【正文】 此力與鐘擺作用相似 ， 將驅(qū)使鉆頭破碎井眼低側(cè)巖石 ， 使井眼恢復(fù)垂直狀態(tài) ， 所以 ， 為一減斜力 。 β W α T Ff Fi Wp Fd 鉆壓 鐘擺力 地層造斜力 作用在鉆頭上的力 第三章 2022 版權(quán)所有 CopyrightDQPI 夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 鉆壓 由于鉆柱彎曲 ， 鉆壓不是沿著井眼軸線方向施加給鉆頭 ， 而是偏離一個角度 β 。 第三章 2022 版權(quán)所有 CopyrightDQPI 夏慧芬 Daqing Petroleum Institute （ 2） 鉆鋌穩(wěn)定地靠在井的低邊。 二、斜井內(nèi)鉆柱的受力分析 斜井井眼的斜度是增大還是減小或是保持某個平衡角度，取決于鉆頭的受力情況。 第三章 2022 版權(quán)所有 CopyrightDQPI 夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 2） 鉆頭直徑一定，井徑越大，鉆柱越細、則鉆鋌與井眼的間隙越大，因而鉆頭的傾角越大、井越容易鉆斜。 討論： 1） 鉆壓下于發(fā)生彎曲的臨界鉆壓時，鉆柱是直的，鉆鋌無傾斜現(xiàn)象；當(dāng)鉆壓達到彎曲臨界鉆壓時，鉆柱發(fā)生彎曲，產(chǎn)生鉆頭傾角。鉆頭槍械后對井底形成了不對稱切削，這是產(chǎn)生井斜的重要因素。 第三章 2022 版權(quán)所有 CopyrightDQPI 夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 上述分析說明，地質(zhì)條件對井斜角的影響，主要是通過地層作用于鉆頭一個橫向造斜力，使鉆頭偏離原井眼軸線，且一般情況下是使井眼向上傾方向發(fā)生偏斜。 第三章 2022 版權(quán)所有 CopyrightDQPI 夏慧芬 Daqing Petroleum Institute A B 軟 硬 （ 2）鉆頭由硬地層進入軟地層時 開始時由于鉆頭在軟地層一側(cè)吃入多，鉆速卡，而在硬地層一側(cè)吃入少，鉆速慢，井眼有向地層下傾方向傾斜的趨勢。 此外，鉆頭兩側(cè)受力不均勻，上傾側(cè)井底反力的合力比下傾側(cè)大。 第三章 2022 版權(quán)所有 CopyrightDQPI 夏慧芬 Daqing Petroleum Institute A B 軟 硬 3）巖性交錯變化對井斜的影響 （ 1）鉆頭從軟地層進入硬地層時 鉆頭在上傾側(cè)先接觸到硬巖石，在下傾側(cè)仍為軟巖石。 所以： 地層傾角大 ， 成層性越強 ， 鉆壓越大 ， 井斜越大 。 相反 ， 在井眼下傾一側(cè)卻留有一個小斜臺；它就像小變向器作用一樣 ， 對鉆頭施加一個橫向力 ， 把鉆頭推向上傾一側(cè) ， 從而引起井斜 。 第三章 2022 版權(quán)所有 CopyrightDQPI 夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 鉆頭在傾斜的層狀地層中鉆進時 ，當(dāng)鉆至每個層面交界處時 ， 此處巖層不能長時間支持所加鉆壓而趨向沿垂直層面發(fā)生破碎 。 ~60176。 時 ,井眼一般沿上傾方向偏斜； 當(dāng)?shù)貙觾A角大于 60176。 一、直井井斜及控制 第三章 2022 版權(quán)所有 CopyrightDQPI 夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 地質(zhì)條件 地層傾角、層狀地層、各向異性、巖性軟 —硬交錯、斷層 最主要的作用是地層傾角 ， 其它諸因素對井斜的作用都與地層傾角緊密相關(guān) 。 井斜原因 地質(zhì)條件： 技術(shù)原因： 由于所鉆地層的傾角和非均質(zhì)性使鉆頭受力不平衡 。 從防斜打直 、 造斜 、 增斜 、 穩(wěn)斜到降斜 ， 井眼軌道控制研究取得了一系列重要成果 。 40年代末至 50年代初期 ， 防斜成為鉆井技術(shù)領(lǐng)域所關(guān)注的問題 。 在石油開發(fā)的早期 ， 對井眼軌道控制并不嚴(yán)格 。 