【正文】 具直徑 Dc2 與井徑 D0 的差值之半，即支座處的徑向間隙。假設(shè) w0=0，L0=0，P0=PB，α0 =αB（鉆頭處的井斜角） ，鉆頭處的彎矩 M0=0。遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文27若 Pα0，則為造斜力；若 Pα0，則為降斜力。 二維分析（1）二維問題裝置角 Ω=0，井眼曲率 K≠0上邊界條件為：， (391)??R212KL???TbMEIK?連續(xù)條件為： (392)R12?根據(jù)初彎曲縱橫彎曲梁的等效載荷法公式，對井眼曲率為 梁柱的處理：， (393)1dPqK?2dPqKR?（2）三彎矩方程組一跨右端轉(zhuǎn)角為： (394)3R 011011()()()246MLeqLXuYZuEIIEI? ??? (395)LLL212abc2eAMA???? (396)RRR212abc2??? 式(394)和(395)代入連續(xù)條件(392)和式(396)代人邊界條件(391)得三彎矩方程組： (397)3LL01 1a1b2c1 01212()()())3624MkLqLYuZXuAMAEIIEIee??????? (398)RRR21a1b2c22()eAAKLL????三彎矩方程組中共有 2 個(gè)方程，其中未知數(shù)為 M1 和 L2，共 2 個(gè)，因而是定解的。（3）鉆頭側(cè)向力和鉆頭傾角的計(jì)算 (399)21a0011qLPeM??????????遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文28 (3100)301101 1t()()()246MLeqAXuYZuEIIEIL????在以上各式中： (3101)????111mmcoscos2iiiiiiPww?????， ， (3102)0 ()2seD?20c()eD?0e? e1，e1 表示穩(wěn)定器直徑 Ds1，和上切點(diǎn)鉆具直徑 Dc1 與井徑 D0 的差值之半，即支座處的徑向間隙。 ， 為彎角在梁柱端部產(chǎn)生的附加轉(zhuǎn)角， ， 的求法同(384)和L2δθR L2δθR(385)的計(jì)算。 ， ()12PuEI???3()tgXuu??， (3104)31()t2Y???????1()sin2Zu??????， (3105)??1d1sinimqwq?????abwL??， ， ， (3106)ad2bd22aaPkEI2bbkI?式中 (αi)m，表示第 i 跨梁柱中點(diǎn)的井斜角： (3107)??102iiiiKL????wi—每跨梁單位長度鉆具在鉆井液中的重量；N/m。假設(shè) w0=0，L0=0，P0=PB，α0 =αB， （鉆頭處的井斜角） ，鉆頭處的彎矩 M0=0 [2]。遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文29第 4 章 影響單彎螺桿控制井斜因素及油田實(shí)例 單彎螺桿力學(xué)性能分析 井下鉆具組合： 鉆頭+9LZ165 螺桿（176。）+159mm 鉆挺一根+159mm 短鉆挺一根（3m）+Φ214mm 穩(wěn)定器+159mm 鉆挺+127mm 鉆桿。其它參數(shù)：泥漿密度：；轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速：60r/min；鉆壓：25kN；螺桿長度：；螺桿重量：830kg；井斜角：3176。導(dǎo)向鉆具在復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)，相當(dāng)于鉆具組合在轉(zhuǎn)動(dòng)一周中工具面角處于 0176。~360176。的連續(xù)變化的位置狀態(tài)。從圖 41 可以看出，當(dāng)裝置角為零時(shí)，鉆具處于增斜狀態(tài)（鉆頭側(cè)向力為正） ；當(dāng)裝置角為 180?時(shí)，導(dǎo)向鉆具組合處于降斜狀態(tài)（鉆頭側(cè)向力為負(fù)） 。如果不考慮重力的作用，則在 0176。~360176。的變化范圍內(nèi)，鉆頭側(cè)向力的分布將呈現(xiàn)出等值均布狀態(tài)?；诖耍@頭將沿各個(gè)方向均勻切削，導(dǎo)向鉆具應(yīng)表現(xiàn)出穩(wěn)斜的特性[20]。圖 41 一周內(nèi)鉆頭變井斜力的變化情況但實(shí)際上重力將對鉆具組合的性能產(chǎn)生一定的影響，因?yàn)橹亓Φ姆较蚴冀K向下，所以在0176。~360176。范圍內(nèi)（下半周） ，鉆頭側(cè)向力將大于上半周的對應(yīng)值，呈現(xiàn)非等值分布狀態(tài)。因此實(shí)際上鉆出的井段有時(shí)會(huì)呈現(xiàn)降斜的趨勢。重力作用造成Pa的不均布，降斜力總體上大于增斜力，使井斜角略有下降，下降的幅度與鉆具的剛度有很大的關(guān)系。由圖42可以看出，盡管彎角的大小對鉆頭側(cè)向力的大小有直接的影響，但是鉆頭側(cè)向力隨工具面角的變化規(guī)律是一致的。單彎螺桿鉆具在轉(zhuǎn)動(dòng)一周的變化情況，每隔30176。