复合钻具组合力学分析
3复合钻具组合
3.1复合钻具组合简介
复合钻进技术，即螺杆+PDC钻头或牙轮钻头钻井技术，但是一般应用螺杆+PDC钻头，目前在油田被广泛使用。其原因包括：一是高效PDC钻头对付某些地层的优势明显大于牙轮钻头；二是近年来螺杆钻具的质量不断提高，寿命大大加长，所以和PDC钻头匹配，可充分发挥PDC钻头的效能；三是在深井、小井眼中常规钻井的动力损耗很大，并且容易出现套管磨损及钻杆疲劳破坏，而复合钻进技术是利用井底马达直接驱动钻头，动力损耗很小，改善了钻具在井下的工况，从而提高了钻井的安全性。螺杆钻进的同时，启动转盘有以下目的:防止钻具被卡，减少钻具“偷压”直井中防止井斜，维持钻头沿垂直力方向钻进，在定向井中的稳斜段维持钻头沿原井斜和方位钻进(使用弯螺杆)；协助螺杆辅助钻进。
3.2纵横弯曲法对弯接头-螺杆钻具组合受力变形分析的理论扩展
与钻具钻井底部钻具组合不同，使用弯接头-井下动力钻具组合钻进时，由于存在工具面和装置角（又称工具面角）Ω，当Ω0时，即使钻具组合位于一维井身或二维井身内，问题的性质也是三维的。也就是说，此时不仅存在钻具组合因弹性变形而造成的钻头造斜力，同时也存在相应的钻头变方位力。再加上造斜段的井斜角一般较小，于是更易造成方位漂移。所以，从理论上定量分析这种造斜力和变方位力，从而悬着、控制井斜变化率和方位变化率，对于定向钻井尤其是从式钻井是非常重要的。但要用纵横弯曲法求解弯接头-螺杆钻具组合的受力和变形，还必须进行理论上的扩展。
1.问题的性质及处理方法
在对弯接头-螺杆钻具组合进行受力与变形的分析计算时，由于其结构上的特点，将和对钻盘所用的井底钻具组合存在以下主要区别：
（1）钻盘所用的井底钻具组合，自钻头到第一个稳定器间的部分（第一跨）一般是由同种规格的钻铤所组成（不计钻头和钻铤的配合接头），并且沿轴向具有相同的抗弯刚度；而井下动力钻具却因自身的结构（如对螺杆钻具，自下而上由传动轴总成、万向轴、单螺杆马达总成和旁通阀组成），其抗弯刚度沿轴向是变化的，因此直接采用纵横弯曲法存在困难。
（2）钻盘所用的井底钻具组合，在受力变形前其轴线为直线，不存在结构弯角；而弯接头-井下动力钻具组合因存在弯接头而造成的结构弯角，因而也不能按前面所述的那样来分析这种钻具组合。
（3）弯接头-井下动力钻具组合因存在结构弯角，所以弯接头上、下俩部分的轴线决定了一个平面，即工具面。在采用弯接头-井下动力钻具组合进行钻进时，如果定向不准或扭方位就存在装置角问题，如图3-5所示。
图3-5 装置角与平面P、R、Q间的关系
装置角定义如下：从钻头上方向看由井斜平面P顺时针旋转而达到工具面所转过的角度，即为装置角（又称工具面角）。
显然由于装置角Ω的存在和变化，增加了问题分析的复杂性和难度。这是对弯接头-井下动力钻具组合进行受力分析和变形分析时所面临的又一特殊问题。
因存在上述三点差异，所以必须进行如下几方面的相应处理，然后方能用纵横弯曲法分析弯接头-井下动力钻具组合的受力与变形。
2.井下动力钻具的等效截面惯性矩、等效抗弯刚度和临界侧向力的实验测定
为了用纵横弯曲法分析弯接头-井下动力钻具组合的受力和变形，须首先进行如下简化处理：把该钻具组合（BS-DHM）的第一跨（即弯接头弯点以下的部分，包括钻头、配合接头、动力钻具和弯接头的一段）视为一根等效钻铤。等效钻铤在以下几个方面与原钻具组合的第一跨总体等效。
（1）外径；
（2）长度；
（3）重量（或线重量）； （4）受力后产生的弯曲挠度。
等效钻铤是一个均匀、连续、具有相同的圆环横截面的梁柱，其截面轴惯性矩（dI）和等效抗弯刚度（dEI）分别称为动力钻具的等效截面惯性矩和等效抗弯刚度。引入等效钻铤假设后，即可采用纵横弯曲法进行受力变形分析。
