定向井下部钻具组合设计方法
定向井下部钻具组合设计方法-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIANSY/T5619—1999定向井下部钻具组合设计方法代替SY/T5619—93Method of bottom hole assembly design in directional wells1范围本标准规定了井斜角小于60°的定向井下部钻具组合的设计方法。
本标准适用于陆上石油、天然气及地质勘探钻定向井钻具组合设计，侧钻井及大斜度井的下部钻具组合设计也可参照使用。
2引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。
本标准出版时。
所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
SY/T5051—91 钻具稳定器SY/T5172—1996 直井下部钻具组合设计方法3钻铤尺寸及重量的确定钻铤尺寸的确定在斜井段使用的最下一段（应大于27m）钻铤的刚度应适用于设计的井眼曲率。
入井的下部钻具组合中，钻铤的外径应能满足打捞作业。
钻头直径与相应钻铤尺寸范围的要求见表1。
表1 钻头直径与相应的钻铤尺寸 mm（in）钻头直径钻铤直径钻头直径钻铤直径(4 3/4) (3 1/8) (9 1/2) (6 1/4)(7)(6) (4 1/8) (12 1/4) (8)(9)(8 1/2) (6 1/4) (17 1/2) (9)无磁钻铤安放位置及长度的确定无磁钻铤安放位置无磁钻铤的安放位置应根据钻具组合的特性（造斜、增斜、稳斜或降斜）、具体尺寸和连接螺纹类型，使之尽可能接近钻头。
无磁钻铤长度的确定根据图1确定施工井所在区域。
施工井在1区时，无磁钻铤长度根据图2进行确定。
图2（a）为光钻铤组合。
在曲线A以下：无磁钻铤长度为；仪器位置距无磁钻铤底部。
在曲线A以上：无磁钻铤长度为；仪器位置距无磁钻铤底部；图2(b)为满眼或螺杆钻具组合在曲线B以下：无磁钻铤长度为；仪器位置距无磁钻铤底部；在曲线B和C之间：无磁钻铤长度为；仪器位置距无磁钻铤底部；在曲线C以上：无磁钻铤长度为；仪器位置距无磁钻铤底部；3．2．2．3施工井在2区时，无磁钻铤长度根据图3进行确定。
图3 2区无磁钻铤长度选择图图3（a）为光钻铤组合。
在曲线A以下：无磁钻铤长度为；仪器位置距无磁钻铤底部。
在曲线A以上：无磁钻铤长度为；仪器位置距无磁钻铤底部；图3（b）为满眼或螺杆钻具组合。
在曲线B以下：无磁钻铤长度为；仪器位置距无磁钻铤底部；在曲线B和C之间：无磁钻铤长度为；仪器位置距无磁钻铤底部；在曲线C和D之间：无磁钻铤长度为；仪器位置距无磁钻铤底部；在曲线D以上：无磁钻铤长度为；仪器位置距无磁钻铤底部。
施工井在3区时，无磁钻铤长度根据图4进行确定。
图4 3区无磁钻铤长度选择图图4（a）为光钻铤组合。
在曲线A以下：无磁钻铤长度为；仪器位置距无磁钻铤底部。
在曲线A和B之间：无磁钻铤长度为；仪器位置距无磁钻铤底部；在曲线B以上：无磁钻铤长度为；仪器位置距无磁钻铤底部；图4（b）为满眼或螺杆钻具组合。
在曲线C以下：无磁钻铤长度为；仪器位置距无磁钻铤底部。
在曲线C和D之间：当无磁钻铤长度为时；仪器位置距无磁钻铤底部；当无磁钻铤长度为时；仪器位置距无磁钻铤底部；在曲线D和E之间：当无磁钻铤长度为时；仪器位置距无磁钻铤底部；当无磁钻铤长度为时；仪器位置距无磁钻铤底部；在曲线E以上：无磁钻铤长度为；仪器位置距无磁钻铤底部。
钻铤重量的确定常规定向井中钻铤重量的确定根据设计的最大钻压，确定所需钻铤的总重量，再确定钻铤尺寸和长度。
所需钻铤在空气中的总重量按式（1）计算：pkG 1= (1)fcosα式中：Gi——所需钻铤在空气中的总重量，kN；p——设计的最大钻压，kN；k——安全系数，可取～；f——钻井液浮力校正系数；α——井斜角，（°）。
