对应的窗口宽度Wi。同样,在纵向上以相等的等份数n将一个窗口长度L平分,将Wi及Li在坐标中表示出来,如果将所有的交点连接起来,在套管壁上形成的空间形状就是在套图2领眼磨鞋开窗极限位置工作状态管壁上开出的窗口形状。设所开上窗口长度为L0(极限位置窗口长度),在
5、极限位现将套管开窗分为两个阶段来分析研究,第一是初始阶置时,领眼磨鞋与套管的交线长设为DE,它是领眼磨鞋磨铣结段,第二是开窗阶段;相应地它们所形成的窗口分为上窗口和束时的窗口宽度。下窗口。2(222222Dta01+$a1)Dt-Dm(Dt-Dm)DE=2---2(2)二、初始阶段44864(a01+$a1)Dt-Dm其中,Dm为领眼磨鞋外径;Dd为导杆外径;a01=,初始阶段所用磨铣工具通常为领眼磨鞋,当工具下到导向2[收稿日期]2000—12—26[第一作者联系电话](0317)2730244[作者简介]贺亚兵(1967—),男,199
6、0年毕业于石油大学(华东)钻井专业,从事油气井大修技术工作,工程师。·24·石油钻探技术2001年6月为套管中心线与领眼磨鞋初始状态时中心线距离;$a1=$a2一等份$y′的大小与初开窗每等份$y大小相等,即$y′=mDm-Dd2,为初始阶段开窗时领眼磨鞋径向位移。Dm-Dd=$y=,则2n$a1Dm-Dd如将$a1分成n等份,则每一等份$y==,所$a2n2nm==$y以,每等份对应的窗口宽度为:Dt+Dd-(h-Ld)tanC2n[Dt+Dd-(h-Ld)tanC]=Wi=Dm-DdDm-Dd2n2(222222Dta01+i$y)Dt
7、-Dm(Dt-Dm)24-4-8-64(a2(3)(9)01+i$y)同样,将所开窗口长度L0纵向也分成n等份,则每一等份则每等份对应的窗口宽度为:L02(a222222$L=。以窗口宽度为横坐标W,窗口长度为纵坐标L,然后Dt02+i$y)Dt-Dk(Dt-Dk)nWi=2---244864(a02+i$y)将Wi计算出,分别在窗口长度L0对应的等分线Li上标出,即(10)得上窗口形状,如图3所示。其中i=0～m。同样,将所开下窗口长度L1=Ld+DdötanC分成m等份,L1每一等份为$L=,然后将每一等份对应的窗口宽度wi计算m出,画
8、在下窗口长度L1对应的等分线上,即得下窗口形状,如图5所示。将初始阶段形成的上窗口与开窗阶段形成的下窗口连接,从而得到整个开窗的窗口形状。图3上窗口形状示意图三、开窗阶段该阶段所
