单弯钻具组合复合钻课件.ppt

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定向一队：陈佳宝指导教师：秦利民崔永辉单弯导向钻具旋转钻进方式力学分析研究与实际应用DANWANDAOGXIANGZUANJUXUANZHUANZUANJINFANGSHILIXUEFENXIYANJIUYUSHIJIYINGYONG 本文对目前油田常用的滑动导向钻具组合的导向力进行了实践计算分析。结果表明，不同结构参数的导向钻具组合在旋转钻进时体现出不同的特征效果——稳斜、微增或者降斜。从原理上讲，旋转钻井过程中作用在钻头上的侧向力随导向钻具组合的旋转而具有不确定的方向。正是这种特点，其总体导向效果不能用单一特定工具面装置角时钻头上的侧向力来描述，而应该用钻柱旋转一周时钻头上的合导向力矢量来表述。在现场使用导向钻具组合前，应对其进行仿真分析，可以用装置角为90°或270°时的造斜力近似作为该导向钻具组合在旋转钻井时的导向特征。前言 第一节单弯钻具受力分析模型的建立在基本的假设条件下，通过整个钻柱的笛卡尔坐标系，描述钻柱弹性变形线局部形态的自然坐标系和描述BHA的井底笛卡尔坐标系，建立了整个钻柱的几何方程，运动平衡方程和本构方程，近而建立了钻柱各个部分的微分方程；再对单弯钻具组合的受力进行加权余量求解，最终整理出来作用在钻头上的增斜力公式 单弯钻具组合旋转钻进可以视为一个导向工具面不断有规律改变的过程，其总体导向效果应该用钻柱旋转一周、工具面装置角从0°转到360°的变化过程中钻头上的合导向力矢量来表述。增斜力合力为：第二节单弯钻具旋转钻进导向力求解方法 第三节实例分析、结论和建议BHA的结构参数如下：L1=1.2m，L2=6.554m，L3=15m，δ1=3mm，δ2=2mm，δ3=2mm，ρ=1.02g/m3，α=30°，Φ=300°，W=80kN，Db=215.9mm，Dw=215.9mm，Do1=172mm，Do2=172mm，Do3=165mm，Do4=165mm，Ω=45°，K=0.5°/30m，N=60r/mim。L2为单弯螺杆的总长度，弯角为0.75°，弯点至近钻头稳定器的距离为1.26m，钻柱内径假设相同，取Di=57.15mm。实例一、滑动导向钻具组合导向特性分析 不同装置角时的钻头侧向力计算结果如图，从图中可以看出，造斜力和方位力随装置角的变化具有较好的规律性。滑动导向钻具组合导向特性分析图1中的曲线可以用下列函数表示：Fα=-66.443sin(ω/2)+31.328FΦ=30.713sin(ω)-1.8822(2) 图2中给出了该滑动导向钻具组合造斜力与方位力的对应关系。滑动导向钻具组合导向特性分析对称点<0降井斜对称点=0稳井斜对称点>0增井斜 可见这套滑动导向钻具组合具有一定的增斜趋势。因此，在选择钻具结构时，应该对所用导向钻具组合的旋转钻进导向能力进行计算分析，确保能满足井眼轨迹控制的要求。为了进一步说明这一概念，改变BHA结构参数和井眼条件如下：L1=1.2m，L2=12m，L3=10m，δ1=1mm，δ2=1mm，δ3=1mm，Ω=0°，K=0，弯点至近钻头稳定器的距离为1.6m，其他参数不变。计算结果可以用图3所示曲线来表示。滑动导向钻具组合导向特性分析 钻进参数：钻压60kN，转盘转速60r/min，钻井液密度l.25g/cm3；BHA：Ф215.9mmHA517BIT×0.25m+Ф165mm1.7°单弯×7.88m+Ф158mm431×4A10×0.51m+158mmNMDC×8.54mФ158mmMWD×1.15m+Ф158mmNMDC×8.54m+Ф127mmHWDP×398.13m+Ф127mmDP。计算中输入：第一跨钻柱长度1.1m，E=2.058×1011N／m2，I=2.258×10-5m4，平均线重量1320.06N/m；第二跨钻柱长度30米，弯角0.75°-l.75°，结构弯角到近钻头稳定器的距离为0.68米。实例二单弯单稳钻具增斜力特性分析 (l)不同弯度的单弯单稳钻具的增斜力随工具面装置角的变化如图2-l所示。从图中可以看出：a．单有旋转钻进一周，工具面装里角从0°变化到360°，钻头增斜力呈“V”字型变化；b．钻头增斜力变化的幅值随单弯结构角度的增大而增大；c．在重力高边和重力底边附近，钻头增料力随工具面装置角变化的幅度快。单弯单稳钻具增斜力特性分析 (2)单弯单稳钻具旋转钻进时，单弯的结构弯角越大，旋转钻进时的增斜力越小，在相同的地层条件下，1°单弯旋转钻进如果能够稳斜，则1.75°单弯会有徽降斜的趋势，如图2-2。单弯单稳钻具增斜力特性分析 (3)单弯单稳钻具旋转钻进时增斜力随所在井段井斜角的增大而增大，即同一套单弯钻具在小井斜的情况下是稳斜或徽增斜，而在大斜度井段和水平段是增斜的，这和水平井钻井实践是一致。如图2-4。单弯单稳钻具增斜力特性分析 (4)单弯单稳钻具在水平段旋转钻进时稳定器直径对导向力的形响很大，近钻头稳定器的直径越小，增斜力越小，在钻柱旋转钻进一周之内，增斜力的变化幅度也越小。1°单弯在水平段旋转钻进时的导向力随稳定器偏心距δ的增大而降低，这说明减小近钻头稳定器的直径有助于稳斜钻进水平段，如图2-5、图2-6。单弯单稳钻具增斜力特性分析 (5)单弯钻具所在井段的狗腿度越大，旋转钻进时的降斜力越大，如图2-7。单弯单稳钻具增斜力特性分析 (6)单弯钻具在旋转钻进过程中钻压对钻头增斜力的影响比较小，钻压大增斜力略大，在旋转钻进钻水平段时用控制钻压来减小增斜率效果不明显，要用在减小近钻头稳定器的直径或在单有上面串接一个稳定器的方法。1.5°单弯在45°井斜的稳斜井段旋转钻进时钻压对增斜力的影晌如图2-9所示。单弯单稳钻具增斜力特性分析 (8)单弯单稳钻具滑动钻进和旋转钻进时，所在井段的井斜角越大，增斜力越大。(9)通过现场试验证明，本文提出的单弯钻具组合计算模型与现场实际较为吻合，取得的经济效益明显。(10)在现场使用时，可以用在装置角为90°或270°时的造斜力近似代替旋转钻进时的特性。(11)不同导向钻具组合可能具有不同特性，因此使用导向钻具组合前，应进行仿真分析。(12)在使用导向钻具组合进行井眼轨迹控制时，应注意螺杆钻具的质量，并采用合理的施工参数，以免发生钻具断脱事故。(13)建议对单弯钻具组合在结构角大小、钻具直径、稳定器位置、井眼轨迹等因素的不同组合进行深入研究。单弯单稳钻具增斜力特性分析 在本文成文的过程中，得到了秦利民主任和崔永辉队长的悉心指导和耐心帮助在此表示衷心的感谢！希望各位领导、专家和评委对本文提出意见和建议，在此一并致谢！致谢 谢谢大家！