鉆井鉆進(jìn)技術(shù)

1、3-1 直井防斜技術(shù)直井防斜技術(shù) 3-2 3-2 井斜的控制方法井斜的控制方法 3-3 鉆進(jìn)過程中各參數(shù)間的基本關(guān)系鉆進(jìn)過程中各參數(shù)間的基本關(guān)系3-4 鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)選鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)選3-5 水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)本章需要本章需要10學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)一、軌跡的基本參數(shù)一、軌跡的基本參數(shù) 所謂井眼軌跡，實(shí)指一口實(shí)鉆所謂井眼軌跡，實(shí)指一口實(shí)鉆井的井眼軸線乃是一條空間曲線。描井的井眼軸線乃是一條空間曲線。描述軌跡的基本參數(shù)。述軌跡的基本參數(shù)。 1、井深：、井深：指井口（通常以轉(zhuǎn)盤面指井口（通常以轉(zhuǎn)盤面為基準(zhǔn)）至測(cè)點(diǎn)的井眼長度。也有人為基準(zhǔn)）至測(cè)點(diǎn)的井眼長度。也有人稱之為斜深，稱之為斜深， 直井中為垂深。常

2、以直井中為垂深。常以字母字母Dm表示，單位為米（表示，單位為米（m）。）。 2、井斜角、井斜角：井眼軸線上某測(cè)點(diǎn)的：井眼軸線上某測(cè)點(diǎn)的切線與鉛垂線之間的夾角。就是井斜切線與鉛垂線之間的夾角。就是井斜角。井斜角常以希臘字母角。井斜角常以希臘字母表示，單表示，單位為（位為（） 一個(gè)測(cè)段內(nèi)井斜角的增量即井斜一個(gè)測(cè)段內(nèi)井斜角的增量即井斜變化率，總是下測(cè)點(diǎn)井斜角減去上測(cè)變化率，總是下測(cè)點(diǎn)井斜角減去上測(cè)點(diǎn)井斜角，以點(diǎn)井斜角，以表示。表示。 如圖所示，如圖所示，A點(diǎn)的井斜角為點(diǎn)的井斜角為A, B點(diǎn)點(diǎn)的井斜角為的井斜角為B，AB井段的井斜角增井段的井斜角增量為量為=B-。 井斜角示意圖第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆

3、進(jìn)技術(shù)3-1 直井防斜技術(shù)直井防斜技術(shù) 3、井斜方位角：、井斜方位角： 指井眼軸線上某測(cè)點(diǎn)的切線在水平指井眼軸線上某測(cè)點(diǎn)的切線在水平面上的投影與正北方向的夾角稱為井斜面上的投影與正北方向的夾角稱為井斜方位角。以正北方位線邊，順時(shí)針方向方位角。以正北方位線邊，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)到井眼方位線上所轉(zhuǎn)過的角度，即旋轉(zhuǎn)到井眼方位線上所轉(zhuǎn)過的角度，即井眼方位角。井眼方位角。 注意，正北方位線是指地理子午線注意，正北方位線是指地理子午線沿正北方向延伸的線段。所以正北方位沿正北方向延伸的線段。所以正北方位線和井眼方位線線和井眼方位線 也是有向線段，都可以也是有向線段，都可以用矢量表示。用矢量表示。 井斜方位角常以

4、字母井斜方位角常以字母表示，單位表示，單位為度（為度（）。井斜方位角的增量即井斜）。井斜方位角的增量即井斜方位變化率是下測(cè)點(diǎn)的井斜方位角減去方位變化率是下測(cè)點(diǎn)的井斜方位角減去上測(cè)點(diǎn)的井斜方位角，以上測(cè)點(diǎn)的井斜方位角，以表示。井斜表示。井斜方位角的值可以在方位角的值可以在0360范圍內(nèi)變化。范圍內(nèi)變化。如圖所示，如圖所示，A點(diǎn)的井斜方位角為點(diǎn)的井斜方位角為A，B點(diǎn)的井斜方位角為點(diǎn)的井斜方位角為B，AB井段的井斜井段的井斜方位角增量為方位角增量為=B-A。 井斜方位角示意圖井斜方位角示意圖第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù)3-1 直井防斜技術(shù)直井防斜技術(shù) 需要注意的是，需要注意的是， 目前廣泛使用的磁

5、目前廣泛使用的磁性測(cè)斜儀是以地球磁北方位為基準(zhǔn)的。性測(cè)斜儀是以地球磁北方位為基準(zhǔn)的。磁北方位與正北方位磁北方位與正北方位 并不重合而是有并不重合而是有個(gè)夾角，稱為磁偏角。磁偏角又分為東個(gè)夾角，稱為磁偏角。磁偏角又分為東磁偏角和西磁偏角。東磁偏角指磁北方磁偏角和西磁偏角。東磁偏角指磁北方位線在正北方位線的東面，西磁偏角指位線在正北方位線的東面，西磁偏角指磁北方位線在正北方位線的西面。用磁磁北方位線在正北方位線的西面。用磁性測(cè)斜儀測(cè)得的井斜方位角稱為磁方位性測(cè)斜儀測(cè)得的井斜方位角稱為磁方位角角 ，并不是真方位角，需要經(jīng)過換算，并不是真方位角，需要經(jīng)過換算求得真方位角。這種換算稱為磁偏角校求得真方位

6、角。這種換算稱為磁偏角校正。換算的方法如下：正。換算的方法如下：真方位角真方位角= =磁方位角磁方位角+ +東磁偏角東磁偏角真方位角真方位角= =磁方位角磁方位角- -西磁偏角西磁偏角 井斜方位角還有另一種表示方式，井斜方位角還有另一種表示方式，稱為稱為“象限角象限角”如圖所示。它是指井斜如圖所示。它是指井斜方位線與正北方位線或正南方位線之間方位線與正北方位線或正南方位線之間的夾角。象限角在的夾角。象限角在 0-900-90度之間變化書度之間變化書寫時(shí)需要注名所在的象限，如寫時(shí)需要注名所在的象限，如N67.5N67.5W W 。井斜方位角示意圖井斜方位角示意圖 第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù)3

7、-1 直井防斜技術(shù)直井防斜技術(shù)二、軌跡的計(jì)算參數(shù)二、軌跡的計(jì)算參數(shù) 1 1、垂直深度、垂直深度：簡稱垂深：簡稱垂深 指軌跡上某點(diǎn)至井口所在水指軌跡上某點(diǎn)至井口所在水平面的距離。垂深的增量簡稱為平面的距離。垂深的增量簡稱為垂增。垂深常以字母垂增。垂深常以字母D D表示表示, ,垂增垂增以以DD表示。如圖表示。如圖3-13-1表示，表示，A A、B B兩點(diǎn)的垂深分別為兩點(diǎn)的垂深分別為DADA、DB,ABDB,AB井井段的垂增段的垂增D=DB-DAD=DB-DA 2 2、水平投影長度、水平投影長度指井眼軌跡上某點(diǎn)至井口的長度指井眼軌跡上某點(diǎn)至井口的長度在水平面上的投影長度。平長的在水平面上的投影長度

8、。平長的增量稱為平增。平長以字母增量稱為平增。平長以字母LPLP表表示，平增以示，平增以LPLP表示。平常和平表示。平常和平增在圖中是指曲線的長度。增在圖中是指曲線的長度。 3 3、水平位移：簡稱平移、水平位移：簡稱平移 指軌跡上某點(diǎn)和井口兩點(diǎn)在水指軌跡上某點(diǎn)和井口兩點(diǎn)在水平面上的投影的直線距離。水平平面上的投影的直線距離。水平位移常以字母位移常以字母S S表示。在國外將表示。在國外將水平位移稱作閉合距。而我國油水平位移稱作閉合距。而我國油田現(xiàn)場常特指完鉆時(shí)的水平位移田現(xiàn)場常特指完鉆時(shí)的水平位移為閉合距。為閉合距。 水平投影長度示意圖水平投影長度示意圖第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù)3-1 直井