它的 主要特點 為為不需要起下鉆就可以連續(xù)地完成造斜 、 增斜 、降斜 、 扭方位 、 穩(wěn)斜鉆進 ， 有利于提高鉆進速度和控制井眼軌道 ， 并且可以隨時測得地層參數(shù) ， 以便及時休修改地質(zhì)設(shè)計和井眼軌道 。 它的 主要特點 為不需要起下鉆就可以連續(xù)地完成造斜 、 增斜 、 降斜 、 扭方位 、 穩(wěn)斜鉆進 ， 有利于提高鉆進速度和控制井眼軌道沿設(shè)計軌道鉆進 。它有一個近鉆頭足尺寸穩(wěn)定器為支點 ， 第二個穩(wěn)定器與鉆頭之間的距離應(yīng)根據(jù)兩穩(wěn)定器之間鉆鋌的剛性和要求的增斜率大小而定 ， 一般距離較長 。 普通的增斜鉆具指轉(zhuǎn)盤鉆增斜鉆具 。 常用的造斜鉆具組合為： 彎接頭 +井下動力鉆具 、各種彎外殼井下動力鉆具 （ 包括導(dǎo)向鉆井系統(tǒng) ） 。 第三章 2022 版權(quán)所有 CopyrightDQPI 夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 4） 造斜鉆具和增斜鉆具 造斜鉆具用于從直井段沿一定方位鉆出斜井段 。 降斜鉆具一般采用 鐘擺鉆具組合 ， 利用鉆具自身的重力產(chǎn)生的鐘擺力實現(xiàn)降斜 。 常用組合： 鉆頭 +近鉆頭穩(wěn)定器 +短鉆鋌 =穩(wěn)定器 +單根鉆鋌 +穩(wěn)定器 +鉆鋌 +鉆桿 3） 降斜鉆具和防斜鉆具 降斜鉆具用于定向井中降低井眼軌道的井斜角 。 第三章 2022 版權(quán)所有 CopyrightDQPI 夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 2） 穩(wěn)斜鉆具 保持井斜角和方位角不變 。 鉆井中常用的鉆具組合中包括 穩(wěn)斜鉆具 、 降斜鉆具 、防斜鉆具 、 造斜鉆具 、 增斜鉆具 、 幾何導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)和地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng) 等 。鉆井斜大或水平井：鉆鋌放在井斜較小的井段，大斜度井段或水平井段則在承壓鉆桿與下部鉆具連接。 強度足夠，鉆進不斷，盡量保證鉆井液正常循環(huán)減少能量損耗。具體數(shù)據(jù)請查閱有關(guān)冊或 API公報。 其中 X級、 G級和 S級鉆桿為高強度鉆桿；鉆鋌和方鉆桿的鋼級為 AISI4145和AISI4150，其機械物理性能見有關(guān)手冊或 API (2) 鉆柱的物理機械性能 鉆桿的強度數(shù)據(jù)主要包括鉆桿外徑、壁厚、名義重量、材質(zhì)、扭力屈服強度、按最小屈服強度計算的最小抗 第三章 2022 版權(quán)所有 CopyrightDQPI 夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 統(tǒng)計資料說明 ， 絕大多數(shù)鉆柱的損壞有下述幾種情況： （ 1） 疲勞破壞有 三種形式：純疲勞 、 傷痕疲勞和腐蝕疲勞 。 第三章 2022 版權(quán)所有 CopyrightDQPI 夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 未失穩(wěn) 正弦屈曲 螺旋屈曲 第三章 2022 版權(quán)所有 CopyrightDQPI 夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 鉆柱的破壞 1）鉆柱的物理機械性能 (1) 鉆柱的材質(zhì) 鉆柱的各個組成部分均由優(yōu)質(zhì)合金鋼或優(yōu)質(zhì)鋁合金制造。鉆柱屈曲后，鉆柱與井壁的壓力、摩擦力急劇增加，鉆柱應(yīng)力增大。彎曲狀態(tài)下，鉆柱自轉(zhuǎn)，產(chǎn)生交變彎曲應(yīng)力。 若鉆頭或鉆柱突然被卡，旋轉(zhuǎn)鉆柱的動能可能全部轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃挝荒?