由于涡轮钻具和螺杆钻具内部结构比较复杂，不仅截面形状和尺寸随轴向长度发生变化，而且材料也有变化（钢、橡胶等），因此，也需要从理论上不易准确计算其等效抗弯刚度和等效截面轴惯性矩，须由实验确定。
另外，由于动力钻具的传动轴部分可能存在橡胶扶正轴承（如LZ165型螺杆钻具），当有侧向力作用于钻头时，必然会存在因橡胶大变形而产生的临界侧向力；当侧向力连续增加时，才比较真实地反映简支梁的受力变形关系。因此，也需要从理论上进一步确定该临界侧向力值的大致范围。
下面以国产LZ165-1型螺杆钻具为例，进行下述两项实验。其实验原理和方法也适用于其他类型的螺杆钻具和涡轮钻具。
1）实验1
（1）目的。
用实验方法测定LZ165-1型螺杆钻具的等效抗弯刚度和等效截面轴惯性矩。
（2）原理。
根据材料力学，图3-6（c）所示简支梁的受力与变形等于(a)、(b)两图的叠加。
(a) (b) （c）
图3-6 动力钻具等效抗弯刚度测定原理
因此
312fff
而
3248dPLffEI
则
348dPLEIf
和
348dPLIfE （3-19）
所以只要能测出f即可求出EId和Id。为简便起见，设等效钻铤材料为钢，6252.110/2.05810MPaEkgfcm。
（3）实验方法与步骤（见图3-7）
图3-7 动力钻具等效抗弯刚度测定的实验方法 ①把螺杆钻具加提升短节（代替钻头）后水平放置在固定液平台上的两个台钳上，加紧以消除钳口机构存在的间隙；
②把5个百分表放于图中位置，记下表的读数0(1~5)jfj；
③在螺杆钻具（包括提升短节）的中点系钢丝绳，连弹簧拉力计并和天车吊钩相连，启动提升机构，产生向上的拉力iP，记下百分表读数jif；
④由百分表读数计算()jif和()djiI
11()()idjdjiIIi
11()jddjIIj
例如在实验中，梁跨中点的百分表的测量数据如表3-1所示。其fP的关系曲线如图3-8，可见二者存在较好的线性关系。
图3-8实验1的fP曲线
表3-1LZ165-1型螺杆钻具等效抗弯刚度测定实验数据记录
i 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Pi,kgf 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
33,10ifcm 0 51 94 157 201 275 336 380
427 479
由表3-1中数据可求出
43(I)2258()dcm
对5个百分表的测量数据进行计算，求出的总体等效截面轴惯性矩Id值与此相近。
总体等效抗弯刚度
92102EI4.741810()4.64710(N)dkgfcmcm
2）实验2
（1）目的。
用实验方法确定LZ165-I型螺杆钻具钻头侧向力与钻头侧向位移间的关系，以消除传动轴扶正轴承橡胶大变形对动力对动力钻具刚度的影响，找出传动轴外壳参与钻具整体变形的侧向力临界值，为动力钻具的力学计算提供依据。
（2）原理。
传动轴总成部分的受力简图如图3-9所示。钻头侧向位移和侧向力之间的关系曲线应该由两部分组成：第一部分为曲线（非线性关系）；第二部分为直线（线性关系），线性关系的起始点所对应的侧向力即为所求的临界值。
（3）实验方法与步骤。
○1把螺杆钻具加提升短节（代替钻头）放置在钻具拆装架上（如图3-10），并加紧以消除钳口机构存在的间隙；
○2把百分表放置在图示位置并调零；
○3用天车和弹簧拉力计产生拉力iP，并记下相应的百分表读数if；
○4重复上述加载过程。
图3-9 动力钻具侧向临界值的测定原理
图3-10 动力钻具侧向力临界值的测定实验方法
