单弯螺杆钻具组合的受力分析及造斜率预测

第二章造斜点选择及造斜率计算第一节造斜点选择在定向井设计与施工中，造斜点的选择很重要，其具体选择遵循如下原则：①造斜点应选在比较稳定的地层，避免在岩石破碎带，漏失地层，流砂层或容易坍塌等复杂地层定向造斜，以免出现井下复杂情况，影响定向施工。

②应选在可钻性较均匀的地层，避免在硬夹层定向造斜。

③造斜点的深度应根据设计井的垂直井深，水平位移和选用的剖面类型决定，并要考虑满足采油工艺的需要。

如：设计垂深大、位移小的定向井，应采用深层定向造斜，以简化井身结构和强化直井段钻井措施，加快钻井速度。

对于设计垂深小，位移大的定向井，则应提高造斜点的位置，在浅层定向造斜，这样既可减少定向施工的工作量，又可满足大水平位移的要求。

④在井眼方位漂移严重的地层钻定向井，造斜点位置选择应尽可能使斜井段避开方位自然漂移大的地层或利用井眼方位漂移的规律钻达目标点。

⑤造斜点高使得定向容易（起下钻和测量快，容易定准，进尺快，动力钻具工作时间短）；上部地层软，形成的键槽软，易破坏掉；用较小的井斜获得的位移大。

其缺点是轨迹控制井段变长，后面井段长，钻具重，更容易形成键槽。

通常达到稳斜段后、下一层技套封固造斜段可避免键槽带来的麻烦。

⑥造斜点低则定向困难，需要的造斜率和最大井斜相对要大。

但需要控制的井段大大缩短，为了准确，往往采用随钻测量工具定向。

⑦高造斜点选用高造斜率是十分危险的。

它形成的狗腿角大，很容易在下部(长井段)钻具重量作用下形成严重的键槽，造成卡钻。

相反，为了减少轨迹控制的工作量，提高定向井钻井速度，在位移条件允许情况下，可采用低造斜点高造斜率施工，全井的摩阻也会因斜井段短而变小。

同样，需要随钻测量手段保证定向的准确。

第二节短弯外壳导向钻具的造斜率计算根据短弯外壳导向钻具在井眼中的造斜特性，推导了导向钻具组合造斜率的计算公式，方法是精确的，没有做近似处理。

这种方法还能考虑近钻头扶正嚣的欠尺寸影响，可对在井眼轨迹控制中使用的单弯和双弯导向钻具组合进行预测计算。

定向井使用单弯复合螺杆浅析单弯复合螺杆，简称单弯，是由于壳体弯曲实现造斜。

与相应尺寸扶正器配合组成滑动式导向工具，是采用转盘与井下滑动导向工具不起钻，通过转盘开、关完成定向井二开后的直井段、定向造斜段、增斜段、稳斜段的连续钻井作业，通称为滑动导向复合钻井技术。