取一個(gè)點(diǎn)。從圖42可以清楚地看到單彎螺桿在轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)鉆頭側(cè)向力都為負(fù)值，即都是降斜力。大致是按照簡諧形狀變化的，當(dāng)肘點(diǎn)方位為90603003060900 60 120 180 240 300 360工 具 面 角 (176。)變井斜力(N)遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文300176。、360176。時(shí)，單彎螺桿鉆具組合處于側(cè)向力最小的位置；當(dāng)肘點(diǎn)方位為180176。時(shí)，單彎螺桿鉆具組合處于側(cè)向力最大的位置。 圖 42 一周內(nèi)鉆頭側(cè)向力的變化情況 影響因素分析分析影響單彎螺桿鉆具組合控制井斜的因素，對改進(jìn)單彎螺桿結(jié)構(gòu)和組合形式，指導(dǎo)現(xiàn)場施工參數(shù)的指定，達(dá)到最佳的井斜控制效果具有重要的實(shí)踐意義。概括起來，影響單彎螺桿鉆具組合控制井斜的因素主要有：穩(wěn)定器安放位置、鉆壓、彎角、肘點(diǎn)位置以及井斜角等。下面就對這些影響因素進(jìn)行分析[2025]。在考慮螺桿鉆具降斜能力的影響因素時(shí)變化其中的一個(gè)參數(shù)，固定其它的參數(shù)。從得到的分析結(jié)果來看，由于單彎螺桿在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，各種力學(xué)參數(shù)會(huì)隨之而變化，為了分析方便，取肘點(diǎn)方位為180176。時(shí)得到的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行討論。 穩(wěn)定器安放位置穩(wěn)定器安放位置對單彎螺桿鉆具防斜、降斜能力有很大的影響，合理的穩(wěn)定器安放位置也是現(xiàn)場工程師們最關(guān)心的問題。從圖43可以看到，穩(wěn)定器安放位置越靠上，螺桿鉆具的降斜能力就越大。900800700600500400300 穩(wěn) 定 器 距 鉆 頭 距 離 (m)鉆頭側(cè)向力(N)5505004504003503000 50 100 150 200 250 300 350 400肘 點(diǎn) 方 位 (176。)鉆頭側(cè)向力(N)遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文31圖 43 穩(wěn)定器位置對鉆頭側(cè)向力的影響 鉆壓從圖44中可以看出，隨著鉆壓的增加，鉆頭側(cè)向力幾乎是沒有變化。圖 44 鉆頭側(cè)向力隨鉆壓的變化情況 彎角 從圖45中可以看出，隨螺桿彎角的增加，上切點(diǎn)的位置向下移動(dòng)，鉆頭側(cè)向力變大，穩(wěn)定處的彎矩也增大。圖45表示彎角對鉆頭側(cè)向力的影響，從圖中的情況來看，鉆頭側(cè)向力隨彎角幾乎是線性增加的。而且，彎角的增加可以使鉆頭側(cè)向力明顯的增加，這一點(diǎn)和鉆壓的影響是有區(qū)別的。所以，在實(shí)際的鉆井過程中，要更加有效的控制井斜，可以考慮增大彎角。5705605505405305200 20 40 60 80 100 120 140 160鉆 壓 (kN)鉆頭側(cè)向力(N)遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文32圖 45 鉆頭側(cè)向力隨彎角的變化情況 肘點(diǎn)位置單彎螺桿肘點(diǎn)（彎角處）的位置對鉆頭側(cè)向力是否有影響呢？影響有多大。這個(gè)問題對于螺桿結(jié)構(gòu)的改造，有很重要的作用。從圖46可以看出肘點(diǎn)位置的變化對鉆頭側(cè)向力有很大的影響，肘點(diǎn)位置的上移使得鉆頭側(cè)向力增加，螺桿的降斜能力減小。圖 46 鉆頭側(cè)向力隨肘點(diǎn)位置的變化情況 轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速從圖47可以看出轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速的提高，會(huì)使鉆頭側(cè)向力增加，增加的程度較小，但是提高轉(zhuǎn)速在實(shí)際的鉆井工程中，是可以更有效的防斜，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)速的提高，增加了鉆頭橫向切削的次數(shù)。8007006005004003000 1 2 3 肘 點(diǎn) 位 置 (m)鉆頭側(cè)向力(N) 600580560540520500480 1 角 (176。)鉆頭側(cè)向力(N)遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文33圖 47 鉆頭側(cè)向力隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速變化趨勢圖 井斜角圖48表示井斜角對鉆頭側(cè)向力的影響，從圖中的情況來看，隨著井斜角的增加，鉆頭側(cè)向力變大。