深定向井及难度较大定向井中钻铤重量的确定。
为了减少钻柱的扭矩、摩擦阻力以及高密度钻井液造成粘附卡钻的可能性，可采取加重钻杆、普通钻杆和铝合金钻杆代替钻铤加钻压，但应进行稳定性分析计算。
钻杆开始弯曲时的临界压缩载荷按式（2）计算：F max=2（ρAsinα/γ）1/2 (2)式中：F max——钻杆开始弯曲时的临界压缩载荷，KN；E——弹性模量可取×1011N/㎡,N/㎡；ｆ——钻井液浮力校正系数；Ｉ——管材的轴惯性矩，ｍ4；ρ——管材密度，１／ｍ3；Ａ——管材横截面积，ｍｍ2；α——井斜角，（°）；γ——钻杆与井眼间的间隙值，ｍｍ。
钻杆稳定性设计所需的条件按式（３）计算：Ｆmax＞p-Wcosα (3)式中：p——设计的最大钻压，kN；W——下部钻具组合钻杆以下钻铤的浮重，kN；应用式（2）和式（3）确定钻铤、加重钻杆、普通钻杆和铝合金钻杆重量。
4螺杆钻具定向造斜钻具组合的设计螺杆钻具定向造斜钻具组合的基本形式见图5。
钻头直径与相应的螺杆钻具尺寸范围按表2要求组合。
弯接头角度的确定。
表2 螺杆钻具组合 mm钻头直径螺杆钻具直径～～～～～44～弯接头可按表3的数据，同时结合本地区的地质特性、钻井实践等因素选取。
弯接头规格的配备：通常应配备°,°,°,°,°等规格。
表3 螺杆钻具组合预计造斜率（弯接头式）弯接头工具尺寸，mm角度(°) 井径造斜率井径造斜率井径造斜率井径造斜率井径造斜率井径造斜率mm mm ( °)/100m mm (°)/100m mm （m mm mm （°）/100m8..2弯壳体螺杆钻具应结合本地区的地质特性、钻井实践选用。
钻头与螺杆钻具之间尽可能不用配合接头。
使用图5（d）型螺杆钻具组合时，可通过调节下稳定器的位置来调节工具的造斜率。
5转盘钻增斜钻具组合的设计转盘钻增斜钻具组合可选用三种基本形式（见图6），基本尺寸要求见表4。
稳定器组合的受力分析及安放位置的计算，推荐使用纵横弯曲连续梁法，其计算公式见附录A（标准的附录）。
表4 转盘钻增斜钻具组合稳定器安放高度增斜钻具组稳定器安放高度合基本形式 L1 L2 L3图6（a）～————图6（b）～～——图6（c）～～～调整钻头侧向力的方法：a）调整钻头与近钻头稳定器的距离（距离越短，造斜力越大，但不小于）；b）调整稳定器之间的距离；c）调整钻铤尺寸；d）调整稳定器与井壁的间隙；e）调整钻压。
使用多稳定器增斜时，当井斜角增大到使第二稳定器失效前，L2应相应的减小。
用单稳定器钻具组合钻进，当井斜角小时（小于30°），钻具组合的方位稳定性较差，使用中应慎重。
下部钻具组合刚度增大时，应逐个增加稳定器进行通井，划眼。
短钻铤的配备：应配备，，，， m等规格的短钻铤。
6转盘钻稳斜钻具组合的设计转盘钻稳斜钻具组合有三种基本形式（见图7）基本尺寸要求见表5。
图7（c）型钻具组合推存在井斜角30°以上使用。
1—钻头；2—短钻铤；3—稳定器；4—无磁钻铤；5—普通钻铤图7 转盘钻稳斜钻具组合基本形式表5 转盘钻稳斜钻具组合稳定安放高度 m稳斜钻具组稳定器安放高度合基本形式合基本形式 L1 L2 L3 L4图7（a）～～～～图7（b）～～～——图7（c）～～————在硬地层或研磨地层中稳斜钻进时，如扭矩大或钻头及稳定器的直径磨损严重，可把螺旋稳定器换成滚轮稳定器。
长井段及大井斜角中稳斜钻进时，应采用微增斜钻具组合钻进，以平衡钟摆降斜力，达到长井段稳斜目的。
为加强稳斜效果，可将近钻头稳定器串联使用。
可采用转盘钻（转速为50 r/min 左右）加弯壳体螺杆钻具稳斜。
7转盘钻降斜钻具组合的设计转盘钻降斜钻具组合有三种基本行式（见图8），基本尺寸要求见表6。
1-钻头；2—无磁钻铤；3—普通钻铤；4—稳定器图8 转盘钻降斜钻具组合基本形式表6 转盘钻降斜钻具组合稳定器安放高度 m降斜钻具组稳定器安放高度合基本形式 L1 L2图8（a） ~ —图8（b） ~ ~图8（c） ~ ~调整侧向力的方法：a）增加近钻头稳定器到钻头的距离；b）减小稳定器的直径；c）控制钻压。
