钻井工程-11-防斜教学提纲.ppt

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1、钻井工程-11-防斜图5－12地层可钻性的各向异性导致井斜（2）地层可钻性的纵向变化地层倾斜且软硬交错，钻头偏向垂直地层层面方向2、钻具因素主要原因是钻具的倾斜和弯曲：•引起钻头倾斜，在井底形成不对称切削；•使钻头受侧向力作用，产生侧向切削。“底部钻具组合”（BottomHoleAssembly）,简称BHA导致钻具倾斜和弯曲的原因：•钻具和井眼有一定的空隙•钻压的作用，钻柱受压靠近井壁或发生弯曲•钻具本身的弯曲，转盘安装不平、井加安装不正等。3、井眼扩大钻头在井眼内左右移动，靠向一侧，钻头轴线与井眼轴线不重合，导致井斜。（3

2、）地层可钻性的横向变化垂直于钻头轴线方向上可钻性的变化如：在钻头的一侧下面钻遇溶洞或较疏松的地层，而另一侧则钻遇较致密的地层。钻柱的弯曲位置示意图图3-2b：下部钻柱弯曲与切点T1N1一次弯曲OMc1Lc1、qmc1Mc2Lc2、qmc2图3-2a：斜井内钻柱和钻头上的作用力T切点切点以下重量W横向力FH降井斜力Fd地层造斜力Ff增井斜力Fi井眼轴线钻柱轴线钻压W01、钻压（BitWeight）：由于钻铤弯曲，钻压不沿井眼轴线方向施加给钻头，而是偏离一个角度（钻头倾角）。在这种情况下，钻压可一分解成两个力：即：一个沿

3、原来井眼轴线方向的钻压分力W0。一个垂直于井眼轴线的分力（增井斜力）Fi。大小为W0=WCos；Fi=WSin————————（3-1）式中：Fi——钻头偏离原井眼轴线造成井斜的增井斜力。62、钟摆力（pendulumForce）:井斜后，斜井内钻柱与下井壁形成切点，以下的钻柱的重量W势必在垂直于井壁的方向上产生一个横向分力FH。该横向力与钟摆作用相似，它使钻头破碎井眼低侧岩石，73、地层造斜力（DeflectingForceoftheFormation）：地层造斜力取决于地层倾角、地层的各向异性。在大多数情况下它起增

4、斜作用。也有可能起降斜作用（当钻水平地层时）。综合上述各力的作用，在钻头上作用有一对相互矛盾的力，即：增井斜力和降井斜力，Fi=WSin+Ff；FdWSin/2。使井眼恢复垂直状态。按几何重心概念，重心应落在切点以下钻铤长度的1/3处。为简便计算，Fd的大小为FdWSin/2——————————（3-2）4、平衡井斜角概念（在上述两种力的作用下）1）、当Fi=Fd时，保持原井斜角方向钻进；2）、当FiFd时，井斜角增大，同时，钟摆力也增大。所以井眼将达到一个大于原井斜角（）的新的平衡角。3）、当FiFd时

5、，井斜角减小，井眼将达到一个小于原井斜角（）的新的平衡角。5、影响井斜平衡角的因素在各向同性地层中，井斜平衡角的数值主要取决于钻压、钻铤尺寸和井眼尺寸。因为钻压增加，钻铤弯曲程度加大（即钻头倾角加大），切点下移；结果增井斜力变大，切点以下钻铤重量减小，减井斜力变小。因此为增大减斜力，往往在切点位置以上适当位置加稳定器，需用钻头侧向力理论模型进行计算分析,以实现防斜作用。（例如：1962、霍奇公式；四川管局杨勋尧的满眼钻具），8式中：C——井眼和稳定器（外径）之差，（mm）；qm——单位钻铤长度重量，（kg/m）；a——钻头到

6、中稳定器的距离与至下稳定器距离的比；二、满眼钻具组合控制井斜由钻具引起井斜的原因可归结为：钻头对井底的不对称切削。钻头轴线相对于井眼轴线发生倾斜钻头上侧力导致对井底的侧向切削。解决这些问题的方法之一是让钻具填满井眼，即：满眼钻具组合基本原理：增大下部钻具的尺寸和刚度，近似“填满井眼”，防止钻柱弯曲和倾斜。方法：在下部钻具适当位置上安3~4个扶正器。扶正器尺寸：1、YXY组合的结构近钻头扶正器、中扶正器、上扶正器、第四扶正器等。作用：近扶正器：抵抗侧向力、防止侧向切削和不对称切削中扶正器：保证中扶正器和钻头之间的钻具不发生

7、弯曲，其安放位置需要格计算。上扶正器：保证钻具上至少有三个稳定点与井壁接触，从而保证井眼的直线性，距中扶1钻铤单根。第四扶正器：增大下部钻柱的刚度，协助中扶防止钻柱弯曲。稳定器的位置——如：四川管杨勋尧的受纵横弯曲等截面梁、60年代Hoch的能量法（即用弹性变形、纵横弯曲梁应力-应变理论）法等。下面以杨勋尧法为例说明确定稳定器的方法，如图（3-4、5）所示。22qmSin()LWbWbMBABRBRA图3-4b：等截面梁的力学模型图3-4a：近钻头稳定器地层抵抗侧向力井壁侧向力231、杨勋尧法基本观点或思路：杨勋尧总工程

8、师指出：造成井斜的原因是：一是由于下部钻柱弯曲和倾斜、使钻头中心线偏离了井眼中心线，所钻出的井眼轴线偏离原井眼轴线。图（3-4b）中的钻头倾角以角表示的。二是由于钻柱上部受到横向造斜力（来自地层的造斜力、钻具的弹性力、钻压的分量、钻具的自重和钟摆力），因此钻头的综合倾角[