动力钻具反扭角的计算

《动力钻具反扭角的计算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《动力钻具反扭角的计算（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、动力钻具反扭角的计算目前常用的井底动力钻具，包括涡轮钻具和螺秆钻具，在起动以后，作用于转子上有一 个转矩Mr,此转矩超过主轴传给钻头去破碎岩石。作用于定子上有一个与Mr大小相等， 方向相反的反转矩，此反转矩将引起钻柱的扭转。但由于钻柱上端被锁在转盘上，所以，钻 柱不能自由转动，只能扭转一卜角度。这个扭转角度，在钻柱的不同截面处是不同的。紧靠 动力钻具处的钻柱断面扭转角最大（此处正是弯接头所在的位置），向上扭转角逐渐变小。这 种扭转角的方向与钻头转动方向相反。我们把紧靠动力钻具处钻柱断面的扭转角，称为动力 钻具反扭角，以 n表示。若从井口俯视？ n是反时针方向的；当然，若从井底仰视，？ n 乃是

2、顺时针方向的，是与钻柱丝扣的上紧方向一致的。上节我们讲了弯接头的装置角和装置方位角的计算，那是根据造斜和扭方位的需要而计 算的。可是，当动力钻具起动以后，弯接头处将产生一个反扭角？n，这就改变了原先预定 好的弯接头方向，显然不能保证原来计算好的装置角。这就告诉我们，在给弯接头定向时， 应该考虑反扭角的影响。由此引出弯接头定向方位角的概念。定向方位角（以 s表示）等于 装置方位角加上动力钻具反扭角，即=+妃=们+少+4.（3-44）定向方位角如图324所示。图3-24定向方位角的概念一、影响反扭角的因素影响反扭角的因素很多，但大体上有如下几方面：(1) 反扭矩的大小。反钮矩Mr越大，则？ n越大

3、。而Mr又与动力钻具本身结构性能有 关，与泥浆排量Q或泥浆压力有关，还与钻压大小以及岩性有关。这些因素在钻进中都是 经常变化的，所以Mr也是一个可能在相当大范围内变化的参数。要想确定中s保证所需要 的 w，就须保持排量和钻压基本上不变。(2) 钻柱尺寸的影响。钻拄尺寸包括钻柱内外的直径和长度。？ n与钻柱长度成正比，而 与钻柱的断面圾惯性矩成反比。(3) 钻柱与并壁的摩擦力的影响。站住与井壁的摩擦力作用在钻柱表面上，使钻往断面 上受到一个摩擦力矩的作用。此摩擦力矩将阻止钻柱产生扭转，使反扭角p n减小。摩接力 矩越大，则？ n越小。而摩擦力矩的大小，又与井斜角大小有关，与钻柱和井壁间的摩擦系

4、数有关。显然，这是一个更为复杂的影响因素。(4) 弯接头装置角的影响。现场经验证明，当装置角在0180范围内，反扭角将小于 正常值；当装置角在180360范围内，反扭角将大于正常值。而且装置角对反扭角的 影响在井斜角不同的情况下也是不同的。装置角为90和270时，对反扭角影响最大；为 0和180时，影响最小。由以上分析可知，要准确地算出反扭角p n是很困难的。可是，在工程上又必须确定反 扭角p n，只有确定了反扭角p n，才能计算出定向方位角p s所以，人们采取多种方法，以 求确定反扭角p n的值。二、公式法计算反扭角在我国现场上，过去使用涡轮钻具带弯接头扭方位时，多使用公式计算pn。到目前为

5、 止，公开见于书刊上的公式有三种。这三种公式，都是对定向井的实际问题大胆地进行简化， 然后推导出计算p n的公式来。这些大胆的简化，往往同实际情况相差太远，所以，计算出 来的p n值是很难符合实际的。一种动力钻具第一次下井，没有任何资料可以借鉴，这时不妨用公式计算p n作为参考。 尽管可能不符合实际情况，但作为参考还是可以的。待有了一定的资料或经验之后，就可以 不用公式计算了。上面说有三套公式都不是准确的，所以我们只推荐一套计算较简单的公式。180 MtL 一 ”皿. D柱 sin务如=;- 7? (3-45)J-(3-46)皿刀柱siny式中Mt动力钻具反转矩，牛米；L 井深，米，钻柱与井壁

6、间的摩擦系数，可取“ =0.20.4；。柱钻杆外径，米；q.单位长度钻杆在钻井液中的重力，牛/米；七当时井眼的最大并斜角，度；.G钻柱钢材剪切弹性模量，G = 7.355 xl(P。帕；Jp钻杆断面的极惯性矩，米、Lo扭转钻柱的临界长度，米。在计算？ n时，先用(346)式计算出临界长度Lo来，然后与当时的井深L比较。若LVLo,则将L代人(345)式中计算q n；若LNLo,则将Lo代入(345)式中计算q n。三、用经验数据法确定反扭角某种动力钻具在一定的并下条件下，经过一段时间的使用，积累一定的资料，可以摸 清反扭角的变化规律。在以后的使用中，只要了解井下条件，就可以借用过去的资料来确

7、定反扭角。很3-4 Dyna钻具反扭第经验数据表装置角、涎斜井英尺、25。5 1010 15。15 20。20 25 30 35 大于35。2000851 i 705030202015200070809095100、100105105直井中的反扭角(aV2都看作直井)造斜点深度英尺050050010001000150015005000大于5000反扭角202535*501071000英尺表34所列的是美国DyNa钻具的反扭角经验数据。当装置角为95和265时， 可以直接查表中数据。当装置角为95和265以外的其他值时，可以使用直线插入法计算 q n。经验数据法比起公式计算法来较为接近实际，但也