稳定器安放位置的计算按SY/T5172—1996中的第3章执行。
如钟摆钻具组合降斜无效，可用井底动力钻具组合降斜。
选用图8（c）型钻具组合时，下稳定器尺寸比上稳定器小。
8稳定器的要求稳定器的外型结构见SY/T5051。
在软地层中，一般应选用支撑面宽、扶正条较长的螺旋稳定器；在硬地层中，一般应选用支撑面窄、扶正条较短的螺旋稳定器。
在阻卡严重的地区，可采用可变径稳定器。
附录A（标准的附录）纵横弯曲连续梁法A1 纵横弯曲连续梁法纵横弯曲连续梁法计算所使用的符号和单位（见表A1）表A1 纵横弯曲连续梁法计算所使用的符号和单位符号名称单位S i第i段钻柱的轴向力 NM i第i个稳定器处的钻柱内弯距 N·mR i第i个稳定器处的井壁反力 NR。
钻头处的井壁反力 NQ i第I段钻柱的横向载荷 N/mI i第I段钻柱的惯性矩 m4E 钻柱的弹性模量 N/m2P i第I段钻柱在空气中单位长度的重量 N/ mp a钢材密度 g/cm3p m钻井液密度 g/cm3a 井斜角（°）Δγi第I个稳定器与井壁间的半径差值 mL i第I段钻柱的长度 mY i第I段钻柱的最大挠度 mO o钻头转角 rad计算公式设共有n个稳定器，那么第i(I =1，2，….，n)个稳定器处的三弯矩方程为：a i L i L i L i+1 L i+1M i+1+2(βi +βi )M i+a i+1 M i+1I i I i I i+1 I i+1q i L i3 q i+1L i+13=－γi－γi+1 +6EQ i……………………（A1）4I i 4I i+1其中：Δγi+1－Δγi-1Δγi+1－Δγi+1Q i= －L i L i+13 3a= －n i sin（2u i） 2u i23 3βi= －（2u i）2 2u i tg（2u i）3（tgu i－u i）γi=u i3S i L i2U i=（）1/24EI i切点处的辅助方程为：M n L n+1 q n+1L3n+1Δγn+1－Δγna n+1+ γn+1= …(A2)6EI n+1 24EI n+1 L n+1第i个稳定器处的井壁反力R i为：R i=R i′+R i″……………………………（A3）其中： q i L2i 1R i′=[ +M i+1－M i+S i（Δγi－Δγi +1）]2 L iq i+1L2i+1 1R i″=[ +M i+1－M i－S i+1（Δγi+1－Δγi）]2 L i+1钻头处的侧向力p c为：q i L2i+1 1P c=－R0=－（+M i－S iΔγi）………………（A4）2 L i第i段钻柱的中点挠度Y i为：Y i=Y/i+Y//i+Y///i+Y////i………………………(A5)其中： M i+1L i2 1 1Y/I= ·2（－）16EI i u i2cosu i u i2M i L i2 1 1Y//I= ·2（－）16EI i u i2cosu i u i21 u2i5q i L4i cosu i－1－ 2Y///I= （）384EI i 5u i4/24(Δγi－Δγi+1）Y////I=Δγi+1+2钻头转角θ0为：M i L i q i L i3Δγiθ0= a i+ γi+ ………………（A6）6EI i 24EI i L i各段钻柱的横向载荷表达通式为：ρq i=P i(1－)sina ……………………(A7)ρc各段钻柱的轴向载荷为：L i-1 L iρmS i=S i-1－(P i-1+P i )(1－)cosa ……………(A8)2 2 ρcA2使用说明采用纵横弯曲连续梁法编制的计算机程序，可以较为精确地作出直井中的光钻铤组合、满眼钻具组合、钟摆钻具结合，以及定向井中的转盘钻增斜钻具组合、稳斜钻具组合、降斜钻具组合的设计计算和分析计算。