鉆頭側(cè)向力隨井斜角幾乎是呈線性增加的。圖 48 鉆頭側(cè)向力隨井斜角的變化鉆頭側(cè)向力隨井斜角的增大而增大，這看上去是很矛盾的，因?yàn)橐龃筱@頭側(cè)向力就必須增大井斜角。而現(xiàn)在研究的目的是控制井斜減小井斜角。實(shí)際上，研究這個(gè)問題目是想說明，單彎螺桿鉆具有很強(qiáng)的糾斜能力，井斜角越大，它控制井斜的能力就越強(qiáng)。單彎螺桿在直井中不僅有防止井斜的能力，同樣有糾斜的能力，這一點(diǎn)是比滿眼鉆具僅有控制井斜的能力要強(qiáng)?？梢钥闯觯悍€(wěn)定器安放位置距鉆頭越遠(yuǎn)鉆頭側(cè)向力越大；鉆壓對鉆頭側(cè)向力影響不明顯，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速對鉆壓的影響也較小；彎角和肘點(diǎn)位置對鉆頭側(cè)向力有明70065060055050045040040 50 60 70 80 90 100 110轉(zhuǎn) 速 (r/min)鉆頭側(cè)向力(N)10008006004002000 1 2 3 4 5 6井 斜 角 (176。)鉆頭側(cè)向力(N)遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文34顯的影響，適當(dāng)?shù)脑龃髲澖呛吞岣咧恻c(diǎn)位置可以增加鉆頭側(cè)向力；單彎螺桿鉆具組合在井斜角較大時(shí)顯示出較強(qiáng)的糾斜能力。 油田實(shí)例由現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析。鉆具組合1：+φ165螺桿（）+LWD儀器+φ159無磁+φ159鉆鋌+φ127加重鉆桿+φ127斜坡鉆桿+φ127普通鉆桿鉆具組合2： +φ165螺桿（）+φ159無磁+MWD+φ159無磁+φ159螺旋鉆鋌3根+φ127加重鉆桿+φ127鉆桿鉆具組合3：φ215鉆頭+φ165螺桿（）+LWD+411/4A10接頭+φ159無磁鉆鋌+4A11/410接頭+φ127加重鉆桿+φ127鉆桿鉆進(jìn)參數(shù)（鉆具組合1）：鉆壓3050KN、轉(zhuǎn)速3040r/min、排量32L/s。鉆進(jìn)參數(shù)（鉆具組合3）：鉆壓3080KN、轉(zhuǎn)速5080r/min、排量3032 L /s。表 41 主要測斜數(shù)據(jù)井號 鉆具結(jié)構(gòu)穩(wěn)斜井段m井斜變化(176。)井斜變化率(176。)/(100m)1Z70P62 組合 1 17281805 G1045P39 組合 2 16701772 G1045P39 組合 2 21302188 G1045P47 組合 2 15431872 M125P1 組合 3 16701816 M125P2 組合 3 16961790 應(yīng)用表明采用復(fù)合鉆具組合，整體穩(wěn)斜效果好。G1045P39井斜變化率由，這是因?yàn)殡S著井斜角的增加，鉆頭側(cè)向力增加，導(dǎo)致井斜角增加。所以在進(jìn)行水平段鉆進(jìn)過程中要改用小彎角的螺桿鉆具組合（如Z70P62井） ，可使鉆頭側(cè)向力減小。在改用小角度螺稈的同時(shí)肘點(diǎn)位置也相應(yīng)下移，此效果也使鉆頭側(cè)向力減小。這些現(xiàn)象都與分析的影響因素相符。遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文35結(jié) 論1．本文對轉(zhuǎn)盤和螺桿復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)防斜機(jī)理進(jìn)行了分析，從理論上說明了利用螺桿鉆具配合PDC鉆頭進(jìn)行防斜打快的技術(shù)思路。2．采用縱橫彎梁法分析，建立了螺桿鉆具控制井斜的力學(xué)模型，為分析螺桿鉆具控制井斜的特性提供了方法。3．對單彎螺桿防斜鉆具組合分析表明：穩(wěn)定器安放位置距鉆頭越遠(yuǎn)鉆頭側(cè)向力越大；鉆壓對鉆頭側(cè)向力影響不明顯；彎角和肘點(diǎn)位置對鉆頭側(cè)向力有明顯的影響；單彎螺桿鉆具組合在井斜角較大時(shí)有較大的鉆頭側(cè)向力，這些對防斜螺桿具的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供了理論依據(jù)。4．肇州油田復(fù)合鉆具在穩(wěn)斜段的穩(wěn)斜效果好，數(shù)據(jù)分析的結(jié)論與文中所說的影響因素相符。遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文36參考文獻(xiàn)[1] 蘇義腦．油氣直井防斜打快技術(shù)：理論與實(shí)踐[M]．石油工業(yè)出版社，2022：37 1416 64．[2] 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