表3-2列出了有关的实验数据记录，作fP曲线如图3-11所示，可以看出A点对应的侧向力值即为临界侧向力cP，50kgf490cPN。当 P>50kgf时，测点位移与力显示了良好的线性关系。
表3-2
LZ165-I型螺杆钻具钻头侧向力临界值测定实验数据记录
i 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Pi,kgf 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 450 400 450 500 550
Δfi,10-3cm 0 107 154 184 214 249 286 318 340 375 415 447 477 544 608 673 740 808
图3-11 实验2的fP曲线
（4）数据分析。
应该指出，实验2中的钻具是呈水平放置在拆装架上，在加载过程中，拉力P中的一部分用以客服传动轴自重的影响。钻具放置的位置不同，所测出的临界侧向力值也将不同。当钻具水平放置时，所测出的cP值最大，max50cPkgf；当钻具铅垂放置时（传动轴自重对cP的影响将不存在）所测出的cP值最小。根据螺杆钻具的结构情况，此时min25cPkgf。
螺杆钻具在井下进行造斜和扭方位作业时，将处于不同的井斜角条件下，因此可取 25~50cPkgf
考虑到大多数工况中井斜角较小，所以，一般认为cP略大于25kgf。实验表明，只要施加给钻头的侧向力大于临界值cP，钻头的位移、钻具的挠度和钻头侧向力间即具有良好的线性关系，而在实际钻进过程中，钻头上的侧向力远大于cP。这一事实说明把井下动力钻具简化为等效钻铤这一方法是合理的，其结果对工程计算具有足够的精确性。
3.基本假设和力学模型
在用纵横弯曲法分析弯接头-井下动力钻具组合的受力与变形时，采用如下的基本假设：
（1）弯接头以下的动力钻具组合被简化为等效钻铤（均匀、连续的等圆环截面梁柱）。
（2）钻具组合在变形前后，其弯接头弯角顶点处的两条切线保持不变。
（3）井壁呈刚性，且弯接头肘点与井壁为点接触。
（4）钻头中心在井眼中心线上，且井眼轨道为等截面圆柱体。
（5）钻压为常量，其方向沿钻头处井身中心线的切线。
（6）不考虑钻头动载、转动和钻具振动等动态因素的影响。
（7）不考虑地层力和地层力偶的作用。
以上的7条基本假设，除（1）、（2）两条外，其余均为用纵横弯曲法在分析转盘钻井底钻具组合时所采用的常规假设，也是其他几种分析方法所共同遵循的。
弯接头-井下动力钻具组合受力与变形的力学模型如图3-12所示。图中为二维井身，自上切点T往下的弯接头-井下动力钻具组合被简化为双跨纵横弯曲连续梁oBT，aP为井壁作用于钻头的侧向反力。
图3-12 用纵横弯曲法分析弯接头-井下动力钻具组合的力学模型
油气深井随钻扩眼钻柱扭转振动分析
第３０卷第６期 ２００８年ｌ２月 西南石油大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｅｄｉｔｉｏｎ １ Ｖｏ１．３Ｏ Ｎｏ．６ Ｄｅｅ． ２ｏｏ８
文章编号：１０００—２６３４（２００８）０６～００８１—０４
油气深井随钻扩眼钻柱扭转振动分析
石晓兵，陈平，熊继有
（“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室・西南石油大学，四川成都６１０５００）
