直螺桿的鉆具組合在水平分支井側(cè)鉆中造斜率預(yù)測(cè)

梁　浩（長(zhǎng)城鉆探鉆井技術(shù)服務(wù)公司，遼寧　　盤(pán)錦　　124010）

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直螺桿的鉆具組合在水平分支井側(cè)鉆中造斜率預(yù)測(cè)

梁浩
（長(zhǎng)城鉆探鉆井技術(shù)服務(wù)公司，遼寧盤(pán)錦124010）

摘要：拖壓對(duì)水平分支井懸空側(cè)鉆（下稱側(cè)鉆）影響極大，普通有度數(shù)螺桿側(cè)鉆時(shí)大多滑動(dòng)定進(jìn)為主，如因拖壓嚴(yán)重?zé)o法做到鉆頭處均勻送鉆，無(wú)法準(zhǔn)確推進(jìn)鉆頭處進(jìn)尺，會(huì)對(duì)已形成的夾閉墻予以破壞，導(dǎo)致側(cè)鉆失敗。在用直螺桿且配合合理的鉆具組合側(cè)鉆時(shí)，開(kāi)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)、降低摩阻、減小拖壓有利于鉆頭準(zhǔn)確下放，做到均勻送鉆，提高側(cè)鉆成功率。但因直螺桿自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無(wú)法對(duì)軌跡進(jìn)行控制，這就需要對(duì)帶直螺桿的鉆具組合進(jìn)行造斜率的預(yù)測(cè)，并預(yù)測(cè)其要使用的井段，提前用帶度數(shù)螺桿做好其上部的軌跡控制，以確保側(cè)鉆成功后軌跡依然符合設(shè)計(jì)要求。預(yù)測(cè)帶直螺桿的下部鉆具組合的造斜能力對(duì)準(zhǔn)確控制井眼軌跡很重要。本文在用三點(diǎn)定圓法預(yù)測(cè)造斜能力的基礎(chǔ)上，增加了扶正器與井壁間隙對(duì)造斜率的影響，并提出對(duì)側(cè)鉆前軌跡控制的要求。且文中提出的理論計(jì)算，在遼河油田沈北區(qū)塊一體化大包井中實(shí)際驗(yàn)證，在工程應(yīng)用可靠可行，具有現(xiàn)實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：直螺桿；側(cè)鉆；造斜率預(yù)測(cè)；軌跡控制

0. 前言

遼河油區(qū)沈北區(qū)塊所部屬水平分支井很多，分支結(jié)束后懸空側(cè)鉆是必不可少的工程步驟，側(cè)鉆的成功與否直接決定鉆井周期的多少，鉆井成本的高低。由于各種因素拖壓一直是影響側(cè)鉆成功率的重要因素，解決拖壓?jiǎn)栴}能使鉆臺(tái)在側(cè)鉆時(shí)更好地控制下放距離，使鉆頭處均勻推進(jìn)，防止由于拖壓導(dǎo)致的不均勻送鉆，破壞剛剛形成的夾壁墻。直螺桿的應(yīng)用使在現(xiàn)有條件下最大限度地降低摩阻，減少拖壓，增加了側(cè)鉆的成功率。

圖1

1. 帶直螺桿的鉆具組合造斜率預(yù)測(cè)

根據(jù)多年現(xiàn)場(chǎng)井眼軌跡控制的分析表明，在地層參數(shù)的影響不好確定的情況下，影響井眼軌跡的因素很多，主要反映在對(duì)鉆頭側(cè)向力的影響上，當(dāng)彎曲平面傾角為零時(shí)，盡管各參數(shù)對(duì)方位力有一定的影響，但其值很小，不足以在較短井段內(nèi)對(duì)井眼軌跡的方位變化造成很大改變。在直螺桿懸空側(cè)鉆中鉆壓對(duì)破巖因素中較小，且大部分側(cè)向力由螺桿自身重力提供，從而在應(yīng)力平衡中方位力就更小，所以在較短井段內(nèi)對(duì)方位的影響可以忽略。

