鉆井工第十章井眼軌道設(shè)計及軌跡控制

1、海油陸探、海油陸采2西江24-3海上平臺西江24-1邊際油田34水平井技術(shù)適合于薄層的開采擴大泄油面積增加控制儲量提高油井產(chǎn)能0.6萬噸直井的5倍以上（L=300m）5需要有合適的角度，才能達到矢量入靶薄油層開發(fā)油層薄，中靶難角度偏大角度偏小67薄油層開發(fā)井眼軌跡在油層最佳位置穿行難層薄，地層傾角變化，有時上翹或下傾精確控制幾千米遠的鉆頭走向難度大891011121314概述：井眼軌道：一口井開鉆之前，預(yù)先設(shè)計的井眼軸線形狀。設(shè)計的井眼軸線形狀。井眼軌跡：一口井的實際井眼軸線的形狀。定向井軌道：二維定向井：過井口和目標點的鉛垂面上的曲線。三維定向井：具有不同曲率的空間曲線。軌道設(shè)計：定向井、水

2、平井、側(cè)鉆井、大位移井等。井眼軌跡：一口井實際鉆成后的井眼軸線形狀。軌跡控制：直井防斜打直。特殊工藝井控制井斜和方位，使軌道與軌跡相一致。15二維三維16直井用途：油田開發(fā)和勘探。有井斜限制要求。定向井用途：1.地面環(huán)境條件的限制高山，湖泊，沼澤，河流，溝壑，海洋，農(nóng)田或重要的建筑物等。2.地下地質(zhì)條件的要求斷層遮擋油藏、薄油層、傾角較大的地層鉆進等。3.處理井下事故的特殊手段井下落物側(cè)鉆、打救援井等。4.提高油藏采收率的手段鉆穿多套油氣層、老井側(cè)鉆等。1718軌跡控制技術(shù)的發(fā)展： 20世紀20年代末，發(fā)現(xiàn)井斜，直井防斜技術(shù)。 20世紀30年代初，在海邊向海里打定向井取得成功，定向井技術(shù)迅速發(fā)

3、展和廣泛應(yīng)用。 20世紀30-40年代，轉(zhuǎn)盤鉆井經(jīng)驗預(yù)測定向鉆井法。 20世紀50-70年代，井底動力鉆具經(jīng)驗預(yù)測定向鉆井法。 20世紀80年代，滑動導(dǎo)向鉆井法，MWD技術(shù)。 20世紀90年代至今，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井法，軌跡自動控制技術(shù)，幾何導(dǎo)向與地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)MWD、LWD、FEWD技術(shù)。19本章內(nèi)容提要第一節(jié) 井眼軌跡的基本概念第二節(jié) 軌跡測量及計算第三節(jié) 直井防斜技術(shù)第四節(jié) 定向井軌道設(shè)計第五節(jié) 定向井造斜工具及軌跡控制第六節(jié) 水平井鉆井技術(shù)簡介20第一節(jié)井眼軌跡的基本概念Section 1 Basic concepts of well trajectory目的：掌握有關(guān)參數(shù)的概念及這些參數(shù)之間

4、的關(guān)系。一、軌跡的基本參數(shù)測量方法：非連續(xù)測量，間斷測量?！皽y段”，“測點”。測深、井斜角和井斜方位角-軌跡的三個基本參數(shù)。(1) 測深：井口(通常以轉(zhuǎn)盤面為基準)至測點的井眼長度。以字母 D m表示，單位為米(m)。測深增量（井段）：下測點測深與上測點測深之差。以 D m 表示。21(2) 井斜角( )：指井眼方向線與重力線之間的夾角。單位為度()。井眼方向線：過井眼軸線上某測點作井眼軸線的切線，該切線向井眼前進方向延伸的部分稱為井眼方向線。井斜角增量( )：下測點井斜角與上測點井斜角之差。 B A22第一節(jié) 井眼軌跡的基本概念 一、軌跡的基本參數(shù)(3) 井斜方位角 （井眼方位角、方位角）：

5、在水平投影圖上，以正北方位線為始邊，順時針方向旋轉(zhuǎn)到井眼方位線上所轉(zhuǎn)過的角度。井眼方位線（井斜方位線）：某測點處的井眼方向線在水平面上的投影。井斜方位角增量 ：上下測點的井斜方位角之差。 B A井斜方位角的變化范圍：0360 。23第一節(jié) 井眼軌跡的基本概念 一、軌跡的基本參數(shù)井斜方位角的另一種表示方式：象限角：指井斜方位線與正北方位線或與正南方位線之間的夾角。象限角的變化范圍：090之間。磁偏角：磁北方位與正北方位之間的夾角。磁偏角校正：真方位角磁方位角東磁偏角真方位角磁方位角西磁偏角24第一節(jié) 井眼軌跡的基本概念 一、軌跡的基本參數(shù)r二、軌跡的計算參數(shù)因為實際井眼軌道是一條ON（i）E（j