9、防斜技術(shù)直井防斜技術(shù)4 4、平移方位角：、平移方位角： 指平移方位線所在的方位角。即指平移方位線所在的方位角。即以正北方位為始邊順時(shí)針轉(zhuǎn)至平移線以正北方位為始邊順時(shí)針轉(zhuǎn)至平移線上所轉(zhuǎn)過的角度，常以字母上所轉(zhuǎn)過的角度，常以字母表示。表示。如圖如圖3-53-5所示所示A A、B B兩量點(diǎn)的平移方位兩量點(diǎn)的平移方位角分角分AA、BB。 在國外將平移方位角稱作閉合方在國外將平移方位角稱作閉合方位角。而我國油田現(xiàn)場常特指完鉆時(shí)位角。而我國油田現(xiàn)場常特指完鉆時(shí)的平移方位角為閉合方位角。的平移方位角為閉合方位角。5 5、 N N坐標(biāo)和坐標(biāo)和E E坐標(biāo)：坐標(biāo)：是指軌跡上某點(diǎn)在以井口為原點(diǎn)的水是指軌跡上某點(diǎn)在以

10、井口為原點(diǎn)的水平面坐標(biāo)系里的坐標(biāo)值。此水平面坐平面坐標(biāo)系里的坐標(biāo)值。此水平面坐標(biāo)系有兩個(gè)作標(biāo)軸標(biāo)系有兩個(gè)作標(biāo)軸 ，一是南北坐標(biāo)，一是南北坐標(biāo)軸，以正北方向?yàn)檎较?；一是東西軸，以正北方向?yàn)檎较?；一是東西坐標(biāo)軸，以正東方向?yàn)檎较?。如圖坐標(biāo)軸，以正東方向?yàn)檎较?。如圖所示，所示，、二點(diǎn)的水平坐標(biāo)分別為二點(diǎn)的水平坐標(biāo)分別為NANA、EAEA和和NBNB、EBEB。水平坐標(biāo)可以有增。水平坐標(biāo)可以有增量，以量，以NN、EE表示。表示。 平移與視平移示意圖平移與視平移示意圖 第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù)3-1 直井防斜技術(shù)直井防斜技術(shù)三、井斜的危害三、井斜的危害 1 1、使井眼偏離設(shè)計(jì)井位、使井眼偏

11、離設(shè)計(jì)井位 ，將，將打亂油氣田開發(fā)的布井方案。打亂油氣田開發(fā)的布井方案。 2 2、使井深發(fā)生誤差，使所得、使井深發(fā)生誤差，使所得的地質(zhì)資料不真實(shí)。的地質(zhì)資料不真實(shí)。 3 3、給鉆井工作增加困難，甚、給鉆井工作增加困難，甚至造成井下復(fù)雜事故。至造成井下復(fù)雜事故。 4 4、使鉆柱磨損和折斷或造成、使鉆柱磨損和折斷或造成井壁坍塌及鍵槽卡鉆等事故。井壁坍塌及鍵槽卡鉆等事故。 5 5、下套管困難，套管居中，、下套管困難，套管居中，影響固井質(zhì)量。影響固井質(zhì)量。 6 6、影響采油及注水工作，常、影響采油及注水工作，常引起油管和抽油桿的磨損和折引起油管和抽油桿的磨損和折斷，甚至造成嚴(yán)重的井下事故。斷，甚至造成

12、嚴(yán)重的井下事故。 所以，井斜過大對(duì)油氣田的所以，井斜過大對(duì)油氣田的勘探和開發(fā)都有很大危害。如勘探和開發(fā)都有很大危害。如何控制井斜是鉆井工作的一個(gè)何控制井斜是鉆井工作的一個(gè)重要課題。重要課題。四、井斜的原因四、井斜的原因主要有地質(zhì)條件，鉆具結(jié)構(gòu)，鉆進(jìn)主要有地質(zhì)條件，鉆具結(jié)構(gòu)，鉆進(jìn)技術(shù)措施，操作技術(shù)，以及設(shè)備安技術(shù)措施，操作技術(shù)，以及設(shè)備安裝質(zhì)量等。裝質(zhì)量等。 1 1、地質(zhì)條件、地質(zhì)條件 地質(zhì)條件是產(chǎn)生井斜的重要原地質(zhì)條件是產(chǎn)生井斜的重要原因。地層傾角；層狀結(jié)構(gòu)；各向異因。地層傾角；層狀結(jié)構(gòu)；各向異性；巖性軟、硬交替及斷層等。起性；巖性軟、硬交替及斷層等。起主要作用的是地層傾角，主要作用的是地層傾

13、角， （1）地層傾角對(duì)井斜的影響）地層傾角對(duì)井斜的影響 當(dāng)?shù)貙觾A角小于當(dāng)?shù)貙觾A角小于4545時(shí)，井眼時(shí)，井眼一般沿上傾方向偏斜一般沿上傾方向偏斜 ；當(dāng)?shù)貙觾A；當(dāng)?shù)貙觾A角大于角大于6060時(shí)，井眼將順著地層面時(shí)，井眼將順著地層面下滑發(fā)生偏斜下滑發(fā)生偏斜 ；而在；而在4545至至6060之間是不穩(wěn)定區(qū)。即有時(shí)向上傾斜之間是不穩(wěn)定區(qū)。即有時(shí)向上傾斜有時(shí)向下傾斜。有時(shí)向下傾斜。 第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-1 直井防斜技術(shù)直井防斜技術(shù)（2 2）層狀地層對(duì)井斜的影響）層狀地層對(duì)井斜的影響鉆頭在傾斜的層狀地層中鉆進(jìn)時(shí)，當(dāng)鉆至每個(gè)層面交界處時(shí)，此處巖層鉆頭在傾斜的層狀地層中鉆進(jìn)時(shí)，當(dāng)鉆至每個(gè)層面交界

14、處時(shí)，此處巖層不能長時(shí)間支持所加的鉆壓而趨向沿垂直層面發(fā)生破碎。在井眼上傾一不能長時(shí)間支持所加的鉆壓而趨向沿垂直層面發(fā)生破碎。在井眼上傾一側(cè)的小斜臺(tái)很容易鉆掉。相反，在井眼下傾一側(cè)卻殘留一個(gè)小斜臺(tái)；它側(cè)的小斜臺(tái)很容易鉆掉。相反，在井眼下傾一側(cè)卻殘留一個(gè)小斜臺(tái)；它就向小變向器作用一樣，對(duì)鉆頭施加一個(gè)橫向力，把鉆頭推向上傾的一就向小變向器作用一樣，對(duì)鉆頭施加一個(gè)橫向力，把鉆頭推向上傾的一側(cè)，從而引起井斜側(cè)，從而引起井斜。鉆進(jìn)通過層狀地層時(shí)井眼偏斜的原因鉆進(jìn)通過層狀地層時(shí)井眼偏斜的原因 鉆頭在不同方向上的破碎速度鉆頭在不同方向上的破碎速度第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-1 直井防斜技術(shù)直井防斜技

15、術(shù) 鉆進(jìn)通過層狀地層時(shí)井眼偏斜的原因鉆進(jìn)通過層狀地層時(shí)井眼偏斜的原因 鉆頭在不同方向上的破碎速度鉆頭在不同方向上的破碎速度 （3 3）地層各向異性）地層各向異性 從生產(chǎn)實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)室的研究得知，由于巖層的成層狀況、層理、從生產(chǎn)實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)室的研究得知，由于巖層的成層狀況、層理、節(jié)理、紋理以及巖石的成分、結(jié)構(gòu)、膠結(jié)物、顆粒大小等因素造成巖節(jié)理、紋理以及巖石的成分、結(jié)構(gòu)、膠結(jié)物、顆粒大小等因素造成巖層在不同方向上的強(qiáng)度不同，一般來說垂直地層層面的強(qiáng)度較小，鉆層在不同方向上的強(qiáng)度不同，一般來說垂直地層層面的強(qiáng)度較小，鉆進(jìn)時(shí)鉆頭將沿著這個(gè)破碎阻力最小的方向傾斜。進(jìn)時(shí)鉆頭將沿著這個(gè)破碎阻力最小的方向傾斜。第