下部钻具组合
5．2下部钻具组合下部钻具组合是指用于施加钻压的那部分钻柱的结构组成。
一般是由钻铤和扶正器组成。
通过调节扶正器的按放位置、距离和扶正器的数量，下部钻具组合可以是增斜组合、降斜组合及稳斜组合三种。
但是无论哪一种组合，其实质是施加钻压后，钻柱发生弯曲变形，在钻头上产生侧向力，由于侧向力的作用，使钻头合力方向不再与井眼轴线重合，造成井斜。
为了防止井斜，应当使钻柱组合在施加钻压后，产生的钻头侧向力为零，使钻头合力与井眼轴线重合。
5．3钻井参数组合钻井参数主要是钻压和转速。
在一定的钻柱组合时，通过调节钻压和转速，可改变钻头侧向力的大小和方向，从而改变井斜的大小和方向。
5．4钻头结构引起井斜牙轮钻头的移轴、复锥和超顶，都要引起钻头轴线偏离井眼中心线，产生侧向切削。
6井斜控制原理及方法控制井斜实质就是控制钻头造斜力，使其为降斜力。
要达到这个目的，地层造斜力是不可改变的，唯一可控制的是下部钻柱组合和钻井参数，通过改变下部组合和调节钻井参数可使钻头侧向力为降斜力，抵抗地层造斜力的作用强度，使井斜控制在一定范围内。
目前使用的钟摆钻具、塔式钻具、偏心钻铤等是以增大降斜力为目的的钻柱。
他们可以起在直井中防斜，在斜井中纠斜的作用。
刚性满眼钻柱、方钻铤、螺旋钻铤等是以强大的刚度反抗地层造斜的作用。
在直井中防斜，在斜井中稳斜，井斜了不能使用刚性满眼钻柱。
但是通过调节扶正器安放间距和钻井参数，刚性满眼钻柱也可以是增斜或降斜钻柱。
6．1、钟摆钻具这种钻具是在钻头的上方一定距离处，一般是18—27米左右按装一个扶正器。
当其发生井斜时，扶正起靠下井壁上，扶正器下面的钻柱重量在钻头上产生一个指向下井壁的力，这个力就是钟摆力，是降斜力，使井斜减少。
钟摆钻具使用关键是扶正器的安放距离，太大在扶正器下面产生新切点，钟摆失效；太小钟摆力也小，效果也不好。
另外，钻压不能太大，过大的钻压使钟摆失效。
是一种既能防斜又能纠斜的钻具。
在现场得到广泛使用。
定向井钻具组合
定向井钻具组合下组合原则：1、二开双扶钟摆和18米单扶钟摆由井队自己选择。
2、PDC钻头下18米或8米单扶由井队自己选择。
3、钻铤的数量保证在最高钻压为钻铤重量的80%。
一、直井段1 ∮216 BIT（三牙轮钻头）+挡板+∮177.8mm无磁钻铤*1跟+∮177.8mm钻铤*1根+∮214mm扶正器+∮177.8钻铤*2 2/3柱+∮165钻铤*2柱+钻杆2 ∮216 PDC+挡板+∮177.8mm无磁钻铤+∮177.8mm钻铤*1根+∮214mm扶正器+∮177.8钻铤*2 2/3柱+∮165钻铤*2柱+钻杆二、深部直井段钻具组合∮216 PDC+挡板+∮165mm无磁钻铤*1根+∮214mm扶正器+∮165钻铤*3柱 +钻杆三斜井段1 ∮216 BIT（三牙轮钻头）+扶正器间组合长+∮165钻铤*3柱+∮127加重钻杆*5柱+钻杆2 ∮216PDC+扶正器间组合长+∮165钻铤*1柱+∮127加重钻杆*5柱+钻杆四、大斜度或特殊井组合∮216钻头+扶正器间组合长+∮127加重钻杆*10柱+钻杆五、∮311mm井眼1 ∮311 BIT（三牙轮钻头）+挡板+∮203mm无磁钻铤*1根+∮203m钻铤*1根+∮308m扶正器+∮203钻铤*1柱∮177.8钻铤*3柱+∮165钻铤*2柱+钻杆六、钟摆螺杆钻具组合：∮216 BIT（钻头）+螺杆+∮165mm无磁钻铤*1根+∮165钻铤*1柱+∮127加重钻杆*5柱+钻杆七、普通螺杆钻具组合1、∮216 BIT（钻头）+螺杆+∮165mm无磁钻铤*1根+∮127加重钻杆*5柱+钻杆2 ∮216 BIT（钻头）+螺杆+∮165mm无磁钻铤*1根+∮165钻铤*2柱+钻杆。
定向井钻井工艺及井身质量要求
条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用 本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