8、不能认为就基本上符合实际。因为在 实际条件下，因素总是变化多端的。由表中查得的p n值有时也与实际相差很远。现举一例 加以说明。某井从井深500英尺开始造斜(当时并斜角1.5 )，查表可得q n=20。当钻进 至600英尺时，井斜角为3，继续增斜时，3 =0，查表并经过插入计算彻n=50。前 后井深只差100英尺，并斜角只差1.5。而反扭角相差30，这是很难想象的。所以经验 数据法的使用也与公式法相同，在某钻具第一次下井或该地区第一次使用，可以查经验数据 作为参考。待到下井钻进一段以后，就应该用资料反算法。表中数据的使用条件如下：地层软一中硬钻具2。弯接头+ 278“钻杆+ 3，/8Dy购钻具

9、2。弯接头+ 31 /钻杆+ 5Dyna钻具2。弯接头+林钻杆+ 61 Az/Dyna钻具2弯接头+ 5钻杆+ 73/Dyna钻具2。弯接头+ 5钻杆+ 9，Dyna钻具四、用资料反算法确定反扭角在钻进一个井段之前，我们可以根据公式计算法或经验数据法，先粗略地估计一下反 扭角。在钻进这个井段之后，能不能知道在钻进过程中实际的反钮角有多大呢?能不能检 验一下粗估的反扭角与实际相差多大呢?答案是：能。其方法就是根据实钻资料反算反扭 角。反算反扭角所需要的资料有：钻进前的井斜角a 1，井斜方位角？ 1，造斜工具的定向方 位角qs；钻进之后的井斜角a 2,井斜方位角？ 2,钻进井段长度 L。资料反算法

10、在国外(例如美国现场)也有，但他们是利用定向钻井计算尺一一“灵应 板”或沙尼金图解法来反算，这是不够准确的。本书作者提出用解析法进行反算，在理论 上是站得住脚的，并且已经在我国现场得到广泛应用。用解析法进行资料反算的步骤如下：(1)计算该井段的狗腿角Y，可用如下公式计算：V =arccosCcosaiCOsa2 -sincti sin cos (山-们)1(3-47)(2)计算造斜工具的实际装置角口实在增斜时：口实=arc sin迎帮pJ(3-48)在减斜时：哄二 180。- arc sin迎噌弊八(3 49)(3 )计算实际反扭角如实 ,实=4,一们一刃实(3-50)一个井段已钻完，根据实钻

11、资料反算反扭角，这有什么实际意义呢？首先，大量积累这类实钻资料，可以从中找出反扭角的变化规律，从而进一步修正、丰 富、完善经验数据法，使粗估的反扭角更为准确。其次，根据实钻资料反算出来的反扭角值， 对于紧接着的钻进井段具有最现实的意义。因为紧接着钻进时，钻具结构末变，井眼条件变 化不大，钻进参数也可以维持不变。这样，从上段资料反算的反扭角，用在下段钻进时确定 定向方位角，这比公式法和经验数据法都更为准确，更符合实际情况。在实际工作中，如果扭方位井段较长，可以先试钻一个单根，摸一下反扭角的大小，然 后调整定向方位角。这是比较好的作法。总而言之，本书所述的资料反算法是值得推荐的一 种好方法。现举例

12、题说明资料反算法的方法：例10某定向井井深已达2400米，井底井斜角为28 40，井斜方位角为165。现 打算用代纳钻具(Dyna Drill)带2弯接头扭方位，弯接头的定向方位角定为143 。钻进180 米以后，测斜得井底井斜角为31 15，井斜方位角为137。试求这种造斜工具的实际造 斜率及动力钻具的实际反扭角。解 井斜方位角增量 /=137-165 = - 28 所钻井段的狗腿角V = cos_1Ccos28040/cos3115/ + sin2840/sin31O15ZIx cos( -28)3 = 14.10,造斜工具的造斜率 K = I；*# =7.83度/100米弯接头的实际装置

13、角 站=sin r包(二斜3蜜站k sin 14.10=-88.07 =271.93动力钻具的实际反扭角 如实=143c- 165-( - 88.07。)= 66.07。例11某定向井钻至1500米时，井底井斜角为22，并斜方位角为150。用DyNa 钻具带弯接头扭方位，确定弯接头装置角为279,并预计动力钻具反扭角为72,所以弯 接头的定向方位角定为150+ 279+ 72=l 41。当钻至1665. 72米时，用单点测斜 仪测得井底井斜角为25，井斜方位角为118。试求动力钻具实际的反钮角为多大。解 W = 118 - 150 = - 32P实=coslCcos250cos22 + sin

14、25sin22cos( - 32) =12.95x oJ-Il X Z o D,旗实=141 - 150 - ( - 88.16) = 79.16例12某定向井用国产新型螺杆钻具带弯接头扭方位，自井深2150.22米钻至2195.43 米，定向方位角定为236。钻进结果使井斜角由39降至37.5，井斜方位角由77增 至83。试求该动力钻具的实际反扭角。解 V = cos7cos39*cos37.5 + sin390sin 37.50cos( 830 - 77) =4.00 1OAo .! r sin(83 -77o)sin37,5_11A 1Q实= 180 sin 如实二 236。一 77-114.19 = 44.81除了上述三种方法以外，现在已经有了更为准确的方法，这就是随钻测斜法。显然，这 需要有随钻测斜仪器。有了随钻测斜仪，可以在动力钻具起动之后，随时显示出弯接头在井 下实际所指的方位角。也就不需要这些复杂的计算了。