摘要：针对深井、超深井、高压油气井等钻井作业中安全高效的扩眼问题，研究随钻扩眼钻具组合在井下的实际受 力情况，对随钻扩眼钻进钻柱扭转振动进行了三维有限元模拟，提出了研究扩眼器的质量偏心、钻机顶部支撑等因素 对扭转振动作用的力学分析模型，并讨论了随钻扩眼钻具组合的扭转振动频率和动力学强度等力学问题。通过分析 提出了在实际施工作业中减少扭转振动带来危害的技术措施，为油气深井高效随钻扩眼的钻井参数的优化和安全钻 进提供了理论基础和参考依据。 关键词：油气深井；钻井；随钻扩眼；扭转振动 中图分类号：ＴＥ２４５ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３８６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—２６３４．２００８．０６．０１９
引 言
随着石油工业的发展，油气勘探面临越来越复
杂的地质问题，钻井难度越来越大，特别在深井和超
深井中，钻井作业的复杂性、高压油气井的钻井作业
等都使安全高效的扩眼作业技术需求不断增长，扩
大井眼直径使其超过钻头尺寸可以解决复杂问题，
例如盐层蠕变缩径、钻屑沉积、井壁形成虚泥饼。在
深井钻井中要求下多层套管，为了扩大井眼尺寸、降
低钻井成本，增加了对更可靠的井下扩眼器的应用
需求¨ 。随钻扩眼（ＲＷＤ）是解决复杂深井阻卡、
非常规井身结构应用和提高固井质量的有效手段。
目前这项技术掌握在国外技术服务公司手中，只做
技术服务，工具研制和钻具组合设计原理没有公开
预弯曲动力学防斜打快钻具组合动力学模型
第２８卷第６期
２００７年１１月 石 油 学 报
ＡＣＴＡ ＰＥＴＲＯＬＥＩ ＳＩＮＩＣＡ Ｖｏ１．２８ Ｎｏ．６
ＮＯＶ． ２００７
文章编号：０２５３－２６９７（２００７）０６—０１ １８—０４
预弯曲动力学防斜打快钻具组合动力学模型
狄勤丰 朱卫平 姚建林 邹海洋
（上海大学、上海市应用数学和力学研究所 上海 ２０００７２）
摘要：建立了预弯曲动力学防斜打快钻具组合的动力学模型，对其动力学特性进行的仿真研究。结果表明，这种模型可以较好地
反映出钻具组合在井下的涡动轨迹、涡动速度和涡动方向，同时能近似地计算出这种钻具组合的动态相对防斜力大小。钻具组合
的涡动使得钻头对下井壁的动态侧向冲击力明显大于对上井壁的动态冲击力，从而使钻头具有较大的动态防斜力。通过合理设计
结构参数和施工参数，可以有效地改善预弯曲动力学防斜打快钻具组合的涡动特征，从而使这种钻具组合具有较好的防斜效果。
预弯曲动力学防斜打快技术的使用钻压比钟摆极限钻压提高５０％以上，相应地提高了机械钻速。
关键词：预弯曲动力学防斜打快技术；钻具组合；涡动特征；侧向冲击力；动力学模型
中图分类号：ＴＥ２４２ 文献标识码：Ａ
Ｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｂｏｔｔｏｍ ｈｏｌｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｐｒｅ－ｂｅｎｄｉｎｇ
ｄｙｎａｍｉｃ ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｎｄ ｆａｓｔ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｄｉ ＱｉｎＩｅｎｇ Ｚｈｕ Ｗｅｉｐｉｎｇ Ｙａｏ Ｊｉａｎｌｉｎ Ｚｏｕ Ｈａｉｙａｎｇ
（Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００７２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｂｏｔｔｏｍ ｈｏｌｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ（ＢＨＡ）ｕｓｅｄ ｉｎ ｐｒｅ－ｂｅｎｄｉｎｇ ｄｙｎａｍｉｃ ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｎｄ ｆａｓｔ ｄｒｉｌｌｉｎｇ（ＰＢＤＶＤ）ｔｅｃｈ—