SY/T5088—93 评定井身质量的项目和计算方法 SY/T5416—1997 随钻测斜仪测量规程 SY/T5472—92 电子陀螺测斜仪测量规程 SY/T5619—1999 定向井下部钻具组合设计方法 SY/T5955—1999 定向井钻井工艺及井身质量要求 3 定义 本标准采用下列定义。 3.1 中靶 targeting 实钻井眼轨迹进入预定的靶区。 3.2 靶区 target area 包括通常意义的靶圆以及地质规定的特殊目标范围。 3.3 中靶预测 target prediction 根据实钻井眼轨迹达到的位置及方向，对靶前待钻井眼的造斜率、方 位调整率、井斜角和井斜方位角和长度进行预测。
4.3.1 配备动力钻具、弯接头、无磁钻铤、螺旋稳定器、随钻震击器、 加重钻杆和短钻铤等。
4.3.2 根据实际需要，可选用螺旋钻铤、无磁承压钻杆、高强度铝合金 钻杆等新型钻具和可变径稳定器、导向钻具、键槽破坏器等新型工具。 5 井眼轨迹控制
5.1 直井段钻进过程中按设计要求监测井眼轨迹，严格控制井身质量。 5.2 造斜点 根据设计及造斜点实测井斜角、井斜方位角，计算出井底位置坐标，结 合地层方位漂移规律确定定向方位角。 5.3 斜井段 5.3.1 井眼轨迹的计算和作图按 ST/T5435 的规定进行。 5.3.2 根据测斜数据和轨迹图，参照邻井资料，预测待钻井眼轨道，及 时改变钻进参数或钻具组合。 5.3.3 定向、扭方位装置角可按沙尼金图解法确定。 5.3.4 造斜和扭方位角施工时，测斜间距不超过 30m；增斜、降斜施工 时，测斜距不超过 50mm；稳斜段施工时，测斜间距不超过 80m，必要时 加密测点。 5.3.5 防碰井段施工中，有磁干扰时应用陀螺测斜仪监测井眼轨迹。 5.3.6 三维绕障井的实钻垂直投影图采用沿设计铅垂曲面投影展开的方 法作出。 5.3.7 施工中随钻作图分析井眼轨迹。 6 施工要求
煤矿井下定向钻孔轨迹设计
定向钻孔设计参数
• 基本弯曲角度 (每 6 米):
– 水平方向（方位角）: 0.75 到 1.0 度 – 垂直方向（倾角）: 0.75 到 1.0 度 – 常用曲率半径：r=57.3/(1 /6)=344m
定向孔方位角的设计
• 为了便于更好的指导定向钻进施工，一般钻孔轴线终孔方 位角与钻孔主设计方位角一致，便于确定钻孔群中每个主 孔钻孔轴线左右偏差。
• 图中：α0为真北方位角；α1开孔方位角；α2终孔方位角； α3主设计方位角；θ为方位角增量；L为左右偏差。
定向孔方位角的设计
• （1） 煤矿开拓图上确定真北方位角α0，根据巷道 走向及现场条件，确定设计主方位角α3。
• 最大弯曲角度 (每 6 米):
– 水平方向（方位角） : 1.5 度 – 垂直方向（倾角） : 1.5 度 – 最小曲率半径：r=57.3/(1.5/6)=229m
五 定向钻孔设计方法与实例
• 需要一份准确反映布孔区域的煤层空间走势的采掘工 程平面CAD图（含煤层顶底板等高线、巷道分布、 地质构造分布等）及煤层柱状图。
磁偏角概念
5、磁偏角λ（Declination） 在地磁学中，指地上 任意一点的真子午线与磁子午线间的夹角，亦即真北 与磁北之夹角。
各个地方的磁偏角不同，而且，由于磁极处在运动 之中，某一地点的磁偏角会随时间而改变。
在我国除部分磁力异常的地方外，一般磁偏角都是 西偏。磁北比真北偏左，加上磁偏角；磁北比真北偏右， 减去磁偏角；在我国一般是加上。
• （2）工作面地质资料不充分 • 工作面没有开掘出运输顺槽和回风顺槽，工作面
的煤层顶底板标高不清楚，特别是在地质构造变 化较大的区段，按下述方法设计： • ① 根据井田平面图上定向钻孔与煤层的等高线交 点的标高，结合定向钻孔的方位角与煤层走向的 关系，利用走剖夹角计算公式及真倾角和视倾角 的转化关系，确定定向钻孔各个区段的倾角等。