减少了因改变钻具结构而进行的起下钻作业，提高了整体钻井时效。

单弯螺杆比常用的普通短螺杆长，与定向直接头配合使用。

常用的单弯螺杆弯曲度有：0.75度、1.00度、1.25度、1.50度4种。

改进后的五头单弯螺杆驱动功率大、扭矩大，纠斜和增斜力强，转速低（180~200r/min），更能适合于钻井生产实际。

根据现场使用看，1.25度单弯螺杆比较适应陇东地区地质特性。

一、单弯螺杆在直井段的使用二开后的直井段，使用单弯螺杆钻具结构，主要是单弯螺杆和转盘同时转动，具有防斜作用和纠斜作用，比普通防斜钻具具有更大的优越性和灵活性。

1．在不易井斜地层单弯螺杆钻具使用特性环河、华池地层，不易产生井斜。

使用塔式钻具结构常采用全钻压、高转速钻井。

使用单弯螺杆钻具钻井，起钻压较小、通常为100~140KN；转速高，转盘为Ⅰ挡或Ⅱ挡转速，单弯螺杆转速为180~200 r/min，钻头上的转速相对较高。

与直井段使用塔式钻具相比，机械钻速几乎相同，效果不明显。

2．在易井斜地层单弯螺杆钻具使用特性洛河是易斜地层，是全井防斜和防碰的主要层段。

使用塔式钻具，常采用轻压吊打（钻压为100~120KN）方式控制井斜，机械钻速相对较低。

使用单弯螺杆钻具，可利用小钻压、高转速的特性，能较好地控制井斜。

当井斜较小时，防斜效果更佳。

当井眼井斜大于2度时，锁住转盘，利用单弯螺杆钻具反方向调整井斜。

钻压70KN，转速为单弯螺杆转速，钻井1~2单根，井斜减小后可在原钻压下继续钻井。

与塔式钻具相比，机械钻速可提高30%。

单弯螺杆钻具的放斜作用和纠斜作用表现更加明显，效果更加突出。

如：32889队里37-52井，直井段（282~974米）使用单弯螺杆钻具的平均机械钻速为30米/小时；下表为里37-52井直井段测斜数据。

《煤田地质与勘探》摘要写作模板本刊采用报道性摘要：全面简要的概括论文的目的、材料和方法、结果和结论。

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示例1：摘要：[目的]充分有效地利用各种陆地生态系统碳观测数据改善陆地生态系统模型，是当前我国陆地生态系统碳循环研究领域亟待解决的重要问题之一。

[材料和方法]该研究以2003—2005年长白山阔叶林的6组生物计量观测数据和涡度相关技术测定的碳通量数据为基础，利用马尔科夫链-蒙特卡罗方法对陆地生态系统模型的关键参数进行了反演，进而预测了长白山阔叶红松林生态系统碳库、碳通量及其不确定行。

[结果]反演结果表明，长白山阔叶红松林叶凋落物和微生物碳的平均滞留时间最短，……。

[结论]马尔科夫链-蒙特卡罗方法是反演模型参数、优化模拟结果和评估模拟结果不确定性的有效方法，[建议或需要进一步解决的问题或方向]但今后仍需在惰性土壤碳滞留时间的估计、驱动数据和模型结构的确定性分析、模型数据融合方法方面进行深入研究，以进一步提高碳循环模拟的准确定。

示例2：摘要：[目的]双爪式攀爬机器人已成为一类重要的和主流的攀爬机器人，这类机器人中两端手爪对攀爬对象抓夹的安全性和可靠性是攀爬的前提条件和基本要求，也是一个关键问题。

