单弯螺杆钻具组合防斜打快技术研究.pdfVIP

长江大学学报 (自然科学版) 2011年10月第8卷 第 1o期 JournalofYangtzeUniversity(NatSciEdit) Oct．2011，Vo1．8No．10 doi：10．3969／j．issn．1673—1409．2011．10．017 单弯螺杆钻具组合防斜打快技术研究 姜兴福 (西部钻探准东钻井公司，新疆昌吉831100) [摘要]针对易斜地区防斜打快问题，分析 了单弯螺杆钻具组合的特点，并采用有限元分析方法对正常钻 进时单弯螺杆钻具的力学特性进行 了模拟 。研究发现，钻头侧 向力随转动按简谐规律变化，且弯角靠下 井壁时钻头侧 向力最大；钻头倾角呈正负交替的规律变化，因而在井斜角较大时具有较强的纠斜能力。 有限元计算结果表明，改进的单弯螺杆钻具组合不会改变其在井下的应力状态，可以安全使用。 [关键词]钻具组合；单弯螺杆；井斜控制；力学分析；有限元 [中图分类号]TE283 [文献标识码]A [文章编号]1673—1409(2011)1O一0057一O3 螺杆钻具是一种以钻井液为动力液的井下动力钻具，在石油工程领域中应用较为广泛 。螺杆钻具具 有低转速、大扭矩、大排量等特点，增加了钻头扭矩和功率，减少 了钻杆和套管的磨损和损坏，因而可 以提高钻井效率口]。针对易斜地区防斜打快问题，笔者探讨 了单弯螺杆钻具防斜打快机理，并采用有 限元分析方法对正常钻进时单弯螺杆钻具的力学特性进行了模拟，以便为优化单弯螺杆钻具组合和施工 参数设计提供参考 。 1 单弯螺杆钻具组合的特点 单弯螺杆钻具组合是一种偏心的井下动力钻具， 弯 曲的螺杆在转动的过程 中会产生一定的离心惯性 力，该惯性力可以增加钻头的侧 向力，可 以达到降斜 的 目的，单弯螺杆钻具组合示意图如图1所示 。与传 统的防斜钻具组合相 比，单弯螺杆钻具的优势主要表 图 1 单弯螺杆示意 图 现在 以下几个方面[3]：①螺杆钻具组合增加 了钻头 的侧 向力。由于螺杆结构弯角的存在 ，肘点附近部分 的中心偏离了轴线，螺杆在旋转时产生了离心的惯性 力 ，增大了钻头的侧 向力 ，从而可 以达到防斜纠斜 的 作用 。②单弯螺杆钻具增加 了单位进尺下钻头横向切 削井壁的次数 。通过转盘与螺杆钻具实施联合钻进 ， 钻头转速明显提高 ，即使用螺杆钻具后 ，即在单位进 尺下，钻头切削下井壁的次数是普通钟摆钻具的2～4 倍 。由于钟摆钻具是 由钻头切削下井壁来实现防斜纠 斜效果的，因此 ，增加单位进尺下钻头切 削井壁 的转 ；—一 井眼轴线 ^l 数可以达到防斜的作用。③螺杆钻具在转动时钻头的 (a)弯角位于上井壁 (b)弯角位于下井壁 转角呈正负交替变化 。当螺杆 的肘点位于下井壁时， 钻头的倾角沿井斜 的方 向；当螺杆的肘点转到上井 图2 单弯螺杆转动时钻头倾角变化示意图 壁，钻头的倾角变为与井斜方 向相反的方向；螺杆在 转动一周时，钻头的倾角呈正负交替变化，由此可以抵消钻头倾角导致的井斜 (见图2)。④应用 “单弯 [收稿 日期]2011一o8—2 。 [作者简介]姜兴福，男，工程师，现主要从事钻井新技术方面的研究工作。 长江大学学报 (自然科学版) 2011年 1O月 螺杆+PDC钻头”井下动力钻具组合 ，在钻进单位进尺时，PDC钻头切削井壁 的次数是普通钟摆钻具 的2～4倍 。进尺相同条件下，增加钻头切削井壁次数可 以提高防斜的能力 。 2 单弯螺杆钻具组合力学特性分析 在常规钻具组合的基础上将 3m 短钻铤改为 6m短钻铤。改进 的单 弯螺杆钻具组合设计如下 (见图3)： j22『15．9ram钻头+ 165ram单弯