各类钻具组合
（1）常规钻具组合。
钻头+配合接头+钻铤+配合接头+钻杆+方钻杆阀或方钻杆保护接头+方钻杆。
（2）满眼钻具组合。
钻头+1号钻头稳定器(1—3个)+短钻铤+2号稳定器(挡板)+无磁钻铤1。
2根+3号稳定器+大钻铤1根+4号稳定器+钻铤+加重钻杆+钻杆+方钻杆阀或方钻杆保护接头+方钻杆。
（3）钟摆钻具组合。
钻头+钻铤(易斜地层选用大钻铤或加重钻铤)+稳定器+钻铤+钻杆+方钻杆阀或方钻杆保护接头+方钻杆。
直井中所用钟摆钻具组合一般为钻头+钻铤1—3根+稳定器+钻铤+钻杆+方钻杆阀或方钻杆保护接头+方钻杆；吊打钻井的钻具组合一般为钻头+钻铤2柱+钻杆+方钻杆阀或方钻杆保护接头+方钻杆。
（4）塔式钻具组合。
钻头+大尺寸钻铤1柱+中尺寸钻铤2柱+小尺寸钻铤3柱+钻杆+方钻杆阀或方钻杆保护接头+方钻杆。
（5）定向井各井段钻具组合。
①造斜段钻具组合。
钻头+井下动力钻具+弯接头+无磁钻铤+钻铤+震击器+加重钻杆+钻杆+方钻杆阀或方钻杆保护接头+方钻杆。
②增斜段钻具组合。
钻头+稳定器(挡板)+无磁钻铤1～2根+稳定器+钻铤1根+稳定器+钻铤+加重钻杆+钻杆+方钻杆阀或方钻杆保护接头+方钻杆。
③稳斜段钻具组合。
稳斜段采用满眼钻具组合。
④降斜段钻具组合。
钻头+无磁钻铤1。
2根+稳定器+钻铤1根+稳定器+钻铤1根+稳定器+钻铤+加重钻杆+钻杆+方钻杆阀或方钻杆保护接头+方钻杆。
⑤水平段钻具组合。
钻头+钻头稳定器+无磁钻铤1根+稳定器+无磁承压钻杆2根+斜坡钻杆+加重钻杆+随钻震击器+加重钻杆+钻杆+方钻杆阀或方钻杆保护接头+方钻杆。
（6）打捞钻具组合。
卡瓦打捞矛(简)、内外螺纹锥等打捞工具的钻具组合一般为打捞工具+安全接头+下击器+钻铤+钻杆。
随钻打捞工具的钻具组合一般为：钻头+随钻打捞杯(打捞篮)+钻铤1柱+钻杆。
磨铣工具的钻具组合为：磨鞋(铣鞋)+钻铤1柱+钻杆。
使用液压上击器的钻具组合为：打捞工具+安全接头+液压上击器+加速器+钻杆。
T3讲义_定向井钻具组合
油田技术－定向井工程师序列培训讲义（T3－21）――――――定向井常用钻具组合第一部分定向井常用钻具组合的分类一、常规钻具组合1、造斜钻具组合1）斜向器（也叫变向器）造斜2）井下马达造斜2、增斜钻具组合3、稳斜钻具组合4、降斜钻具组合二、导向钻具组合三、旋转导向钻具组合第二部分定向井常规钻具组合一、造斜钻具组合1、斜向器（也叫变向器）造斜斜向器的结构如图所示。
这是最早使用的造斜工具，由于工艺繁杂，现在仅用于套管内开窗侧钻，或不适宜用井下马达造斜的井段。
2、井下马达造斜目前，我国海洋定向井一般采用井下马达造斜，常用造斜钻具组合为：钻头十井下马达十定向弯接头（或：弯接头＋定向接头）十非磁钻铤十普通钻铤（0～30 米）十挠性接头十震击器十配合接头＋加重钻杆＋钻杆。
这种造斜钻具组合是利用弯接头使下部钻具产生一个弹性力矩，迫使井下动力钻具驱动钻头侧向切削，使钻出的新井眼偏离原井眼轴线，达到定向造斜或扭方位的目的。
造斜钻具的造斜能力主要与弯接头的弯角和动力钻具的长度有关。
弯接头的弯角越大，动力钻具长度越短，造斜率也越高。
弯接头的弯角应根据井眼大小、井下动力钻具的规格和要求造斜率的大小选择。
现场常用弯接头的弯角为1.5～2.5 度，一般不大于2.5 度。
常用弯接头的造斜率预测见表1－2：造斜钻具组合使用的井下动力钻具型号应根据造斜井段或扭方位井段的井眼尺寸和井深及井温来选择。
使用井段在2000 米以内或井温在125°C以内，一般采用普通螺杆钻具，深井或井温超过125°C的井段造斜或扭方位应使用耐高温的多头螺杆钻具。
钻井参数和钻头水眼应根据厂家推荐的钻井参数设计。
由于井下动力钻具的转速高，因此，使用的牙轮钻头应选用适应高转速的金属密封滚动轴承钻头，在浅层、可钻性好的软地层应使用铣齿钻头或合适的PDC 钻头。