TK1106井大尺寸井眼复合钻井技术的应用
第９卷第１期 重庆科技学院学报（自然科学版） ２００７年３月
ＴＫ１ １ ０６井大尺寸井眼复合钻井技术的应用
吴虎 侯学军 张克明
（１．吐哈石油油气开发公司，新疆鄯善县８３８２０２；２．重庆科技学院，重庆４０００４２；
３．吐哈石油钻采工艺研究院，新疆鄯善县８３８２０２）
摘要：为提高勘探开发总体效益，缩短钻井周期，实现快速复合钻进，针对塔河油田地层特点，在ＴＫ１１０６井大尺寸井
眼首次使用ＰＤＣ钻头配合螺杆应用复合钻井技术，达到了预期效果。该项技术对大幅度提高机械钻速、保证井身质 量、实现快速安全钻进具有一定的实用价值。 关键词：塔河油田；大尺寸井眼；复合钻井；机械钻速；井身质量 中图分类号：ＴＥ２４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—１９８０（２００７）０１－００１３－Ｏ３
１塔河油田大尺寸井眼快速钻进技术难点
（１）机械破岩能量严重不足：大尺寸钻头的破岩
体积大．‘ｌ，３１１．２ｍｍ钻头的破岩体积是Ｏ２１５．９ｍｍ
钻头破岩体积的２．０８倍。所加钻压一般均在１６０～
２８０ｋＮ，转速一般为６０～９０ｒ／ｍｉｎ，钻头在井底的机械
破岩能量（单位面积上的钻压×转速）严重不足，钻
头齿很难吃入岩石，破岩方式主要以研磨为主，而不
是体积破碎，导致钻头破岩效率低。
（２）钻头类型少，结构单一：钻头选型受到限制，
不能满足深井岩性变化大、夹层多的实际情况。
（３）可钻性差：‘ｌ，３１１．２ｍｍ钻头所钻地层一般在
中深泥岩井段，为稳定井壁，需要提高钻井液密度，
高围压下岩石可钻性变得更差。
（４）提高机械钻速与井身质量控制矛盾突出：塔
河油田属山前构造带，地层倾角大、造斜能力强，当
钻压超过１６０ｋＮ以后，井斜增加非常迅速，常规的
塔式、钟摆、满眼等传统防斜钻具即使以牺牲钻速为
代价也不能满足井身质量要求．进一步制约了机械
钻速的提高。
２大井眼复合钻井方案研究
（１）复合钻井提高机械钻速和防斜机理
非常规水平井钻井优快钻井技术探讨
非常规水平井钻井优快钻井技术探讨
目前全球的石油资源都十分的缺乏，想要有效地缓解我国的油气资源紧张的局面，非常规油气作业是一种重要的手段，是保障我国石油资源安全可持续发展的重要措施。本文主要阐述了国内外的非常规油气水平井钻井技术，分析和研究了其中主要的技术难点，借鉴国外的先进技术和经验，找到符合我国国情的非常规水平井钻井提速增效的措施，改进和完善钻井工程相关技术，保证我国的非常规油气井顺利开采。
标签： 非常规水平井；钻井提速增效
美国是世界上第一家实现非常规页岩气资源开采的国家，目前非常规油气的勘探和开发已经被越来越多的国家关注，非常规储层具有开采量大、成本低等特点，产生的原因主要是因为裂缝网络的增加和储层之间的接触体积改造的新理念，我国在非常规油气的开采技术还处于初级阶段，具有很大的开发潜力，能够取得很好的效果，非常规油气储层具有孔隙较小、渗透率较低的特征，开采難度比较大，一般情况不能实现自然产能，需要我们采取特殊的工艺和手段进行开采。
1. 非常规水平井钻井提速增效措施
由于储层体积改造是非常规开发的核心问题，因此以往的工程优化思路，显然不能满足非常规储层下高效开发的需要，因此要建立以体积改造为首要目标的新工作流程。必须以体积改造为主，再优化钻井及完井方式，使其成为新的有机结合体。长水平段水平井是非常规油气开发的主导技术，已经具备实施长水平段水平井3000m 以上的技术能力，借鉴国外经验，结合自身特点，初步形成了适合非常规油气藏的钻井工程设计技术、优快钻井技术、钻井液技术等3方面的核心技术。
