倒装钟摆钻具组合设计方法.pdf

第29卷第6期西南石油大学学报Vol.29No.6
2007年12月JournalofSouthwestPetroleumUniversityDec.2007

文章编号:1000-2634(2007)06-0168-03

倒装钟摆钻具组合设计方法3

尹虎1,李黔2
(1.四川大学水利水电学院,四川成都610065;2.西南石油大学石油工程学院,四川成都610500)

摘要:倒装钟摆钻具组合是一种新型的直井防斜钻具组合,在小井斜角高钻压下表现出了较好的防斜特性。以
<311.5mm井眼为例对倒装钟摆钻具组合的设计方法进行了研究。通过对稳定器上下钻铤尺寸搭配以及不同钟摆
长度的分析可知,适当增加稳定器以上钻铤尺寸,降低稳定器以下钻铤尺寸以及增加稳定器与钻头之间钻铤的长度
将有助于提高倒装钟摆钻具组合的防斜能力。倒装钟摆钻具组合设计时,在钻头与稳定器之间的钻铤不与井壁接触
的前提下,应该使设计的钻具组合得到尽量大的钻头转角。研究为倒装钟摆钻具组合的优化设计提供依据。
关键词:倒装钟摆钻具;钻头转角;钻头侧向力;井斜;设计方法
中图分类号:TE921+.2文献标识码:A

倒装钟摆钻具组合是一种新型的直井防斜钻具定器以上钻铤与井眼间隙,就必须减小钻铤尺寸,这
组合,在小井斜角高钻压下表现出较好的防斜特性,样势必降低稳定器以上钻铤刚度。因此选择合适的
而在大井斜条件下进行吊打,仍具有钟摆钻具组合钻铤尺寸,就是在增加稳定器以上钻铤尺寸和减小
的特性。它的基本设计原理是,稳定器上下采用不钻铤与井眼间隙这一对矛盾中找到一个平衡点,以
同刚度的钻铤配合,在高钻压下使钻铤弯曲,钻头转获得最大的弯矩[2]。当然,钻铤尺寸选择同样也受
角指向下井壁,达到控制井斜的目的。本文将对影到其它众多因素的制约[3]。
响倒装钟摆钻具组合防斜效果的主要因素进行分要降低稳定器以下钻铤垂直下井壁重力分量,
析,为倒装钟摆钻具组合的优化设计和正确使用倒可以减小第一跨钻铤长度,降低其重力沿下井壁分
装钟摆钻具组合提供理论依据。量。也可以采用尺寸较小的钻铤,减小其总重量,但
不宜采用尺寸过小的钻铤。因为尺寸过小的钻铤,
1倒装钟摆钻具组合设计原则刚度较小,在高钻压下容易与井壁接触[4]。而且,一
旦采用吊打方式纠斜,得到的钟摆力较小,不利于纠
倒装钟摆钻具组合防斜机理是钻头到稳定器之斜[5]。
间钻铤靠上井壁向下弯曲,钻头转角指向下井壁,使设计钻具组合时主要注意以下3个原则:
钻压的作用变为降斜。要达到这样的效果,就必须(1)尽量得到较大的钻头转角。
使稳定器处的弯矩足以克服稳定器以下钻铤垂直下(2)钻头到稳定器之间钻铤不与井壁接触。
井壁的重力分量[1]。可以从以下3个方面入手:(3)尽量使钻具组合在小钻压吊打时也能得到
(1)增加稳定器以上钻铤刚度;较大的钻头侧向力。
(2)增加稳定器以上钻铤弯曲程度;以<311.5mm井眼为例,如图1所示的倒装钟
(3)降低第一跨钻铤沿下井壁重力分量。摆钻具,分析各因素对倒装钟摆钻具组合井斜控制
增加稳定器以上钻铤尺寸以增加其刚度;增加特性的影响。稳定器以下采用<177.8mm钻铤,稳
钻压可以使上切点位置下移,增加钻铤的弯曲程度。定器以上采用<228.6mm钻铤和<203.2mm钻铤。
同时稳定器以上钻铤与井壁之间的间隙也将对弯矩采取这样的设计可使在稳定器上下的钻铤尺寸相差
产生影响,井眼间隙越大,弯曲就越厉害,得到的弯较大,能够达到使第一跨钻铤向上井壁弯曲的目的。
矩也越大。但在井眼尺寸一定的情况下,要增加稳井斜角采用2°。

3收稿日期:2006-11-16
作者简介:尹虎(1978-),男(汉族),四川南充人,博士,主要从事岩石力学工程应用方面的工作。
第6期尹虎等:倒装钟摆钻具组合设计方法961

取140～200kN几个不同钻压值,计算这两套钻具
组合的各种力学性能,并进行对比。计算结果如图
3所示。
由计算结果可知,在小井斜角高钻压条件下稳
定器以下钻铤尺寸增加时,第一跨钻铤弯曲程度随
图1<311.15mm井眼倒装钟摆钻具组合
之增加。使用<159mm钻铤,当钻压为140kN时,
第一跨钻铤与井壁接触。图4给出了160kN钻压
2稳定器以上钻铤尺寸的影响
条件下,倒装钟摆钻具组合受力后横向位移变化图,
从图中可以清晰地看到,第一跨钻铤横向位移超过
在分析稳定器以上钻铤尺寸不同对倒装钻具组
了井壁与钻铤间隙,产生接触。一旦与井壁接触,将
合的影响时,把图1中稳定器以上钻铤尺寸由
影响这套钻具组合的使用效果。
<228.6mm改为<254mm进行计算[6-15]。
取140～200kN不同钻压值进行计算,分析稳
定器以下不同尺寸的钻铤的倒装钟摆钻具组合力学
性能。图2给出了在不同钻压下钻头侧向力和钻头
转角的