[材料和方法]基于此，在介绍自行开发的双爪式爬杆机器人Climbot之后提出这类机器人抓夹圆杆时的夹持力封闭性问题，对封闭性进行论证。

分别分析机器人进行平面攀爬和空间攀爬时对支撑端夹持器产生的负载形式，建立其力平衡模型。

基于该模型，计算夹持器的各种尺寸参数对夹持性能的影响，并对计算结果进行系统的分析。

[结果]通过几组攀爬夹持试验对提出的夹持模型进行验证，验证结果可靠。

[结论]结果对夹持器的设计和攀爬安全性的保证具有重要的参考和指导意义。

示例3：摘要：[目的]深海底极稀软底质是一种完全不同于陆地表面的特殊底质，对海底作业机器的结构设计及其行走性能提出高要求。

螺杆钻具造斜能力分析及预测作者：吴振江， 柳贡慧， 李军， WU Zhen-jiang， LIU Gong-hui， LI Jun作者单位：吴振江,李军,WU Zhen-jiang,LI Jun(中国石油大学,石油工程教育部重点实验室,北京102249)， 柳贡慧,LIU Gong-hui(中国石油大学,石油工程教育部重点实验室,北京102249;北京联合大学,校长办公室,北京,100010)刊名：石油矿场机械英文刊名：OIL FIELD EQUIPMENT年，卷(期)：2009，38(8)引用次数：0次1.Karisson H.Brassfield T.Krueger V Performance drilling optimization[SPE/ IADC 13474] 19852.Karisson H.Cobbley R.Jaques G E New developments in short-,medium-,and long-radius lateraldrilling[SPE/IADC 18706] 19893.Hassen B R.MacDonald A J Field comparison of mediumand long-radius horizontal wells drilled in the same reservoir[SPE/ IADC 19986] 19904.王树龙.樊奖平.葛党科.杨霞.邹旭冬螺杆钻具在侧钻井钻进过程中相关问题的探讨[期刊论文]-石油矿场机械2007(6)5.王宝新弯壳动力钻具造斜率的几何分析与计算 1994(1)6.帅健.于永南.洪学福短弯外壳导向钻具的造斜率计算 1996(1)7.苏义脑.唐雪平.高兰双弯与三弯钻具对单弯钻具的等效问题[期刊论文]-石油学报 2002(2)8.苏义脑导向钻具选型与总体设计的原则和方法 1999(3)9.刘修善.何树山.邹野导向钻具几何造斜率的研究[期刊论文]-石油学报 2004(6)10.刘修善导向钻具几何造斜率的实用计算方法[期刊论文]-天然气工业 2005(11)11.刘修善.王成萍.程安林弯壳体导向钻具的设计方法[期刊论文]-石油钻采工艺 2005(4)12.周全兴中曲率水平井钻井技术 200213.朱虎军.祝效华.司念亭.左凯.童华直井复合钻螺杆钻具失效分析[期刊论文]-石油矿场机械 2008(9)1.期刊论文唐雪平.陈祖锡.汪光太.郭自力.TANG Xue-Ping.CHEN Zu-Xi.WANG Guang-Tai.GUO Zi-Li中短半径水平井弯壳螺杆钻具造斜率预测方法研究-钻采工艺2000,23(3)准确的造斜率预测是侧钻中短半径水平井成功的关键.根据中短半径水平井的特点,提出了用极限曲率法和修正的三点定圆法来预测弯壳螺杆钻具的造斜能力,并对典型螺杆钻具的造斜率进行了预测和敏感性分析,以指导螺杆钻具的设计、选择和井眼轨迹控制.文中所述两种预测方法可较好地预测工具的造斜率,能满足中短半径水平井的需要,并得到了现场验证.2.期刊论文孙健.李黔.王治平.袁小波.朱宗莉.SUN Jian.LI Qian.WANG Zhi-ping.YUAN Xiao-bo.ZHU Zong-li中短半径水平井造斜率与螺杆钻具应力研究-天然气工业2007,27(6)应用非线性有限元法,建立了中短半径水平井螺杆钻具力学模型.分析了不同井眼曲率和不同弯角下φ120 mm大角度单弯螺杆钻具组合应力分布情况,最大等效应力随着曲率的增加先减小后增大,随着弯角的增大而增大;采用平衡曲率法,对大角度单弯螺杆造斜率进行了计算.确定了螺杆钻具组合极限应力与造斜率的关系,等效应力线与分界线交点的左侧随井眼曲率增加而减小、等效应力线与分界线交点的右侧随井眼曲率增加而增加.该项研究为中短半径水平井大角度单弯螺杆钻具的安全使用、轨迹控制设及螺杆钻具的改进提供了依据.3.学位论文唐雪平侧钻中短半径水平井螺杆钻具的结构参数设计及造斜率预测1998该文首先研究了在纵横弯曲载荷联合作用下的变截面梁柱力学模型,建立了二维井身条件下钻柱受力分析的整体坐标系统和局部坐标系,从中得出了两坐标系之间的关系和支坐连续条件和上切点边界条件,通过对具有初始结构弯角的梁柱进行等效处理,用纵横弯曲法梁柱理论建立了中短半径水平井造斜螺杆钻具组合的力学分析模型.然后在力学模型的基础上,对弯螺杆钻具的造斜能力进行了敏感性分析.4.会议论文苏义脑.陈祖锡.唐雪平.王新民侧钻中短半烃水平井同体双弯螺杆钻具的研制和现场应用2000套管内开窗侧钻水平井是开发老油田的一种有效手段，由于在原井网内开发剩余油，因此，水平井的靶前位移较小，这就要求采用中短半烃水平井。

螺杆钻具防斜打快技术分析【摘要】井斜问题是影响钻井井身质量的关键因素，而目前钻井中对井身轨迹提出了更高的要求，如何控制好井斜大小和井身轨迹的走向以及提高钻井速度是钻井的重要工作。