1.1钻井工程设计
（1）井身结构设计。
非常规油气藏由于其特殊性，井身结构设计不仅要考虑钻井施工安全，还要充分考虑后期压裂改造的需要。页岩油气储层钻井过程中一个突出的问题就是井眼垮塌问题，而井眼垮塌问题往往是由页岩不稳定性造成的，因此，页岩油气井井身结构设计主要原则：进入页岩储层下技术套管保证上部井眼的稳定性。致密砂岩油气藏井身结构设计主要原则：进入致密砂岩水平段下技术套管保证小井眼水平段的延伸能力，同时为后期压裂改造创造条件。
低压脉冲空化射流复合钻井技术
２０１０正 第４卷・第６期 天然气技术 Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．４．ＮＯ．６ Ｄｅｃ．２０１０
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—９０３５．２０１０．０６．０１７
低压脉冲空化射流复合钻井技术
李文飞王光磊周延军陶林
（胜利石油管理局钻井工艺研究院，山东东营２５７０１７）
摘要 低压脉冲空化射流复合钻井技术是在钻头与钻具组合之间安装一个低压脉冲空化射流调制装置，通 过其对射流进行调制，产生脉动低压改变井底岩石的受力状态，降低抗破碎强度，提高钻头机械破岩效率，同时 变常规连续射流为空化射流，增加井底水力破岩和清岩效率，进一步提高深井钻井速度。塔河油田现场实验结果 分析表明，实验井段５ ３４９～６ １６２ ｍ，纯钻时间为１２９．３６～１３６．６３ ｈ，低压脉冲空化射流调制器工作正常，与临井 相同井段对比，机械钻速平均提高４０．６％～８５．１％。 关键词 低压脉冲空化射流深井钻速塔河油田
中图分类号：ＴＥ２４２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７３—９０３５（２０１０ Ｊ ０６—００５５—０３
Ｏ引言
塔河油田深部油气层的不断发现，使得深井、
超深井日益增加 。在钻探的过程中，在地面设备
能力有限的条件下，钻柱内及环空水力能量损失较
大，使得井底钻头水功率大幅减少，从而降低了井
底岩屑的清除能力，严重影响了机械钻速的提高。
低压脉冲空化射流复合钻井技术是在钻头与钻具组
合之间安装一套射流调制器，通过对钻柱内部钻井
液流动特性的调制，使得井底钻头附近区域瞬间产
生脉动性低压状态，降低岩石破碎强度，同时改变
钻头喷嘴处的常规连续射流为空化射流，提高井底
水力能量，从而提高深井钻井速度的技术。
ｌ低压脉冲空化射流复合钻井技术提速机理
１．１ 脉动性低压提高岩石破碎率
作用在井底的钻井液柱压力与地层压力之间的
压力差是影响钻井速度提高的主要原因之一。室内
实验研究与现场钻井实践分析表明，井底压力差的
螺杆钻具防斜打快技术分析
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。
预弯曲钻具组合在软硬交错地层的应用
预弯曲钻具组合在软硬交错地层的应用
王怡; 陈小锋; 孙连忠; 姚志泉
【期刊名称】《《科学技术与工程》》
【年(卷),期】2019(019)021
【总页数】5页(P136-140)
【关键词】预弯曲钻具; 软硬交错指数; 防斜; 预测方法
【作 者】王怡; 陈小锋; 孙连忠; 姚志泉
【作者单位】页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室 北京100100; 中石化石油工程技术研究院 北京100101; 中石化西南石油工程有限公司重庆钻井分公司