16、三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-1 直井防斜技術(shù)直井防斜技術(shù)（4 4）巖性軟硬交錯(cuò)變化對(duì)井斜）巖性軟硬交錯(cuò)變化對(duì)井斜的影響的影響 當(dāng)鉆頭從軟地層進(jìn)入硬地層當(dāng)鉆頭從軟地層進(jìn)入硬地層時(shí)，如圖（時(shí)，如圖（a a）所示。鉆頭在）所示。鉆頭在A A測(cè)測(cè)接觸到硬巖石，而在接觸到硬巖石，而在B B側(cè)還是軟側(cè)還是軟巖石，這樣在鉆壓作用下，由于巖石，這樣在鉆壓作用下，由于A A側(cè)巖石的硬度大，可鉆性小，側(cè)巖石的硬度大，可鉆性小，鉆頭刀刃吃入地層少，鉆速慢；鉆頭刀刃吃入地層少，鉆速慢；而在側(cè)巖石的硬度小，可鉆性而在側(cè)巖石的硬度小，可鉆性大，鉆頭刀刃吃入地層多，鉆速大，鉆頭刀刃吃入地層多，鉆速快。這樣鉆出井眼自然

17、會(huì)偏斜。快。這樣鉆出井眼自然會(huì)偏斜。另外，由于鉆頭兩側(cè)受力不均，另外，由于鉆頭兩側(cè)受力不均，在側(cè)的井底的反力的合力比在側(cè)的井底的反力的合力比側(cè)大，將產(chǎn)生一個(gè)彎距側(cè)大，將產(chǎn)生一個(gè)彎距M M，扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)鉆頭，使其沿著地層上傾方向發(fā)鉆頭，使其沿著地層上傾方向發(fā)生傾斜。生傾斜。第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-1 直井防斜技術(shù)直井防斜技術(shù) 當(dāng)鉆頭由硬地層進(jìn)入軟地層時(shí)，當(dāng)鉆頭由硬地層進(jìn)入軟地層時(shí)，如圖（如圖（b b）所示，開始時(shí)由于地層在）所示，開始時(shí)由于地層在軟地層一側(cè)吃入多，速快，而在硬軟地層一側(cè)吃入多，速快，而在硬地層一側(cè)吃如少，鉆速慢，井眼有地層一側(cè)吃如少，鉆速慢，井眼有向地層下傾方向傾斜的趨

18、勢(shì)。但當(dāng)向地層下傾方向傾斜的趨勢(shì)。但當(dāng)鉆頭快鉆出硬地層時(shí)，此處巖石不鉆頭快鉆出硬地層時(shí)，此處巖石不能在支撐鉆頭的重負(fù)荷，巖石將沿能在支撐鉆頭的重負(fù)荷，巖石將沿著垂直于層面方向發(fā)生破碎，在硬著垂直于層面方向發(fā)生破碎，在硬地層一側(cè)留下一個(gè)臺(tái)肩，迫使鉆頭地層一側(cè)留下一個(gè)臺(tái)肩，迫使鉆頭回到地層上傾方向。所以鉆頭由硬回到地層上傾方向。所以鉆頭由硬地層進(jìn)入軟地層也有可能仍然向地地層進(jìn)入軟地層也有可能仍然向地層上傾方向發(fā)生傾斜。層上傾方向發(fā)生傾斜。 此外，斷層和破碎帶也常常會(huì)引此外，斷層和破碎帶也常常會(huì)引起井斜。起井斜。 總的來說，由于地質(zhì)條件的影響，總的來說，由于地質(zhì)條件的影響，地層將作用于鉆頭一個(gè)橫向造

19、斜力，地層將作用于鉆頭一個(gè)橫向造斜力，使鉆頭偏離原來的井眼軸線，一般使鉆頭偏離原來的井眼軸線，一般情況下是使井眼向地層上傾方向發(fā)情況下是使井眼向地層上傾方向發(fā)生偏斜。生偏斜。第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-1 直井防斜技術(shù)直井防斜技術(shù) 2 2、鉆具原因、鉆具原因 鉆具導(dǎo)致井斜的主要因素鉆具導(dǎo)致井斜的主要因素是鉆具的傾斜和彎曲。一是引是鉆具的傾斜和彎曲。一是引起鉆頭傾斜，在井底形成不對(duì)起鉆頭傾斜，在井底形成不對(duì)稱切削；二是使鉆頭受到側(cè)向稱切削；二是使鉆頭受到側(cè)向力的作用，迫使鉆頭進(jìn)行側(cè)向力的作用，迫使鉆頭進(jìn)行側(cè)向切削。切削。 （1 1）導(dǎo)致鉆具的傾斜和彎曲）導(dǎo)致鉆具的傾斜和彎曲的原因：的原因

20、： 由于鉆具直徑小于井眼由于鉆具直徑小于井眼直徑鉆具和井眼之間有一定的直徑鉆具和井眼之間有一定的間隙。間隙。 鉆壓使下部鉆具受壓彎鉆壓使下部鉆具受壓彎曲。彎曲鉆柱將使靠近鉆頭的曲。彎曲鉆柱將使靠近鉆頭的鉆具彎曲更大。鉆具彎曲更大。 下入井內(nèi)的鉆具本來就下入井內(nèi)的鉆具本來就是傾斜和彎曲的。是傾斜和彎曲的。第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-1 直井防斜技術(shù)直井防斜技術(shù)(2)(2)鉆柱的一、二次彎曲對(duì)鉆柱的一、二次彎曲對(duì)井斜的影響井斜的影響 鉆井實(shí)踐表明，輕壓吊打，鉆井實(shí)踐表明，輕壓吊打，井打的比較直，鉆鋌穩(wěn)定垂直，井打的比較直，鉆鋌穩(wěn)定垂直，但鉆壓小鉆速慢頭如圖但鉆壓小鉆速慢頭如圖 a a 。鉆

21、壓。鉆壓逐步增大，當(dāng)增至某一值逐步增大，當(dāng)增至某一值p1p1時(shí)下時(shí)下部鉆鋌失去穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生圖部鉆鋌失去穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生圖 b b的一次曲，鉆鋌與井壁相切于切的一次曲，鉆鋌與井壁相切于切點(diǎn)點(diǎn)1 1。P1P1是使鉆鋌喪失穩(wěn)定的軸向是使鉆鋌喪失穩(wěn)定的軸向壓力的臨界值稱為一次彎曲臨界壓力的臨界值稱為一次彎曲臨界鉆壓，鉆頭傾角增大；如果再增鉆壓，鉆頭傾角增大；如果再增大鉆壓，彎曲程度繼續(xù)增大，切大鉆壓，彎曲程度繼續(xù)增大，切點(diǎn)不斷下移，如圖點(diǎn)不斷下移，如圖 c.c.鉆頭傾角繼鉆頭傾角繼續(xù)增大續(xù)增大，第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-1 直井防斜技術(shù)直井防斜技術(shù) 當(dāng)增大至第二次彎曲鄰界鉆當(dāng)增大至第二次彎曲

22、鄰界鉆壓壓P2P2時(shí)，下部鉆鋌產(chǎn)生二次彎時(shí)，下部鉆鋌產(chǎn)生二次彎曲。這時(shí)靠下部得彎曲部分不曲。這時(shí)靠下部得彎曲部分不與井壁接觸靠上面的彎曲部分與井壁接觸靠上面的彎曲部分與井與井 壁接觸與新的切點(diǎn)了，壁接觸與新的切點(diǎn)了，且切點(diǎn)提高如圖且切點(diǎn)提高如圖 d d。鉆頭傾角。鉆頭傾角減小。減小。 3 3、安裝設(shè)備安裝質(zhì)量對(duì)井斜的、安裝設(shè)備安裝質(zhì)量對(duì)井斜的影響影響 天車、游車和轉(zhuǎn)盤三點(diǎn)不在天車、游車和轉(zhuǎn)盤三點(diǎn)不在一條鉛垂線上；轉(zhuǎn)盤安裝不平一條鉛垂線上；轉(zhuǎn)盤安裝不平而引起鉆具一開始就傾斜等。而引起鉆具一開始就傾斜等。第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-1 直井防斜技術(shù)直井防斜技術(shù)五、斜井內(nèi)鉆柱的受力分析五、斜

23、井內(nèi)鉆柱的受力分析 1 1、鉆壓、鉆壓 w w 由于井斜，由于井斜， 鉆壓不是沿井眼鉆壓不是沿井眼軸線方向施加給鉆頭，而是偏離軸線方向施加給鉆頭，而是偏離一個(gè)角度一個(gè)角度。此時(shí)鉆壓可分解為。此時(shí)鉆壓可分解為與井眼軸線相平行得力與井眼軸線相平行得力P0P0和與井和與井眼軸線相垂直的力眼軸線相垂直的力FIFI P0=PcosP0=Pcos它對(duì)井斜沒有什麼影響，而是使它對(duì)井斜沒有什麼影響，而是使井眼沿著原井眼軸線的方向繼續(xù)井眼沿著原井眼軸線的方向繼續(xù)向下鉆進(jìn)。向下鉆進(jìn)。 Fi=Psin Fi=Psin 式中式中PP鉆壓；鉆壓； 鉆頭傾斜角。鉆頭傾斜角。 FiFi將使鉆頭偏離井眼軸線，將使鉆頭偏離井眼