利用常规钻井技术不但很难满足井身质量的要求，而且严重制约了钻井速度的提高。

通过理论分析和实践，利用动力钻具配合高效钻头钻井，可以大大地提高机械钻速、缩短钻井周期，尤其是防斜打直方面可以更好地控制井身轨迹。

【关键词】动力钻具钟摆钻具井身轨迹防斜打快目前，普遍使用的防斜钻具结构主要有钟摆钻具组合、双稳定器满眼钻具、柔性防斜钻具、偏轴防斜钻具等等。

通过力学分析，以上钻具结构都是依靠钻具的钟摆力来达到防斜和纠斜的效果。

因此，钟摆钻具是在直井段钻进中广泛使用的，而且在普通的地层里，其防斜效果非常明显，但在一些倾角较大的地层，其防斜能力较差，往往不能提高机械钻速，而且井斜得不到控制。

为提高钻具结构的防斜及纠斜效果，并提高机械钻速，根据动力钻具自身的特点，利用动力钻具的高转速带动钻头高速转动。

实践证明利用此钻具组合，不用再采取小钻压吊打，不仅很好的控制了井斜也大幅度的提高了机械钻速，缩短了钻井周期，取得了较好的经济效果。

1 钻井现状1.1 井身轨迹的严格要求随着大部分油田开发进入中后期，越来越多的采用大斜度定向井、大位移井来加密开发剩余油气藏，这就对井身质量提出了越来越高的要求，靶区半径由原来的50-70m，缩小到了现在的20m，15m，甚至要求在10m半径范围内，而且对井身轨迹提出了更高的要求，限制直井段井眼轨迹的位移，这是为了与老井眼进行防碰，也是为了将来能够有足够的空间布置新井位。

1.2 地质条件的限制在普通地层，采用钟摆钻具，可以很好地控制井斜，使井身轨迹达到设计要求。

但是在深井、大倾角地层及易增斜地层，采用常规钻具钻进，虽然采取小钻压吊打的方式，但往往很难起到控制井斜及轨迹走向的目的，更是严重制约了钻井速度，得不到很好的经济效益。

[收稿日期]2010 08 20[作者简介]游云武(1963 ),男,1983年西南石油学院毕业,工程硕士,高级工程师,现主要从事钻井技术研究和管理工作。

单弯双稳 钻具组合的受力分析与现场应用游云武(江汉石油管理局钻井工程公司,湖北潜江433121)[摘要]为了提高机械钻速,降低钻井综合成本,现场常使用 单弯双稳 钻具组合防斜打快。

利用纵横弯曲法对 单弯双稳 钻具组合进行了受力分析,研究了不同因素对 单弯双稳 钻具组合钻头侧向力的影响。

结合 单弯双稳 钻具组合在江汉油田部分区块的成功应用,说明该钻具组合能够很好地控制井斜,有效地提高机械钻速。

同时介绍了该钻具的应用实例,为其他油田选择合理的防斜打快钻具组合提供了依据。

[关键词]防斜打快;钻头侧向力;纵横弯曲法;单弯双稳钻具组合[中图分类号]T E921 02[文献标识码]A[文章编号]1000 9752(2010)06 0498 04优质快速 钻井一直是油气钻井施工所追求的目标。

随着钻探开发不断向复杂地层发展,这个问题显得越来越突出。

通过改进钻具组合结构,使之适应地层特性以达到 优质快速 钻井的目的,是一种可行且可靠的方法。

江汉油田所属作业区地层复杂,井眼轨迹控制难度大,严重影响了钻井速度的提高和钻井作业综合成本的控制。

目前,采用的井眼轨迹控制钻具组合及技术,包括满眼钻具、塔式钻具、钟摆钻具和垂直钻井技术,从应用情况来看,各有其优点和局限性。

其中,最为常见的钻具组合是满眼钻具组合,主要结构为 钻头+近钻头稳定器+短钻铤+稳定器+钻铤+稳定器+钻铤+钻杆 。

由于其对地层适应性广及方便现场施工,所以应用广泛。

但是在地层倾角较大的易斜地层,满眼钻具容易失去稳斜、降斜作用,且当钻压超过临界钻压时,变成增斜钻具,其应用范围受到了限制。

笔者介绍一种新的稳斜钻具组合 单弯双稳 螺杆钻具,在现场又简称 单弯双稳 钻具,该钻具组合主要通过滑动钻进与复合钻进相结合的方式,待增到最大井斜角后,强化钻压进行稳斜钻进。