德阳618000
【正文语种】中 文
【中图分类】TE24
川西海相气井在中浅部软硬交错地层钻井过程中存在应用传统防斜钻具组合效果差的难题。某井在二开直井段在井身质量控制上自浮式测斜仪和电子多点跟踪，在井段1 430～2 000 m进尺快，地层倾角大，井斜偏大最大井斜为5.34°；部分井采用轻压吊打技术，限制了钻压，虽然井斜得到了控制，但也因此导致机械钻速较低；某井引进V-pilot垂直钻井系统，井斜最大仍达到3.3°。因而随后的钻井基本采用国外Power-V等进口垂直钻井系统，以克服中浅部地层防斜打快的难题。但随着后期规模化效益化开发，垂直钻井系统经济性不高，本地区的低成本直井防斜打快仍然是一个亟待攻克的难题。为此，钻井技术人员一直在探索一种高效低成本的防斜打快技术。而在现有的防斜打快技术中，预弯曲动力学防斜打快技术在现场取得了较好的使用效果，狄勤丰等[1]、高德利[2]重点开展了预弯曲钻具防斜技术及其受力、动力学分析等，这项技术对于高陡易斜地层应用效果显著[3—5]。但目前还未见考虑地层软硬交错特征的该项技术的适用性分析方法。考虑到川西地区浅部地层软硬交错程度突出，是地层造斜的主要原因，尚缺乏有效的预弯曲动力学防斜打快技术在此类易斜地层的定量化的适用性评价方法。为此提出一种考虑地层软硬交错特征及地层倾角影响的易斜地层预弯曲钻具选择方法，为川西中浅部软硬交错地层选择该技术提供基础参考。
定向井施工中扶正器钻具组合应用探讨
定向井施工中扶正器钻具组合应用探讨
摘要：为加快钻速，降低成本，大部分定向井都在定向钻具定向至一定井斜后，换常规钻具组合继续钻进。常规钻具中的主要工具是扶正器，作为控制井身轨迹的主要工具，扶正器在定向井、丛式井、水平井中得到普遍应用。本文介绍了单扶钻具组合、双扶钻具组合的特点及用途，分析了扶正器钻具组合对定向井施工的影响，具有一定借鉴意义。
关键词：定向井；扶正器；钻具组合；影响因素
1 扶正器的类型和用途
定向钻井中，常用的扶正器有螺旋扶正器和滚子扶正器两种。扶正器在定向钻井中的用途如下：①在增斜钻具组合和降斜钻具组合中，扶正器起支点作用，通过改变扶正器在下部钻具组合中的位置，可改变下部钻具组合的受力状态，达到控制井眼轨迹的目的。在增斜钻具中，近钻头扶正器为支点，扶正器上部的钻铤受压后向下弯曲，迫使钻头产生斜向力来达到增加井斜的目的。在降斜钻具中，扶正器离钻头的距离一般为10～ 20m。扶正器下面的钻具靠自身重力，以扶正器为支点产生向下的钟摆力，达到降斜的目的。②增加下部钻具组合的刚性达到稳定井斜和方位的目的。稳斜钻具组合是减小钻头与扶正器之间，以及扶正器与扶正器之间的相对距离，增强下部钻具的刚性，以限制下部钻具受压变形，收到稳斜效果。③修整井眼，使井眼曲率变化平缓，圆滑。有利于减少井下复杂情况。扶正器下井前，应认真检查扶正器的外径，磨损情况和扶正器在钻具组合中的安放位置。扶正器的外径磨损应不大于2mm。
2 常用扶正器钻具组合
2.1 增斜钻具组合
增斜钻具组合一般采用双扶正器钻具组合。增斜钻具是利用杠杆原理设计的。它有一个近钻头足尺寸扶正器作为支点，第二个扶正器与近钻头扶正器之间的距离应根据两扶正器之间钻铤的刚性（尺寸）大小和要求的增斜率大小确定。除了考虑增斜能力和稳方位能力外，还必需考虑减小井下阻卡和防止钻具事故。
3 孔底钻具的受力与变形解析
3 孔底钻具的受力与变形
了解在孔内工作状态下的钻具受力及其变形，是选用钻具和制定正的钻进工艺和钻进参数的前提条件之一。
3. 1孔底钻具作用力概述
孔底钻具在不同的工作状态以及不同的位置上作用着不同的载荷。概括起来，钻具承受着以下几种基本载荷:
