井斜及其控制

第三节
2、设计要求
刚性满眼钻具控制井斜技术
（1）小间隙(满眼)，254mm->.79mm,254-381->1.58mm,>381->2.38 （2）大刚度(刚性)，通过增大尺寸获得。
（3）足够的支撑（针对不同地层造用不同的扶正条、长度和稳定器类型），
防止填埋入地层，增加稳定器数量和长度。 （4）适当的钻具长度：18－27m （5）近钻头稳定器： （6）短钻铤：
第三节
刚性满眼钻具控制井斜技术
3、稳定器位置计算
基本原则：
近钻头稳定器：直接装在钻头上 上稳定器：一般距中稳定器一根钻铤 中稳定器：最优位置计算(两种观点) （1）使钻头转角最小 （2）使钻头纠钭力最大

第三节
刚性满眼钻具控制井斜技术
计算原理：
通过分析钻头与中稳定器间钻铤的变 形，导出钻头偏角计算方程，再用求极 值方法求使偏角最小时的长度。
第三节
刚性满眼钻具控制井斜技术
3、稳定器位置计算
RA qsina RB
P
A

B
M
P’
L
建立函数： =f(L)， 求 最小的L值。
小结
1.了解造成井斜的原因 2.掌握钟摆钻具控制井斜的工作原理及设计原则 3.掌握刚性满眼钻具控制井斜的工作原理及设计原则
重点：刚性满眼钻具控制井斜的工作原理及设计原则
第三节
刚性满眼钻具控制井斜技术
1）在垂直井眼内 作用：保持井眼沿垂直方向钻进 原理：稳定的居中钻柱减少钻柱
弯曲； 近钻头稳定器限制钻头 横向位移和钻头偏转。
第三节
刚性满眼钻具控制井斜技术
2）在增斜井眼内 作用：减缓增斜速度 原理： 钻头稳定器限制钻头 横向位移和偏转；钻 头横向位移使短钻铤 产生弯矩抗拒弯曲。
二、井斜的危害 开发：
•打乱布井影响开发方案； •下封隔器、及其座封困难； •影响分层开采、注水开采等作业； •加剧抽油杆与油管间磨损； •下电潜泵困难。
概述
二、井斜的危害 钻井工程：
键槽卡钻、起下钻遇阻、井
壁坍塌； 钻柱磨损套管； 钻柱疲劳破坏 钻杆接头产生热龟裂损坏； 下套管困难、套管不居中、 影响固井（顶替）质量

Fa Fb
1. 地质因素
1.4 断层
破碎带疏松不稳定，钻头受力不均、工作不稳造 成井斜。
1.5 地应力 1.6 裂缝发育带
以上因素是影响井斜的客观因素，是不可避免 的。除了这类因素外，钻井过程中主观的操作因素 也是造成井斜的主要原因，而这因素一般可规为钻 柱弯曲这一原因。
2. 下部钻柱弯曲对井斜的影响
1
3
如图6－3所示：Vt1 > Vt2 > Vt3 。
2
1
1. 地质因素
1.3 岩性交替变化
Fa
软地层 硬地层
井斜方向：上倾 影响机理：
由软地层－>硬地层
硬地层支撑，软地层吃入钻进快， 偏转力矩造成井斜。
Fb
由硬地层－>软地层
Fa Fb
软地层
硬地层 产生台阶力
1. 地质因素
以上三因素均与地层倾角有关，可见， 地层倾角是影响井斜的一个关键因素！
特点：
刚性大，填满井眼
第三节
刚性满眼钻具控制井斜技术
二、刚性满眼钻具的工作原理


刚度大，间隙小，稳定器与井壁多 点支撑，在大钻压下不易弯曲所造 成的井斜，使钻压对井斜影响小。 地层横向力使稳定器顶住井壁而能 承受了部分造斜力。 短钻铤的弹性弯曲在钻头上产生抗 斜力
关键：保证钻铤不发生弯曲，从而防 止和减小了钻头出现的偏斜

T
F W2
Ff F1 P B
W
Fd
2. 下部钻柱弯曲对井斜的影响
③ 分析：

井斜平衡角主要取决于三个因素：
钻压、钻铤尺寸和井眼尺寸。
2. 下部钻柱弯曲对井斜的影响
讨论:
愈大 ; –钻压愈大，钻具的造斜力愈大 –井眼与钻具的间隙愈大，可能的弯曲角 愈大 大，钻具的造斜力愈大 ; 愈大; –井斜角愈小，钻具的造斜力愈大 愈大; –钻柱愈轻，钻具的造斜力愈大 愈大。 –切点愈低，钻具的造斜力愈大
增大切点高度的方法：
F1 B Fd
在比切点略高处安装一个稳定器
第二节
钟摆钻具控制井斜技术
T
二、钟摆钻具稳定器安放位置计算
稳定器位置的正确安放是钟摆钻具技术的关键：
过 过