1.1帶直螺桿鉆具組合造斜率計(jì)算公式

20世紀(jì)90年代，凱爾森等人提出了導(dǎo)向工具幾何造斜率的計(jì)算方法“三點(diǎn)定圓法”。根據(jù)三點(diǎn)定圓的數(shù)學(xué)原理，本文提出了帶扶正器下連接直螺桿鉆具組合幾何造斜率的實(shí)用計(jì)算公式。由于導(dǎo)向鉆具的長(zhǎng)度較短、剛性較大、變形較小，所以假設(shè)為井下的直螺桿和無(wú)磁鉆鋌鉆具基本上保持著其原有的剛性形狀，且鉆頭因螺桿自身重力作用可以接觸到下井壁，基于這種假設(shè)的工具造斜率可以如下計(jì)算。

數(shù)學(xué)上，圓的方程可表述為：

圓方程需滿足條件：A2+B2-4C＞0

該圓的曲率半徑為：

將三點(diǎn)坐標(biāo)化，設(shè)其坐標(biāo)分別為（x1，y1）（x2，y2）（x3，y3），且這三點(diǎn)為非線性，則圓的方程可用現(xiàn)行方程表示：

設(shè)（x1，y1）為坐標(biāo)系原點(diǎn)，y軸通過(guò)其中另外任意一點(diǎn)，假設(shè)通過(guò)（x2，y2），則在此坐標(biāo)系中x1=y1=x2=0；則公式可以表示為：

解方程：

成圓條件滿足D不為0時(shí)方程（1）為：

對(duì)照帶入方程（2），則圓的曲率半徑為：

則圓的曲率公式為：

1.2帶直螺桿鉆具組合幾何造斜率計(jì)算

在上文所提及假設(shè)成立的情況下，這里指以下部鉆具組合在螺桿和無(wú)磁之間加一個(gè)球形扶正器為例計(jì)算。理論上坐標(biāo)系無(wú)論怎么建立都不會(huì)影響公式（5）得出的造斜率，但合理地選取坐標(biāo)系會(huì)簡(jiǎn)化計(jì)算，使公式在實(shí)際應(yīng)用中更加方便。

如圖1所示建立直角坐標(biāo)系：

則總夾角r：r=a+b

各點(diǎn)坐標(biāo)為（0，0）、（0，y2）、（x3，y3）；

式中：L2為扶正器到鉆頭的距離，m；L1為扶正器到無(wú)磁上端點(diǎn)的距離，m；γ為結(jié)構(gòu)總彎角，（°）。

帶入公式（5），得到其幾何造斜率公式為：如換算成單位（°）/30m，則公式為：

扶正器與井眼之間的間隙對(duì)鉆具的造斜率有一定的影響，對(duì)于近鉆頭扶正器影響明顯，對(duì)于扶正器距鉆頭較遠(yuǎn)時(shí)影響減小，在帶直螺桿鉆具組合中，常常采用欠尺寸的扶正器，此時(shí)也應(yīng)該考慮間隙對(duì)造斜率的影響。

如果考慮扶正器處間隙的影響，并假設(shè)它與下井壁接觸，則由此所產(chǎn)生的造斜率為：

J為扶正器與井壁之間的間隙，mm；Kj為由間隙而產(chǎn)生的造斜率，（°）/30m。

則帶直螺桿鉆具組合總造斜率

2. 直螺桿鉆具工程實(shí)際與預(yù)測(cè)造斜率對(duì)比（表1）

表1

以遼河油田沈北地區(qū)的實(shí)際應(yīng)用為例，計(jì)算直螺桿鉆具組合造斜率為：K1=2.5°/30m，Kj=0.2°/30m，則K=2.7°/30m。

實(shí)鉆結(jié)果可見(jiàn)，帶直螺桿鉆具組合的分支一實(shí)際造斜率為2.62，理論預(yù)測(cè)造斜率為2.7，與實(shí)際偏差3%。

結(jié)論

（1）直螺桿鉆具組合在水平分支井懸空側(cè)鉆中的應(yīng)用，大幅度提高側(cè)鉆成功率，縮短鉆井周期，節(jié)約鉆井成本。

（2）帶直螺桿鉆具組合造斜率計(jì)算公式根據(jù)三點(diǎn)定圓法從幾何方面給出了鉆具造斜能力的精確計(jì)算公式和實(shí)用計(jì)算公式，且易于求解。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類(lèi)號(hào)：TE921

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