造斜率原则分析的详细介绍从理论上看，根据“造斜率原则”，由井身设计的造斜率K值即可确定工具的实际造斜率KTa值，用户可不必过分苛求所选钻具的具体结构型式。

但现场上，为了满足钻井工艺的要求，螺杆钻具结构参数（结构弯角类型、结构弯角位置与大小、扶正器类型、扶正器尺寸与位置）的合理确定确实是一个协调矛盾、逐步调整寻优的过程。

主要建议性原则概括如下：(1)用于小馥率井段和水平段钻进的导向螺杆钻具可选择反向双弯双扶正器的结构形式。

下扶正器一般为近钻头扶正器，装在传动轴（万向轴）之上。

万向轴壳体为反向( DTU)，其下结构弯角A．应大于上结构弯角A：，二者间常用的关系为λ2＝－1／2λ 2 工具面是由下结构弯角确定的，根据大小变化有不同的规格，A，增大将导致K值增大。

(2)用于小曲率和中曲率半径井段的中、下段[K= (00 -13。

)/30m]的导向螺杆钻具的基本型式一般为单弯壳体加扶正器的结构型式。

扶正器为装在传动轴壳体上的近钻头扶正器，上扶正器为装在钻具旁通阀之上的钻柱扶正器（是否加扶正器可依现场控制需要考虑，若不加上扶正器会使造斜率略有增加，但会降低工具面的稳定性）。

单弯壳体确定了工具面，调整弯点位置可影响造斜率的大小。

(3)用于中曲率井段的上段(K =13°- 20°/30m)的导向螺杆钻具的结构型式主要是同向双弯( FAB)的结构形式。

这种类型的螺杆钻具组合是由一个较大角度的单弯壳体（带有下结构弯角Ai）和装在旁通阀之上的同向共面接头（带有上结构弯角λ2）构成，λ1和λ2必须同向且严格共面，否则将造成工具的力学特性紊乱，λ1对造斜率的影响大于λ2。

同向双弯螺杆钻具都不加扶正器，需进一步增大造斜率时，可考虑加垫块，位置可在下弯点附近。

(4)弯壳体的弯点位置对于工具的造斜率、钻头的偏移量和钻具的强度均有影响。

弯点位置下移可显著增加造斜率和减小钻头偏移量，而减小偏移量有利于降低钻具下井的难度和减小导向钻进时的井眼扩大量。

螺杆钻具控制井斜的理论分析与应用研究在实现井斜控制目标的同时，如何提高钻进速度是钻井工作者长期以来十分关心的问题。

本文提出了利用单弯螺杆钻具来控制井斜的钻具组合结构，单弯螺杆钻具组合可以在低钻压下获得较高的转速，不但有利于控制井斜也有利于提高机械钻速。

由于结构弯角的存在，使其能够有更强的防斜、纠斜能力，与传统的钟摆螺杆钻具组合相比控制井斜更加有效。

本文对转盘与螺杆钻具联合钻进时的防斜打快机理进行了分析，从理论上证明了利用螺杆钻具配合PDC钻头进行防斜打快的技术思路。

采用有限单元分析方法，建立了螺杆钻具控制井斜的力学模型，为定量分析螺杆钻具控制井斜的特性提供了技术支持。

对单弯螺杆防斜钻具组合分析表明：稳定器安放位置距钻头越远钻头侧向力越大；钻压对钻头侧向力影响不明显；弯角和肘点位置对钻头侧向力有明显的影响，这对专用防斜螺杆钻具的设计改进提供了理论依据；单弯螺杆钻具组合在井斜角较大时显示出了强的纠斜能力。

为了指导单弯螺杆钻具的安全使用，本文还对单弯防斜螺杆钻具的应力状态进行了分析，分析表明在目前的钻具结构和施工参数条件下，螺杆钻具的使用是安全的。

本文提出的螺杆钻具防斜打快技术在新疆油田易斜地区：高陡构造百54井区13051井、断层带八区T80268井，T80276井，山前构造卡因迪克地区K1000井，K1001井、东湾背斜东湾1井进行了成功应用。

实践表明，这种防斜打快的新方法值得推广应用。