24、軸線，即增斜力即增斜力 。斜井內(nèi)鉆柱切點(diǎn)以下鉆柱受力情況斜井內(nèi)鉆柱切點(diǎn)以下鉆柱受力情況第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-1 直井防斜技術(shù)直井防斜技術(shù)2 2、鐘擺力、鐘擺力 FdFd斜井內(nèi)鉆柱切點(diǎn)以下鉆柱在垂直于井壁斜井內(nèi)鉆柱切點(diǎn)以下鉆柱在垂直于井壁方向產(chǎn)生一個(gè)分力。此力使鉆頭側(cè)向破方向產(chǎn)生一個(gè)分力。此力使鉆頭側(cè)向破碎巖石，使井眼恢復(fù)垂直狀態(tài)，即為鐘碎巖石，使井眼恢復(fù)垂直狀態(tài)，即為鐘擺減斜力。的減斜力擺減斜力。的減斜力FdFd近近 Fd1/2WsinFd1/2Wsin 式中式中WW切點(diǎn)以下鉆鋌的重量；切點(diǎn)以下鉆鋌的重量； 井斜角。井斜角。3 3、地層造斜力、地層造斜力 FfFf 取決于地層傾角

25、和各向異性等因素。在取決于地層傾角和各向異性等因素。在多數(shù)情況下增斜，也可能降斜多數(shù)情況下增斜，也可能降斜綜合考慮上述諸力的作用，在鉆頭上作綜合考慮上述諸力的作用，在鉆頭上作用一對(duì)相互矛盾著的力，即：造斜力用一對(duì)相互矛盾著的力，即：造斜力 F1=Psin+Ff F1=Psin+Ff 或或 F1=PsinFfF1=PsinFf自然增斜時(shí)自然增斜時(shí)FfFf取正號(hào)，自然降斜時(shí)取負(fù)取正號(hào)，自然降斜時(shí)取負(fù)號(hào)號(hào) 。降斜力。降斜力 F1/2WsinF1/2Wsin斜井內(nèi)鉆柱切點(diǎn)以下鉆柱受力情況斜井內(nèi)鉆柱切點(diǎn)以下鉆柱受力情況第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-1 直井防斜技術(shù)直井防斜技術(shù) 目前常采用控制井斜的

26、方法有：滿目前常采用控制井斜的方法有：滿眼鉆具、鐘擺鉆具、偏心偏重鉆鋌及眼鉆具、鐘擺鉆具、偏心偏重鉆鋌及塔式鉆具。塔式鉆具。一、鐘擺鉆具的工作原理及使用特點(diǎn)一、鐘擺鉆具的工作原理及使用特點(diǎn) 1 1、工作原理、工作原理就是利用斜井內(nèi)切點(diǎn)以下鉆鋌重量產(chǎn)就是利用斜井內(nèi)切點(diǎn)以下鉆鋌重量產(chǎn)生的鐘擺減斜力，把鉆頭推向井壁下生的鐘擺減斜力，把鉆頭推向井壁下方，以達(dá)到逐漸減小井斜的目的。方，以達(dá)到逐漸減小井斜的目的。 2 2、鐘擺減斜力的計(jì)算、鐘擺減斜力的計(jì)算。 Fd1/2LqmsinFd1/2Lqmsin 式中式中Fd鐘擺減斜力鐘擺減斜力 KN L切點(diǎn)以下鉆鋌長度，切點(diǎn)以下鉆鋌長度，m m qm泥漿中每米鉆

27、鋌的重量泥漿中每米鉆鋌的重量KN/mKN/m 井斜角井斜角 度度第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-2 井斜的控制方法井斜的控制方法鐘擺鉆具示意圖鐘擺鉆具示意圖 從上式可看出，對(duì)一定斜度的從上式可看出，對(duì)一定斜度的井眼來說，井斜角井眼來說，井斜角是一定的，是一定的，因此增大鐘擺減斜力。因此增大鐘擺減斜力。 一是使用大尺寸鉆鋌或加重一是使用大尺寸鉆鋌或加重鉆鋌，增大鉆鋌，增大qm在同一鉆壓下，在同一鉆壓下，不易被壓彎，且切點(diǎn)位置高，切不易被壓彎，且切點(diǎn)位置高，切點(diǎn)以下鉆鋌長度點(diǎn)以下鉆鋌長度L L增大減斜力增增大減斜力增大。大。 二是使切點(diǎn)略高一些。在鉆二是使切點(diǎn)略高一些。在鉆鋌上安裝一個(gè)穩(wěn)定器，

28、以提高切鋌上安裝一個(gè)穩(wěn)定器，以提高切點(diǎn)以下鉆鋌的長度使減斜作用增點(diǎn)以下鉆鋌的長度使減斜作用增大。（如圖）。除此之外，穩(wěn)定大。（如圖）。除此之外，穩(wěn)定器對(duì)下部鉆鋌還起到扶正作用，器對(duì)下部鉆鋌還起到扶正作用，因而可減小鉆頭傾斜角，限制增因而可減小鉆頭傾斜角，限制增斜力的作用。當(dāng)然，最理想的辦斜力的作用。當(dāng)然，最理想的辦法是大尺寸鉆鋌加穩(wěn)定器，這樣法是大尺寸鉆鋌加穩(wěn)定器，這樣組成的鐘擺長度大，重量也大，組成的鐘擺長度大，重量也大，其減斜效果最好。其減斜效果最好。鐘擺鉆具示意圖鐘擺鉆具示意圖3、影響鐘擺減斜力的因素、影響鐘擺減斜力的因素第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-2 井斜的控制方法井斜的控制方

29、法4 4、穩(wěn)定器安放位置、穩(wěn)定器安放位置 對(duì)鐘擺鉆具來說，穩(wěn)定對(duì)鐘擺鉆具來說，穩(wěn)定器的安放位置十分重要，它器的安放位置十分重要，它是這種鉆具的技術(shù)關(guān)鍵。如是這種鉆具的技術(shù)關(guān)鍵。如果安放位置偏低則減斜力小，果安放位置偏低則減斜力小，效果差；如果安放便高，則效果差；如果安放便高，則穩(wěn)定器以下鉆鋌可能與井壁穩(wěn)定器以下鉆鋌可能與井壁形成新的切點(diǎn)，使鐘擺鉆具形成新的切點(diǎn)，使鐘擺鉆具失效。形成新的切點(diǎn)穩(wěn)定器失效。形成新的切點(diǎn)穩(wěn)定器理想位置的理論計(jì)算相當(dāng)復(fù)理想位置的理論計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜和繁瑣。我們介紹我國著雜和繁瑣。我們介紹我國著名石油鉆井專家楊勛堯提出名石油鉆井專家楊勛堯提出揚(yáng)勛堯提出的揚(yáng)勛堯提出的LzLz計(jì)

30、算公式如計(jì)算公式如下下鐘擺鉆具穩(wěn)定器的安放位置鐘擺鉆具穩(wěn)定器的安放位置式中：式中：A=2qmSin第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-2 井斜的控制方法井斜的控制方法B=82.04Wr B=82.04Wr ； C=184.62EJrC=184.62EJr； r=(dh-dc)/2r=(dh-dc)/2，M M；WW鉆壓，鉆壓，KNKN；dhdh井徑，井徑，M M；dcdc鉆鉆鋌直徑，鋌直徑，M M。考慮到扶正器的磨損和井徑考慮到扶正器的磨損和井徑的擴(kuò)大，在實(shí)際使用時(shí)，扶的擴(kuò)大，在實(shí)際使用時(shí)，扶正器至鉆頭的距離可比計(jì)算正器至鉆頭的距離可比計(jì)算的的LzLz降低降低5%10%.5%10%. 5 5、