低：纠斜力偏小，效果差。 高：稳定器以下可能形成新的切点、
使钟摆钻具失效。
理想位置：在保证稳定器以下钻柱不与井

M
第三节
刚性满眼钻具控制井斜技术
3）在降斜井眼内 和偏转；短钻铤的弹 性恢复力使降斜减缓。
第三节
刚性满眼钻具控制井斜技术
结论： 在直井内当地层造斜力不大时可保持 直线钻进；在弯曲井 ( 增斜、降斜井 ) 减 缓井斜的变化速度，使井眼趋于小曲率 的平滑曲线。可施加较大钻压钻进。
3
EJ z qm
r 1 .0 2 m
2. 下部钻柱弯曲对井斜的影响
B. 弯曲情况：
弯曲钻柱是什么形状？
一次弯曲，二次弯曲切点和最大疲劳应力的 位置各在何处？P.99式6-5 在什么条件下弯曲钻柱中的应力会过载？
弯曲钻柱与井壁相互作用力有多大？
2. 下部钻柱弯曲对井斜的影响
一次弯曲，二次弯曲
造斜力:
F1 P sin Ff
降斜力： 1 Fd W sin 2
Fi Ff F1 P B Fd W2 F
T
W
2. 下部钻柱弯曲对井斜的影响
② 钻头上受的力：
在井眼方向： 钻压分量：P· cosβ , 由钻柱重量产生 在垂直于井眼方向： 造斜力：F1= 钻压分量＋地层造斜力 =Fi+Ff=Psinβ +Ff 钟摆力： Fi Fd=F/2 当： F1＝Fd时， 平衡 F1>Fd时， 井斜角增大 F1<Fd时， 井斜角减小--->达到新的平衡。
A

N
O O B

概述
三、井斜的度量指标 井斜角 井底水平位移 井斜变化率 方位角 方位变化率 井斜平面 方位平面 定义 ：OAB平面
A

N
O O B

概述
三、井斜的度量指标 井斜角 井底水平位移 井斜变化率 方位角 方位变化率 井斜平面 方位平面
P
基本原理：
钻柱弯曲
钻头与井眼轴线有一倾角
井斜
问题：
下部钻柱何时引起井斜，必须分析：
弯曲条件，弯曲情况，防止弯曲的方法

2. 下部钻柱弯曲对井斜的影响
P 2.1 垂直井内下部钻柱弯曲对井斜的影响：
① 现象：
钻压为零或在合适的小钻压下： 钻柱是直的 钻压增至钻压临界值：
钻柱发生弯曲。
T
弯曲钻柱与井壁的接触点称为切点， 弯曲钻柱使钻头偏离井眼轴线一个角度 、称为钻头倾斜角(钻头转角)。

N
O O

概述
三、井斜的度量指标 井斜角 井底水平位移 井斜变化率 定义： N 方位角 井底在水平面上偏离原井口的 方位变化率 大小OB 井斜平面 方位平面
A

O O B
概述
三、井斜的度量指标 井斜角 井底水平位移 井斜变化率 方位角 定义 ： 方位变化率 单位长度内井斜角的变化 值 , 井斜平面 /L 方位平面
概述
三、井斜的度量指标 井斜角 井底水平位移 井斜变化率 方位角 方位变化率 井斜平面 方位平面

N
O O

概述
三、井斜的度量指标 井斜角 井底水平位移 定义： 井斜变化率 井眼轴线的切线与铅垂直线 方位角 之间的夹角 方位变化率 井斜平面 方位平面
A

N
O O B

概述
三、井斜的度量指标 井斜角 井底水平位移 井斜变化率 方位角 方位变化率 定义： 井斜平面 井眼轴线的切线在水平面投影 的方向与正北方向之间的夹角。 方位平面
A

N
O O B

概述
三、井斜的度量指标 井斜角 井底水平位移 井斜变化率 方位角 方位变化率 井斜平面 定义 ： 方位平面 单位长度内方位角的变化值 , /L
机理：重压 崩掉 遗留小台阶 直至井眼与斜面垂直为止 。 (小造斜器理论)
方向：<45，上倾；>60，下倾
影响：倾角越大、成层性越强、 钻压越大，则井斜越大。
有效井径
1. 地质因素
3 2
1.2 地层各向异性 机理： 钻头将沿岩石可钻性最好
的方向钻进。
钻进往往沿着强度最低，可钻性最好的方 向进行。但预定的钻进方向往往和可钻性最好 的方向不重合，故井眼发生偏斜。一般说来由 于成层状况、胶结、层理等造成垂直于层面的 方向强度低、可钻性好。
造成井斜的原因是由于钻头受到一附 加的造斜力的作用，因此分析钻头上的受力
情况可帮助我们了解影响井斜的主要因素。
2. 下部钻柱弯曲对井斜的影响
① 斜直井内钻柱的受力 分析 基本假定：（略） 钻柱受力图：
Fi 重力W(分解为F与W2), 钻头处侧向力Fb Ff F P Fd W2 F
T
W
2. 下部钻柱弯曲对井斜的影响
2. 下部钻柱弯曲对井斜的影响
由前面分析可以看出, 防止井斜可从两方面入手：

T
1、提高钻头上的防斜力 2、降低钻头上产生的增斜力
Fi Ff F1 B

Fd
第二节
钟摆钻具控制井斜技术