，引起瞬時扭矩，產(chǎn)生很大的扭矩和剪應(yīng)力 旋轉(zhuǎn)動能 第三章 2022 版權(quán)所有 CopyrightDQPI 夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 變形位能： 最大扭矩： 3）鉆柱彎矩 被卡時： 直井中 鉆柱上部彎矩是由離心力引起的，鉆柱下部則是由鉆柱受壓彎曲和離心力共同作用引起的，一般下部彎曲應(yīng)力大。 第三章 2022 版權(quán)所有 CopyrightDQPI 夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 243N / mcm,N / m,r / s,剛性系數(shù)，截面積極慣性矩鉆柱材料重度轉(zhuǎn)動慣量旋轉(zhuǎn)角速度鉆柱旋轉(zhuǎn)動能??????GIJTpso??牙輪鉆頭鉆進： C為經(jīng)驗系數(shù)，與巖性、鉆井液性質(zhì)、井眼清潔程度、鉆頭磨損等有關(guān)。 式中： N空轉(zhuǎn)鉆柱空轉(zhuǎn)功率， kW； ρd 鉆井液密度， N/m3； de鉆柱外徑， cm； L鉆柱長度， m； n轉(zhuǎn)速， r/min。 采用井下動力鉆具時， 鉆頭施加給鉆柱反扭矩，扭矩在鉆頭處最大，井口處最小。 第三章 2022 版權(quán)所有 CopyrightDQPI 夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 鉆進過程中鉆柱軸向載荷： Wpt為任意截面處軸向載荷； Wp為該截面以下鉆柱在空氣中的重量。此點的靜液柱壓力等于鉆柱中壓縮應(yīng)力。 第三章 2022 版權(quán)所有 CopyrightDQPI 夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 鉆柱的受力分析及計算 不同的工作條件、不同部位，鉆柱受 載荷不同： 拉、壓 扭矩 彎矩 內(nèi)外壓力 1）軸向載荷 包括穩(wěn)態(tài)載荷和動態(tài)載荷，一般除振動嚴(yán)重外，忽略動態(tài)。 如果繼續(xù)增大鉆壓 ， 則會出現(xiàn)第三次彎曲 。 二、鉆柱的工作狀態(tài)及受力分析 鉆柱的工作狀態(tài) 起下鉆 :鉆柱不接觸井底，鉆柱處于懸持狀態(tài)，在自重 第三章 2022 版權(quán)所有 CopyrightDQPI 夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 正常鉆進： 部分鉆柱的重量作為鉆壓施加在鉆頭上 ， 使得下部鉆柱受壓縮 。 第三章 2022 版權(quán)所有 CopyrightDQPI 夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 4) 通過鉆柱可以了解鉆頭工作情況 、 井眼狀況及地 5) 進行取心 、 處理井下事故與復(fù)雜情況 、 6) 對地層流體及壓力狀況等進行測試與評價 。 鉆柱由 方鉆桿 、 鉆桿 、 鉆鋌 、 接頭 和 穩(wěn)定器 等鉆具組成 。 2) 井眼軌道設(shè)計。為此，我們應(yīng)該注意下述幾個方面。 方位角 : 30176。 方位角 : 30176。 方位角 : 30176。 垂直井深增量 ΔD(m): ΔDab= R1sinαm = 垂直井深 D(m):Db = Da + ΔDab = D Sh Sho She Dkop R1 R2 Do De a b c f t e g o2 o1 h i j k αm αe αm αm αe o 第三章 2022 版權(quán)所有 CopyrightDQPI 夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 垂直井深 D(m): Dc = Db+ Δ Dbc = 水平位移增量 Δ Sh (m): Δ Shbc = Δ Dbc tgα m= 水平位移 Sh(m): Shc = Shb + Δ Shbc = 段長 Δ l(m): Δ lbc= Δ Shbc /sin α m = 井深 Dw(m) ： Dwc = Dwb + Δ lbc = 井段： b—c 。 . 目前常用的設(shè)計方法 查圖法 作圖法 解析法 第三章 2022 版權(quán)所有 CopyrightDQPI 夏慧芬 Daqing P