31、鐘擺鉆具使用特點(diǎn)、鐘擺鉆具使用特點(diǎn)（1 1）鐘擺鉆具組合的鐘擺）鐘擺鉆具組合的鐘擺力隨井斜角的大小而變化。力隨井斜角的大小而變化。所以，鐘擺鉆具組合多數(shù)用所以，鐘擺鉆具組合多數(shù)用于對(duì)于井斜角已經(jīng)較大的井于對(duì)于井斜角已經(jīng)較大的井進(jìn)行糾斜。進(jìn)行糾斜。（2 2）鐘擺鉆具組合的性能對(duì)鉆壓特）鐘擺鉆具組合的性能對(duì)鉆壓特別敏感。鉆壓增大，則增斜力增大，別敏感。鉆壓增大，則增斜力增大，鐘擺力減小，所以鐘擺鉆具組合在使鐘擺力減小，所以鐘擺鉆具組合在使用中必須嚴(yán)格控制鉆壓。用中必須嚴(yán)格控制鉆壓。（3 3）在井尚未斜或井斜角很小時(shí)，）在井尚未斜或井斜角很小時(shí)，多使用滿眼鉆具組合，僅在對(duì)軌跡要多使用滿眼鉆具組合，僅

32、在對(duì)軌跡要求特別嚴(yán)的直井（段）中，才使用鐘求特別嚴(yán)的直井（段）中，才使用鐘擺鉆具組合進(jìn)行擺鉆具組合進(jìn)行“吊打吊打”。（4 4）扶正器與井眼的間隙對(duì)鐘擺鉆）扶正器與井眼的間隙對(duì)鐘擺鉆具組合性能的影響特別明顯，當(dāng)扶正具組合性能的影響特別明顯，當(dāng)扶正器直徑因磨損而減小時(shí)應(yīng)急時(shí)更換或器直徑因磨損而減小時(shí)應(yīng)急時(shí)更換或修復(fù)。修復(fù)。（5 5）多扶正器的鐘擺鉆具組合，需）多扶正器的鐘擺鉆具組合，需要較復(fù)雜的設(shè)計(jì)合計(jì)算。要較復(fù)雜的設(shè)計(jì)合計(jì)算。（6 6）鉆具的缺點(diǎn)是在直井內(nèi)無防斜）鉆具的缺點(diǎn)是在直井內(nèi)無防斜作用。作用。第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-2 井斜的控制方法井斜的控制方法 二、偏重鉆鋌的防斜原理及使

33、用特點(diǎn)二、偏重鉆鋌的防斜原理及使用特點(diǎn)1 1、工作原理、工作原理 偏重鉆鋌是在普通鉆鋌的一側(cè)鉆一排孔眼，造成一邊重一邊輕（如偏重鉆鋌是在普通鉆鋌的一側(cè)鉆一排孔眼，造成一邊重一邊輕（如圖）當(dāng)鉆具旋轉(zhuǎn)時(shí)就產(chǎn)生一個(gè)朝向重邊的離心力，鉆具每轉(zhuǎn)一圈與鐘圖）當(dāng)鉆具旋轉(zhuǎn)時(shí)就產(chǎn)生一個(gè)朝向重邊的離心力，鉆具每轉(zhuǎn)一圈與鐘擺力重合一次，對(duì)井壁產(chǎn)生較大的沖擊糾斜力，達(dá)到降斜的目的。偏擺力重合一次，對(duì)井壁產(chǎn)生較大的沖擊糾斜力，達(dá)到降斜的目的。偏重鉆鋌在直井中更具有防斜作用，斜井中有偏重鉆鋌的糾斜作用。重鉆鋌在直井中更具有防斜作用，斜井中有偏重鉆鋌的糾斜作用。偏重鉆鋌偏重鉆鋌 偏重鉆鋌的糾斜作用偏重鉆鋌的糾斜作用第三章第

34、三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-2 井斜的控制方法井斜的控制方法 2 2、離心力的計(jì)算、離心力的計(jì)算 F=mr2F=mr2式中式中 FF離心力（或向心力）；離心力（或向心力）； mm物體質(zhì)量；物體質(zhì)量； rr圓的半徑；圓的半徑； 角速度。角速度。 離心力與物體質(zhì)量、圓半徑以及角速度的平方成正比。故采用高轉(zhuǎn)速。離心力與物體質(zhì)量、圓半徑以及角速度的平方成正比。故采用高轉(zhuǎn)速。偏重鉆鋌接近鉆頭，另外，鉆鋌重邊和輕邊的餓重量差要適當(dāng)，推薦為鉆偏重鉆鋌接近鉆頭，另外，鉆鋌重邊和輕邊的餓重量差要適當(dāng)，推薦為鉆鋌總量的鋌總量的0.5-5%0.5-5%，不能低于，不能低于0.1%0.1%，也不能大于，也不能大于10

35、%10%。一般。一般9 9米長的偏重鉆鋌米長的偏重鉆鋌就起到良好的糾斜作用。就起到良好的糾斜作用。3 3、偏重鉆鋌的結(jié)構(gòu)、偏重鉆鋌的結(jié)構(gòu) 在地層傾角達(dá)到在地層傾角達(dá)到30時(shí)時(shí)的幾十口井上，的幾十口井上，使用偏重鉆鋌進(jìn)行了防斜和糾斜實(shí)驗(yàn)，使用偏重鉆鋌進(jìn)行了防斜和糾斜實(shí)驗(yàn)，井斜一般均在井斜一般均在3以內(nèi)，結(jié)構(gòu)尺寸見圖。以內(nèi)，結(jié)構(gòu)尺寸見圖。另外，在江漢油田和冷湖油田，另外，在江漢油田和冷湖油田，所用偏重鉆鋌是用所用偏重鉆鋌是用159159毫米鉆鋌做成，毫米鉆鋌做成，長長9 9米，鉆眼米，鉆眼103103個(gè)，孔深平均個(gè)，孔深平均1818毫米，毫米，孔徑孔徑6060毫米，毫米，第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)

36、技術(shù) 3-2 3-2 井斜的控制方法井斜的控制方法 3 3、偏重鉆鋌使用特點(diǎn)、偏重鉆鋌使用特點(diǎn)（1 1）偏重鉆鋌是一種有效的防斜鉆具，可用于易斜地區(qū)，并能）偏重鉆鋌是一種有效的防斜鉆具，可用于易斜地區(qū)，并能使用較大鉆壓。無論是在開鉆時(shí)就下井使用，或者在鉆開易斜層使用較大鉆壓。無論是在開鉆時(shí)就下井使用，或者在鉆開易斜層之前下井使用，它都有良好防斜效果。它即可用于防斜，也可用之前下井使用，它都有良好防斜效果。它即可用于防斜，也可用于糾斜。當(dāng)井斜角達(dá)到規(guī)定限度前，可用偏重鉆鋌在較高鉆壓下于糾斜。當(dāng)井斜角達(dá)到規(guī)定限度前，可用偏重鉆鋌在較高鉆壓下糾斜，而且效果很好。糾斜，而且效果很好。（2 2）在鉆定向

37、井時(shí)，如需減斜或者要將井眼恢復(fù)垂直，使用偏）在鉆定向井時(shí)，如需減斜或者要將井眼恢復(fù)垂直，使用偏重鉆鋌也很有效，而且還可以使用較大鉆壓。重鉆鋌也很有效，而且還可以使用較大鉆壓。（3 3）這種鉆具的結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。一般在偏重鉆鋌之上接）這種鉆具的結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。一般在偏重鉆鋌之上接普通鉆鋌即可，不需要安放穩(wěn)定器，便于起下鉆，時(shí)效也高。普通鉆鋌即可，不需要安放穩(wěn)定器，便于起下鉆，時(shí)效也高。（4 4）偏重鉆鋌在井下工作安全可靠，不易產(chǎn)生井漏和卡鉆的危）偏重鉆鋌在井下工作安全可靠，不易產(chǎn)生井漏和卡鉆的危險(xiǎn)。但使用偏重鉆鋌時(shí)則不會(huì)出現(xiàn)這種危險(xiǎn)。另外，使用偏重鉆險(xiǎn)。但使用偏重鉆鋌時(shí)則不會(huì)出現(xiàn)這種危險(xiǎn)