① 轴向力 工作状态的钻具，首先作用有钻机的轴向推力、钻具自重在钻孔方向的分力、钻具与孔壁的摩擦力;其次还有循环系统在钻具内及钻头水眼上耗损的压力而且当钻具遇阻、遇卡，也会增大轴向载荷。
②径向挤压力 钻机卡盘在进行起、下钻和旋转钻进等作业时，将在钻具上引起一定的挤压力，同时管内循环水也将对钻具产生挤压力。
③ 弯曲力矩 弯曲力矩的产生是因钻具上有弯曲变形的存在。引起钻具弯曲变形的主要因素是给定的钻压超过了钻具的临界值或钻具在弯曲的钻孔内钻进；另外离心力的作用也会引起钻具的弯曲变形。在弯曲状态下，弯曲钻具如绕自身轴线旋转（自转）则会产生交变的弯曲应力。
④ 离心力 弯曲钻具在某些条件下，将会围绕钻孔中心线旋转（公转）而产生离心力，它促使钻具更加弯曲。
⑤ 扭矩 钻机破碎煤岩的功率是通过回转卡盘传递给钻具的。由于钻具与孔壁和循环水有摩擦阻力，因此钻具所承受的扭矩，孔口比孔底大（非孔底动力钻具正常钻进情况下）。
⑥ 纵向振动 由于钻头破碎煤岩的不均匀和煤岩的非均质性，将引起钻具的纵向跳动。当外界的周期性干扰与钻具的固有频率接近时，钻具引起共振，出现剧烈跳钻。这不但影响钻头的使用寿命，而且易引起钻具的疲劳破坏。
⑦ 扭转振动 由于钻头结构、地层、钻压等因素的变化，孔底的反扭矩也将随之变化。变化着的扭矩将引起扭转，当转速达到某一临界值时，钻具也可能出现扭转共振现象。用刮刀钻头钻进软硬交替地层时，钻具上受到剧烈的扭振，出现所谓的“蹩跳”。
⑧ 横向摆振 在某一临界转速下，钻具将出现摆振，其结果是钻具进行公转，引起钻具严重偏磨。
RWD随钻扩眼下部钻具组合的强度分析
第３０卷第１期 Ｖ０１．３Ｏ Ｎｏ．１ 钻 采 工 艺 ＤＲＩＩＪＪＮＧ＆ＰＲ０ＤＵＣＴＩＯＮ ＩＥＣＨＮ０ＬＯＧＹ ・７・
ＲＷＤ随钻扩眼下部钻具组合的强度分析
石晓兵 ，刘 鹏 ，吴应凯 ，陈 平 ，李 黔４，罗 勇
（１油气藏地质及开发工程国家重点实验室・西南石油大学２塔里木油田公司工程技术部
３新疆石油管理局４西南石油大学５四川石油管理局）
石晓兵等．ＲＷＤ随钻扩眼下部钻具组合的强度分析．钻采工艺，２００７，３０（１）：７—９
摘要：ＲＷＤ随钻扩眼不需先钻一个领眼，再下人扩眼器进行扩眼，使钻井和扩眼过程一次完成，并满足大
部分特定井身轨迹严格控制的要求，具有工具结构简单，无活动部件，扩眼尺寸稳定规则的特点，是解决复杂深井
阻卡、非常规井身结构应用和提高固井质量的有效手段，节约钻井费用。但是由于下部钻具组合的特殊性，钻具强
度问题一直是倍受关注的焦点。以固体力学有限元理论为基础，考虑了钻具扭矩，建立了ＲＷＤ随钻扩眼下部钻具组
合强度分析的三维有限元力学模型，求解并得到了下部钻具组合的应力场。研究了ＲＷＤ随钻扩眼下部钻具组合的
变形和应力分布规律，并揭示下部钻具组合失效的力学机理，为钻具组合安全使用和优化设计提供了科学依据。
关键词：钻井；固井；ＲＷＤ随钻扩眼钻具；有限元分析
中图分类号：ＴＥ ２２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７６８Ｘ（２００７）０１—０００７一Ｏ３
随钻扩眼技术在钻井作业中通常认为是一种非
常规的钻井技术，随着石油工业的发展，油气勘探面
临越来越复杂的地质问题，钻井难度越来越大，特别
在深井和超深井中，小眼井钻井由于其环空间隙小，
给钻井、固井作业带来一系列问题，如环空压耗较
大、井底水力作用能量较低、固井质量不能保证等，
常会遇到复杂地层缩径卡钻等复杂情况。随钻扩眼
技术正被石油工业所接受并加以运用，随钻扩眼技
术是小井眼钻井的重要技术之一。钻井作业的复杂
性、高压油气井的钻井作业等都使安全高效的扩眼