根据测斜仪器的种类不同，分为五种定向方式：1．单点定向此方法只适用造斜点较浅的情况，通常井深小于1000 米。
【精品】煤矿工作面井下定向疏放水钻孔设计方案
神华宁煤集团红柳煤矿3121工作面井下定向疏放水钻孔设计方案神华宁煤集团红柳煤矿神华宁煤集团能源工程公司环境安全工程分公司二〇一一年十一月神华宁煤集团红柳煤矿3121工作面井下定向疏放水钻孔设计方案编制:审核：分管领导:神华宁煤集团能源工程公司环境安全工程分公司二〇一一年十一月目录1前言................................................. 错误!未指定书签。
2矿井概况............................................. 错误!未指定书签。
2。
1矿井基本情况...................................... 错误!未指定书签。
2。
1。
1交通位置....................................... 错误!未指定书签。
2.1.2地形地貌......................................... 错误!未指定书签。
2。
2地质特征.......................................... 错误!未指定书签。
2.2.1地层............................................. 错误!未指定书签。
2.2.2煤层............................................. 错误!未指定书签。
2。
2.3地质构造........................................ 错误!未指定书签。
2.2。
4水文地质条件.................................... 错误!未指定书签。
3项目区概况........................................... 错误!未指定书签。
3.1项目区位置及四邻采掘情况........................... 错误!未指定书签。
常见钻具组合及定向井
一、满眼钻具组合又称刚性配合钻具或刚性满眼钻具,是一种安装在钻柱下部的刚度较大而且井径与钻柱外径之间间隙较小的防止井斜角和井眼曲率变大的一种钻具组合。
刚性满眼钻具一般是由几个外径与钻头直径相近的扶正器与一定长度外径较大的钻铤所组成。
它的防斜原理是在钻头以上的下部钻柱上安装一定数量的扶正器，以扶正合钻铤；提高下部钻柱的刚度，减少其弯曲程度，以消除钻头的严重倾斜，使其能减小和限制由于钻柱弯曲而产生的增斜力，同时扶正器能支撑在井壁上，抗衡地层自然造斜力，以达到控制井斜在最小范围内变化的目的。
为了发挥满眼钻具的防斜作用，在钻具上至少要有三个稳定点，除在靠近钻头处有一个扶正器外，其上面应再安放两个扶正器才能保持有三点接触井壁。
如果只有两点接触，钻柱就能循沿一条曲线，不能保证井眼的直线性。
如果有三点接触，就能保证井眼的直线性和限制钻头的横向移动。
具体如下：1.在垂直或接近垂直的井眼中钻具的防斜作用：当钻具在垂直或接近垂直的井眼中工作时，它的作用是保持井眼沿直线方向加深。
上扶正器能抵消由于上扶正器以上的钻柱弯曲所产生的横向力，使上扶正器以下的钻柱居中，同时也帮助下扶正器抵消地层横向力。
下扶正器的作用抵消地层横向力，限制钻头的横向移动，当地层造斜力不大时，满眼钻具能保持刚直居中状态，使钻头沿铅直方向钻进。
2. 增斜时钻具的防斜作用：当钻进时井斜较大的地层时，满眼钻具能有力地抵抗地层横向力，减小井斜的变化。
在地层横向力的作用下，下扶正器和钻头靠向井壁高的一侧，抵抗地层横向力，限制钻头横向移动。
同时地层横向力势必要扭弯下扶正器上的短钻铤，由于钻铤刚度大，能有力地抵抗此地层的横向力。