38、。另外，使用偏重鉆鋌時(shí)，在井內(nèi)不易發(fā)生卡鉆或或鍵槽等復(fù)雜情況鋌時(shí)，在井內(nèi)不易發(fā)生卡鉆或或鍵槽等復(fù)雜情況（5 5）在使用偏重鉆鋌時(shí)要特別注意防止泥包，以免影響防斜效）在使用偏重鉆鋌時(shí)要特別注意防止泥包，以免影響防斜效果。果。第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-2 3-2 井斜的控制方法井斜的控制方法三、塔式鉆具的應(yīng)用三、塔式鉆具的應(yīng)用 1 1、概念、概念：所謂塔式鉆具就是在鉆柱下部使用幾段變徑的鉆鋌，：所謂塔式鉆具就是在鉆柱下部使用幾段變徑的鉆鋌，緊靠鉆頭處的鉆鋌直徑最大，往上直徑遞減，其形如塔一樣，故緊靠鉆頭處的鉆鋌直徑最大，往上直徑遞減，其形如塔一樣，故取名為塔式鉆具。取名為塔式鉆具。 2

39、2、塔式鉆具的特點(diǎn)、塔式鉆具的特點(diǎn) 下部鉆具的重量大，剛度大，重心低，在較大鉆壓下不易下部鉆具的重量大，剛度大，重心低，在較大鉆壓下不易歪曲，與井眼間隙小，有利于鉆頭的平穩(wěn)工作。歪曲，與井眼間隙小，有利于鉆頭的平穩(wěn)工作。 3 3、塔式鉆具應(yīng)用、塔式鉆具應(yīng)用 塔式鉆具一種防斜鉆具。鉆出的井眼比較規(guī)則，井斜變化率塔式鉆具一種防斜鉆具。鉆出的井眼比較規(guī)則，井斜變化率不大，主要應(yīng)用于井徑易擴(kuò)大的地層（如松軟地層、鹽巖層等）；不大，主要應(yīng)用于井徑易擴(kuò)大的地層（如松軟地層、鹽巖層等）；因?yàn)樵谶@類地層中由于井徑擴(kuò)大，使帶穩(wěn)定器的鉆具（鐘擺鉆具、因?yàn)樵谶@類地層中由于井徑擴(kuò)大，使帶穩(wěn)定器的鉆具（鐘擺鉆具、滿眼鉆

40、具等）起不到扶正和填滿作用，防斜作用很差。滿眼鉆具等）起不到扶正和填滿作用，防斜作用很差。 4 4、塔、塔式鉆具組合式鉆具組合 （1 1）178178155.6155.6146146毫米塔式鉆具，主要用于深井毫米塔式鉆具，主要用于深井 （2 2）228.6228.6203.2203.2178178毫米的塔式鉆具主要用于超深井效果毫米的塔式鉆具主要用于超深井效果良好。良好。 5 5、塔式鉆具使用注意的問題塔式鉆具使用注意的問題 由于環(huán)形間隙較小，循環(huán)泥漿時(shí)泵壓高，轉(zhuǎn)盤負(fù)荷可能增大，由于環(huán)形間隙較小，循環(huán)泥漿時(shí)泵壓高，轉(zhuǎn)盤負(fù)荷可能增大，鉆頭易泥包，易坍地層易卡鉆等。鉆頭易泥包，易坍地層易卡鉆等。第

41、三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-2 3-2 井斜的控制方法井斜的控制方法 四、剛性滿眼鉆具控制井斜的技術(shù)四、剛性滿眼鉆具控制井斜的技術(shù) 1 1、扶正器滿眼鉆具、扶正器滿眼鉆具（1 1）扶正器滿眼鉆具定義）扶正器滿眼鉆具定義： 滿眼鉆具一般是由幾個(gè)外徑與鉆頭直徑相近的穩(wěn)定器（滿眼鉆具一般是由幾個(gè)外徑與鉆頭直徑相近的穩(wěn)定器（3-53-5個(gè)）個(gè)）與一些較大尺寸的鉆鋌所組成。與一些較大尺寸的鉆鋌所組成。（2 2）扶正器滿眼鉆具的防斜原理）扶正器滿眼鉆具的防斜原理 基本上有兩條，一是由于此種鉆具比光鉆鋌剛度大，并能添滿基本上有兩條，一是由于此種鉆具比光鉆鋌剛度大，并能添滿井眼，因而在大鉆壓下不易彎曲，

42、并能保持鉆具在井內(nèi)居中，減井眼，因而在大鉆壓下不易彎曲，并能保持鉆具在井內(nèi)居中，減小鉆頭傾斜角。所以能減小和限制由于鉆柱彎曲產(chǎn)生的增斜力。小鉆頭傾斜角。所以能減小和限制由于鉆柱彎曲產(chǎn)生的增斜力。二是在地層橫向力的作用下，穩(wěn)定器能支撐在井壁上限制鉆頭的二是在地層橫向力的作用下，穩(wěn)定器能支撐在井壁上限制鉆頭的橫向移動(dòng)，同時(shí)能在鉆頭處產(chǎn)生一個(gè)抵抗地層力的糾斜力。主要橫向移動(dòng)，同時(shí)能在鉆頭處產(chǎn)生一個(gè)抵抗地層力的糾斜力。主要表現(xiàn)下面三個(gè)方面：表現(xiàn)下面三個(gè)方面： 1 1、在垂直或接近垂直井眼中鉆具的防斜作用。、在垂直或接近垂直井眼中鉆具的防斜作用。 2 2、增斜時(shí)鉆具的防斜作用、增斜時(shí)鉆具的防斜作用 3

43、3減斜時(shí)鉆具的作用。減斜時(shí)鉆具的作用。 第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-2 3-2 井斜的控制方法井斜的控制方法 在鉆具上至少要有三個(gè)在鉆具上至少要有三個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)，即除靠近鉆頭有一穩(wěn)定點(diǎn)，即除靠近鉆頭有一穩(wěn)定器外，其上面應(yīng)再安放穩(wěn)定器外，其上面應(yīng)再安放兩個(gè)穩(wěn)定器才能保持有三點(diǎn)兩個(gè)穩(wěn)定器才能保持有三點(diǎn)接觸井壁。如果只有兩點(diǎn)接接觸井壁。如果只有兩點(diǎn)接觸（如圖觸（如圖a a所示），鉆具就能所示），鉆具就能循沿一條曲線，不能保證井循沿一條曲線，不能保證井眼的直線性。眼的直線性。 滿眼鉆具的防斜作用滿眼鉆具的防斜作用如果有三點(diǎn)接觸就不會(huì)發(fā)生如果有三點(diǎn)接觸就不會(huì)發(fā)生這種情況（圖這種情況（圖3-16b3-

44、16b）而可以）而可以通過三點(diǎn)直線性來保持井眼通過三點(diǎn)直線性來保持井眼的直線性和限制鉆頭的橫向的直線性和限制鉆頭的橫向移動(dòng)。移動(dòng)。圖為圖為 穩(wěn)定器與井壁接觸情況穩(wěn)定器與井壁接觸情況第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-2 井斜的控制方法井斜的控制方法2 2、滿眼鉆具抵抗地層橫向力作用、滿眼鉆具抵抗地層橫向力作用1、滿眼鉆具在垂直井眼中鉆進(jìn)、滿眼鉆具在垂直井眼中鉆進(jìn)第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-2 井斜的控制方法井斜的控制方法 （3）扶正器滿眼鉆具的特點(diǎn)扶正器滿眼鉆具的特點(diǎn)： 滿眼鉆具剛性大，與井眼的間隙小，在大鉆壓下不易彎曲，滿眼鉆具剛性大，與井眼的間隙小，在大鉆壓下不易彎曲，能保持鉆具在

45、井內(nèi)居中減小鉆頭的傾斜角。能保持鉆具在井內(nèi)居中減小鉆頭的傾斜角。 直井中當(dāng)?shù)貙訖M向力直井中當(dāng)?shù)貙訖M向力不大時(shí)，能保持直眼鉆進(jìn)，在鉆遇增斜或減斜地層時(shí)也能有力地不大時(shí)，能保持直眼鉆進(jìn)，在鉆遇增斜或減斜地層時(shí)也能有力地控制井斜變化率，使井斜不致過快地增大或減小，不會(huì)形成狗腿控制井斜變化率，使井斜不致過快地增大或減小，不會(huì)形成狗腿或鍵槽等影響井身質(zhì)量的隱患。或鍵槽等影響井身質(zhì)量的隱患。 （4）扶正器位置的確定扶正器位置的確定 下面介紹揚(yáng)勛堯提出的扶正器滿眼鉆具組合，簡稱下面介紹揚(yáng)勛堯提出的扶正器滿眼鉆具組合，簡稱YXYYXY組合。組合。（1 1）YXYYXY組合的結(jié)構(gòu)組合的結(jié)構(gòu) YXY YXY滿眼鉆