中扶正器也帮助中扶正器以下的钻柱抵抗地层横向力。
因此，限制了钻头的横向移动和侧斜。
在已斜井眼内，钻具还有一个纠斜作用，这是由于上扶正器以上的钻铤因自重的作用靠在井壁低侧，并以上扶正器为支点将力下传，作用于上扶正器下的一根钻铤上有一个弯矩，此弯矩使中扶正器靠井壁高的一侧，再以中扶正器为支点将力下传使钻头趋向于井壁低的一侧，产生一个纠斜力。
钻具组合
对于定向井常规钻具组合1、增斜钻具（一般增斜率6゜/100m）增斜钻具组合一般采用双稳定器组合。
是利用杠杆原理设计的，它有一个近钻头足稳定器作为支点，第二个稳定器与近钻头稳定器之间的距离应根据两稳定器之间的刚性（尺寸）大小和要求的增斜率的大小确定，一般为20m（两根钻铤长度），两稳定器之间的钻铤在钻压下，产生向下的的弯曲变形，使钻头产生斜向力。
例如：1.1 对于9 5/8″井眼增斜钻具组合：9 5/8″Bit+Φ244mmSST+挡板+7″NMDC×1根+7″DC×1根+Φ244mmSST+ 7″DC×1根+Φ244mmSST +7″DC×2柱+5″DP（常规）9 5/8″Bit+Φ244mmSST+挡板+5″NMDP×1根+7″DC×1根+Φ244mmSST+ 7″DC×1根+Φ244mmSST +7″DC×2柱+5″DP（参考）9 5/8″Bit+Φ244mmSST+挡板+5″NMDP×1根+5″DP×1根+Φ244mmSST+ 7″DC ×1根+Φ244mmSST +7″DC×2柱+5″DP（参考）1.2 对于8 1/2″井眼增斜钻具组合：8 1/2″Bit+Φ214mmSST+挡板+6 1/4″NMDC×1根+6 1/4″DC×1根+Φ214mmSST+ 6 1/4″DC×1根+Φ214mmSST +6 1/4″DC×2柱+5″DP（常规）8 1/2″Bit+Φ214mmSST+挡板+5″NMDP×1根+6 1/4″DC×1根+Φ214mmSST+ 6 1/4″DC×1根+Φ214mmSST +6 1/4″DC×2柱+5″DP （参考）8 1/2″Bit+Φ214mmSST+挡板+5″NMDP×1根+5″DP×1根+Φ214mmSST+ 6 1/4″DC×1根+Φ214mmSST +6 1/4″DC×2柱+5″DP（参考）2、微增斜钻具（一般增斜率3゜/100m）微增斜钻具组合在井下的受力情况和增斜钻具相同，主要是通过减小近钻头稳定器与2号稳定器的距离或者减小近钻头稳定器的外径尺寸（欠尺寸稳定器），以减小钻具的造斜能力。
【钻井工程】第五章 钻柱及钻具组合设计
（3）钻柱由于旋转产生的离心力。
① 离心力的作用加剧下部钻柱的弯曲，使弯曲半波长度缩 短。
② 钻柱轴线呈变节距的空间螺旋弯曲曲线形状。
6
5.1钻柱的工作状态及受力分析
5.1.1钻柱的工作状态
（4）钻柱旋转运动4种形式 ① 钻柱围绕自身弯曲轴线旋动； ② 钻柱围绕井眼轴线旋转并沿着井壁滑动； ③ 钻柱围绕井眼轴线旋转，沿着井壁反向滚动； ④ 整个钻柱或部分钻柱作无规则的旋转摆动。
1258.82 267.39 266.42
165
0.4
1214.30
0.49
36.91
165
71.4
165
71.4
214
71.4
165
71.4
214
71.4
165
71.4
165
83.0
214
71.4
215. 9
9.0
1214.30
5.2
1214.30
1.5
1214.30
9.0
1214.30
1.5
1214.30
循环液体时的水力载荷所形成
t
1 F
K
d
q
n1 i1
Li
K
i
qc Lc
Qi
K
a
K
f
Qh
10
4
Qh Pt Pb F0 104
24
5.2钻井过程中各种应力的计算
5.2.1钻柱轴向应力的计算
2）钻柱下部压应力的计算
（1）在钻柱空悬或小钻压钻柱仍能保持直线状态的情况下， 泥浆浮力是集中作用在钻柱最下部端面上，此时钻柱最 下端所受的压应力为