46、具組合結(jié)構(gòu)滿眼鉆具組合結(jié)構(gòu)第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-2 井斜的控制方法井斜的控制方法YXYYXY組合一般包括四個(gè)扶正器，如圖所示自下而上，分別為：組合一般包括四個(gè)扶正器，如圖所示自下而上，分別為： 近鉆頭扶正器：緊裝在鉆頭之上，簡稱近扶。近扶直徑較大，近鉆頭扶正器：緊裝在鉆頭之上，簡稱近扶。近扶直徑較大，與鉆有直徑僅差與鉆有直徑僅差1 12 2毫米。在易斜地區(qū)，近扶的長度可加長；在特毫米。在易斜地區(qū)，近扶的長度可加長；在特別易斜的地層，可將兩個(gè)扶正起串聯(lián)起來，作為近扶。近扶的主要?jiǎng)e易斜的地層，可將兩個(gè)扶正起串聯(lián)起來，作為近扶。近扶的主要作用，是依靠其支撐在尚未擴(kuò)大的井壁上，抵抗鉆頭所

47、受的側(cè)向力，作用，是依靠其支撐在尚未擴(kuò)大的井壁上，抵抗鉆頭所受的側(cè)向力，有效地防止鉆頭側(cè)向切削。同時(shí)，近扶由于直徑大，剛性大也可有有效地防止鉆頭側(cè)向切削。同時(shí)，近扶由于直徑大，剛性大也可有效地防止鉆頭傾斜，從而阻止鉆頭的不對(duì)稱切削效地防止鉆頭傾斜，從而阻止鉆頭的不對(duì)稱切削 中扶正器：簡稱中扶或二扶。中扶的位置需要經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)中扶正器：簡稱中扶或二扶。中扶的位置需要經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)算。中扶的直徑與近扶相同。中扶的主要作用是保證中扶與鉆頭之算。中扶的直徑與近扶相同。中扶的主要作用是保證中扶與鉆頭之間的鉆柱不發(fā)生彎曲，從而防止鉆頭對(duì)井底的不對(duì)稱切削。間的鉆柱不發(fā)生彎曲，從而防止鉆頭對(duì)井底的不對(duì)稱切削。

48、上扶正器：簡稱上扶或三扶。安置位置在中扶之上一個(gè)鉆鋌上扶正器：簡稱上扶或三扶。安置位置在中扶之上一個(gè)鉆鋌的單根處。上扶的直徑一般與近扶和中扶相同，但要求可以放松。的單根處。上扶的直徑一般與近扶和中扶相同，但要求可以放松。 第四扶正器：簡稱四扶，一般情況下可以不裝，僅在特別易第四扶正器：簡稱四扶，一般情況下可以不裝，僅在特別易斜的地層才裝，安裝位置在上扶之上一個(gè)鉆鋌單根處。直徑要求與斜的地層才裝，安裝位置在上扶之上一個(gè)鉆鋌單根處。直徑要求與上扶相同。上扶與四扶的作用在于增大下部鉆柱的剛度，協(xié)助中扶上扶相同。上扶與四扶的作用在于增大下部鉆柱的剛度，協(xié)助中扶防止下部鉆柱軸線發(fā)生傾斜。防止下部鉆柱軸線

49、發(fā)生傾斜。第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-2 井斜的控制方法井斜的控制方法 （5 5）滿眼鉆具的使用）滿眼鉆具的使用滿眼鉆具組合的使用要注意以下問題：滿眼鉆具組合的使用要注意以下問題： 在已經(jīng)發(fā)生井斜的井內(nèi)使用不能減小井斜角，只能做到穩(wěn)斜，在已經(jīng)發(fā)生井斜的井內(nèi)使用不能減小井斜角，只能做到穩(wěn)斜，主要功用是控制井眼曲率。主要功用是控制井眼曲率。 使用滿眼鉆具組合的關(guān)鍵在于一個(gè)使用滿眼鉆具組合的關(guān)鍵在于一個(gè)“滿滿”字，即扶正器與井字，即扶正器與井眼的間隙對(duì)滿眼鉆具組合的性能影響非常顯著。在使用中應(yīng)使間眼的間隙對(duì)滿眼鉆具組合的性能影響非常顯著。在使用中應(yīng)使間隙近可能小。設(shè)計(jì)間隙一般為隙近可能小。設(shè)

50、計(jì)間隙一般為d=dh=-ds=0.8d=dh=-ds=0.81.6mm1.6mm。在使用。在使用中，因扶正器的磨損，間隙將增大。當(dāng)間隙中，因扶正器的磨損，間隙將增大。當(dāng)間隙dd達(dá)到或超過兩倍達(dá)到或超過兩倍的設(shè)計(jì)值時(shí)，應(yīng)急時(shí)更換或修復(fù)扶正器。的設(shè)計(jì)值時(shí)，應(yīng)急時(shí)更換或修復(fù)扶正器。 保持保持“滿滿”的另一個(gè)關(guān)鍵在于井徑不的擴(kuò)大。這要求有好的的另一個(gè)關(guān)鍵在于井徑不的擴(kuò)大。這要求有好的鉆井液護(hù)壁技術(shù)。但即使鉆井液護(hù)壁技術(shù)不好，井徑的擴(kuò)大總要鉆井液護(hù)壁技術(shù)。但即使鉆井液護(hù)壁技術(shù)不好，井徑的擴(kuò)大總要經(jīng)過一定的時(shí)間才會(huì)發(fā)生。只要搶在井徑擴(kuò)大以前鉆出新的井眼，經(jīng)過一定的時(shí)間才會(huì)發(fā)生。只要搶在井徑擴(kuò)大以前鉆出新的

51、井眼，則仍可保持則仍可保持“滿滿”的效果。這就要求加快鉆速。我國現(xiàn)場工作人的效果。這就要求加快鉆速。我國現(xiàn)場工作人員將此概念總結(jié)為員將此概念總結(jié)為“以快保滿，以滿保直以快保滿，以滿保直”。 在鉆進(jìn)軟硬交錯(cuò)，或傾角較大的地層時(shí)，要注意適當(dāng)減小鉆在鉆進(jìn)軟硬交錯(cuò)，或傾角較大的地層時(shí)，要注意適當(dāng)減小鉆壓，并要勤劃眼，以便消除可能出現(xiàn)的壓，并要勤劃眼，以便消除可能出現(xiàn)的“狗腿狗腿”。 不宜在井眼曲率較大的井段使用。不宜在井眼曲率較大的井段使用。第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-2 井斜的控制方法井斜的控制方法 一、概述一、概述1 1、鉆井工程的總目標(biāo)、鉆井工程的總目標(biāo)：以最低的成本最低的成本鉆出高質(zhì)量

52、的井眼2 2、鉆進(jìn)成本公式：、鉆進(jìn)成本公式：3 3、影響鉆速和鉆頭壽命的因素：、影響鉆速和鉆頭壽命的因素：（1）不可控因素是指客觀存在的因素，如所鉆的地層、巖性、儲(chǔ)層埋藏深 度以及地層壓力等。（2）可控因素可進(jìn)行人為調(diào)節(jié)的因素，如地面機(jī)泵設(shè)備、鉆頭類型、鉆井 液性能、鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵壓和排量等。4 4、鉆進(jìn)參數(shù)：、鉆進(jìn)參數(shù)：表征鉆進(jìn)過程中的可控因素所包含的設(shè)備、工具、鉆井液以及操作條件的重要性質(zhì)的量。如鉆頭類型、鉆井液性能參數(shù)、鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵壓、排量、鉆頭噴嘴直徑、鉆頭水功率等。5 5、鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)選：、鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)選：指在一定的客觀條件下，根據(jù)不同參數(shù)配合時(shí)各因素對(duì)鉆進(jìn)速度和鉆頭壽命的影響規(guī)律，采

53、用最優(yōu)化方法，選擇合理的鉆進(jìn)參數(shù)配合，使鉆進(jìn)過程達(dá)到最優(yōu)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-3 鉆進(jìn)過程中各參數(shù)間的基本關(guān)系鉆進(jìn)過程中各參數(shù)間的基本關(guān)系tVttCCHttCCCpcrrbrrbpm)()(二二、影響鉆速的主要因素及鉆速方程、影響鉆速的主要因素及鉆速方程1.1.鉆壓對(duì)鉆速的影響鉆壓對(duì)鉆速的影響oa段：鉆壓小，鉆速Vpc很小。ab段：鉆壓增大，鉆速Vpc 隨鉆壓增加成線性關(guān)系增大。bc段：當(dāng)鉆壓增大到一定值Wb 時(shí)，鉆壓增大,鉆速改進(jìn)效果并不明顯。實(shí)際應(yīng)用中,以直線段為依據(jù)建立鉆壓(W)與鉆速(Vpc)的定量關(guān)系,即: 式中：M M 稱為門限鉆壓稱為門限鉆壓,它是

54、ab線在鉆壓軸上的截距,認(rèn)為是牙齒開始?jí)喝氲貙訒r(shí)的鉆壓,其值的大小主要取決于巖層性質(zhì),并具有較強(qiáng)的地區(qū)性。)(MWVpc鉆速與鉆壓的關(guān)系曲線第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-3 鉆進(jìn)過程中各參數(shù)間的基本關(guān)系鉆進(jìn)過程中各參數(shù)間的基本關(guān)系 2.2.轉(zhuǎn)速對(duì)鉆速的影響轉(zhuǎn)速對(duì)鉆速的影響鉆速隨轉(zhuǎn)速的增大而增大，并呈指數(shù)關(guān)系變化。 其中：稱為轉(zhuǎn)速指數(shù),一般小于1，數(shù)值大小主要與巖層性質(zhì)有關(guān)。一般極軟地層1，隨著巖石硬度增大，值減小。3.3.牙齒磨損對(duì)鉆速的影響牙齒磨損對(duì)鉆速的影響隨著鉆頭牙齒的磨損，鉆速下降。式中： C2 稱為牙齒磨損系數(shù),與鉆頭齒形結(jié)構(gòu)和 巖層性質(zhì)有關(guān),由現(xiàn)場數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到。 h 為牙齒磨

55、損量,以牙齒的相對(duì)磨損高度 表示,新鉆頭時(shí)h =0；牙齒全部磨損時(shí) h =1。 nvpchCvpc211（4-2）（4-3） 第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-3 鉆進(jìn)過程中各參數(shù)間的基本關(guān)系鉆進(jìn)過程中各參數(shù)間的基本關(guān)系4.4.水力因素對(duì)鉆速的影響水力因素對(duì)鉆速的影響通常用井底單位面積上的平均水功率(稱為比水功率)來研究水力因素對(duì)鉆速的影響規(guī)律。水力因素主要從以下兩個(gè)方面影響鉆速：（1）水力凈化井底井底比水功率越大，凈化程度越好，鉆速越快。水力凈化能力通常用水力凈化系數(shù)CH表示,其含義為實(shí)際鉆速與凈化完善時(shí)的鉆速之比，即： 井底完全凈化后，CH=1；否則，CH1。（2）水力輔助破巖井底比水功

56、率越大，輔助破巖能力越強(qiáng)，鉆速越快。 水力輔助破巖效果具體體現(xiàn)在門限鉆壓M值減小。spcspcHPPvvC（4-4） 第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-3 鉆進(jìn)過程中各參數(shù)間的基本關(guān)系鉆進(jìn)過程中各參數(shù)間的基本關(guān)系 5.5.鉆井液性能對(duì)鉆速的影響鉆井液性能對(duì)鉆速的影響（1 1）鉆井液密度對(duì)鉆速的影響）鉆井液密度對(duì)鉆速的影響鉆井液密度越大，井內(nèi)液柱壓力越大。在井內(nèi)液柱壓力大于地層孔隙壓力的情況下，產(chǎn)生一個(gè)正壓差。在正壓差作用下，井底巖屑難以離開井底，造成重復(fù)破碎現(xiàn)象，鉆速降低。此稱為壓持效應(yīng)。正壓差越大，鉆速越慢。井底壓差與鉆速的關(guān)系：壓差影響系數(shù)：（2 2）鉆井液粘度對(duì)鉆速的影響）鉆井液粘度對(duì)

57、鉆速的影響鉆井液增大，將會(huì)增大環(huán)空壓降，使井底壓差增大，鉆速降低；鉆井液粘度增大，鉆柱內(nèi)壓耗增大，在泵壓一定時(shí)鉆頭壓降減小，鉆頭水功率減小，清巖和破巖能力降低，鉆速下降。vvepcpcopppcpcpevvC0（4-5）（4-6） 第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-3 鉆進(jìn)過程中各參數(shù)間的基本關(guān)系鉆進(jìn)過程中各參數(shù)間的基本關(guān)系（3 3）鉆井液固相含量對(duì)鉆速的影響）鉆井液固相含量對(duì)鉆速的影響鉆井液固相含量增大，機(jī)械鉆速降低。（4 4）鉆井液分散性對(duì)鉆速的影響）鉆井液分散性對(duì)鉆速的影響分散性鉆井液比不分散性鉆井液的鉆速低；鉆井液中小于1m的固體顆粒越多，對(duì)鉆速的影響越大。6.6.鉆速方程（修正楊格

58、模式）鉆速方程（修正楊格模式）其中,vpc鉆速,m/h； W鉆壓,kN；M門限鉆壓,kN；n轉(zhuǎn)速,r/min 轉(zhuǎn)速指數(shù)；C2牙齒磨損系數(shù)；CH水力凈化系數(shù)；Cp壓差影響 系數(shù)；h牙齒磨損相對(duì)高度；KR地層可鉆系數(shù)，與地層巖石的機(jī)械 性質(zhì)、鉆頭類型以及鉆井液性能等因素有關(guān)。HpRpcCChCnMWKv211)(（4-7） 第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-3 鉆進(jìn)過程中各參數(shù)間的基本關(guān)系鉆進(jìn)過程中各參數(shù)間的基本關(guān)系三、影響鉆頭壽命的主要因素及磨損方程三、影響鉆頭壽命的主要因素及磨損方程1. 鉆壓對(duì)牙齒磨損速度的影響鉆壓對(duì)牙齒磨損速度的影響牙齒磨損速度隨鉆壓的增大而增大。當(dāng)鉆壓增大到某一極限值時(shí)

59、，牙齒磨損速度趨于無窮大。式中：Z1與Z2稱為鉆壓影響系數(shù),與牙輪鉆壓尺寸有關(guān)。當(dāng)鉆壓等于當(dāng)鉆壓等于Z Z2 2Z Z1 1時(shí)時(shí), ,牙齒的磨損速度無限大。牙齒的磨損速度無限大。Z Z2 2Z Z1 1是該尺寸鉆頭的理論極限鉆壓。是該尺寸鉆頭的理論極限鉆壓。 2. 轉(zhuǎn)速對(duì)牙齒磨損速度的影響轉(zhuǎn)速對(duì)牙齒磨損速度的影響增大轉(zhuǎn)速，牙齒磨損速度加快。 式中： a1和a2是由鉆頭類型決定的系數(shù)。WZZdtdh121（4-8）)(321nanadtdh（4-9）第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-3 鉆進(jìn)過程中各參數(shù)間的基本關(guān)系 3.3.牙齒磨損狀況對(duì)牙齒磨損速度的影響牙齒磨損狀況對(duì)牙齒磨損速度的影響牙齒磨

60、損量增大，其工作面積增大，磨損速度減小。式中：C1稱為牙齒磨損減慢系數(shù), 與鉆頭類型有關(guān),其數(shù)值見表4-2。 4.4.牙齒磨損速度方程牙齒磨損速度方程 式中：Af通稱為地層研磨性系數(shù)，需根據(jù)現(xiàn)場鉆頭資料統(tǒng)計(jì)計(jì)算確定。 5.5.軸承磨損速度方程軸承磨損速度方程軸承磨損量用B表示。軸承磨損速度用dB/dt表示。式中：b稱為軸承工作系數(shù)，與鉆頭類型與鉆井液性能有關(guān)，現(xiàn)場資料確定。hCdtdh111（4-10）)1)()(112321hCWZZnanaAdtdhf（4-11）nWbdtdB5.11（4-12）第三章第三章 鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)技術(shù) 3-3 鉆進(jìn)過程中各參數(shù)間的基本關(guān)系HpRpcCChCnMWK