6、）空間曲線，所以可以用空間直角坐標系來描述。一般選取直角笛卡爾坐標系 。原點 選在井口處； 軸指向正北，單位矢量為i； 軸指向正東，單位矢量為j； 軸垂直向下，單位矢量為k 。如果K b 和K n分別表示r 點的曲率和撓率,則有D（k）25第一節(jié) 井眼軌跡的基本概念ll2223(000r = N i + E j + D kN ( l ) = sin cos d l l E ( l ) = sin sin d l D ( l ) = cos d l d 2 r d r K b = 2 2 d l d ld r d r d r , 2 , 3 ) K n = d l d l 2 d l K b 2

7、6第一節(jié) 井眼軌跡的基本概念 二、軌跡的計算參數(shù)三、井眼軌跡的圖示法對一條空間曲線可以有不同的表示方法。三維坐標法：如前面所示。柱面圖示法：垂直剖面圖（柱面展開圖）+水平投影圖柱面：設(shè)想經(jīng)過井眼軌跡上每一個點作一條鉛垂線，所有這些鉛垂線構(gòu)成的曲面稱為柱面。將柱面展平，就形成了垂直剖面圖?？梢苑从吵稣鎸嵉木韰?shù)，如：測深、井斜角、垂深；作圖簡便。27第一節(jié) 井眼軌跡的基本概念28在測量過程中，需借助三種媒介：大地的重力場、大地磁場、天體坐標系。借助重力場測量井斜角、高邊工具面，測量的基準是測點與地心的連線，即鉛垂線。（測角器、羅盤重錘、重力加速度計）借助地磁場測量方位角和磁性工具面。測量基準是

8、磁北極。（羅盤、磁通門）。借助天體坐標測量方位角或工具面。（陀螺儀：是一種慣性測量儀器、不以地球上任何參照物為基準，下井前對自轉(zhuǎn)軸進行地理北極的方位標定。）第二節(jié) 軌跡測量及計算Section 2 Measurement and calculation of trajectory 鉆井過程測量具有如下特點： 1、間接測量，要有專用工具和儀器。 2、測量儀器的尺寸受井眼尺寸和鉆井工具的限制。 3、受地層和鉆井液高壓的影響，要有安全系數(shù)。 4、抗高溫性能。（耐溫小于125度為常溫儀器，182度以下為高溫儀器。） 5、能承受震動、沖擊等。第二節(jié) 軌跡測量及計算Section 2 Measuremen

9、t and calculation of trajectory定向井技術(shù)發(fā)展主要依賴于先進的測量儀器和先進的井下工具。測量儀器的基本用途：測量軌跡的幾何參數(shù)、定向參數(shù)、地質(zhì)參數(shù)（自然伽瑪、電阻率、巖石密度、中子孔隙度）、鉆井工藝參數(shù)。一、測斜方法1、測斜儀分類按工作方式分：單點式、多點式、隨鉆測量（有線、無線）。按工作原理分：液面原理儀器：虹吸測斜儀、氫氟酸測斜儀；磁性測斜儀（羅盤）、陀螺測斜儀（高速陀螺空間指向恒定）2、測量內(nèi)容測深 D m 、井斜角 、方位角 。2930第二節(jié) 軌跡測量及計算 一、測斜方法一、液面原理：液面是水平的，井眼軸線是傾斜的。液面與井眼軸線法面的夾角，即為該點處的井

10、斜角。二、重力原理：重錘羅盤照相。重力加速度計。三、磁北原理。磁通門。四、陀螺原理。（高速旋轉(zhuǎn)的陀螺具有定向性或定軸性。）利用磁羅盤和磁通門，要求測量點附近無磁干擾。陀螺儀不受磁干擾，可用于套管內(nèi)、叢式井、沒有無磁鉆鋌等，但存在陀螺漂移。3、磁性測斜儀的工作原理儀器內(nèi)主要由井斜刻度盤、羅盤、十字擺錘、照明和照相系統(tǒng)組成。羅盤的S極始終指北。（1）井斜角的測量當測斜儀隨井眼傾斜時，十字擺錘始終指向重力線方向，重力線與儀器軸線的夾角即為井斜角。由擺錘在井斜刻度盤底片上的位置讀取。31第二節(jié) 軌跡測量及計算 一、測斜方法（2）井斜方位角的測量擺錘所在鉛垂線與儀器軸線（井眼方向線）構(gòu)成井斜鉛垂面，該井

11、斜鉛垂面與水平面的交線就是井斜方位線。擺錘在羅盤面上的投影位置所在的放射線與羅盤N極之間的夾角即為井斜方位角。（注意：在井下,羅盤標志方位與實際地理方位相反。）（3）井深測量根據(jù)電纜長度或鉆柱長度 。32第二節(jié) 軌跡測量及計算 一、測斜方法沖洗出的單點測斜儀像片實例。10角裝置 50角裝置井斜角：5.5 井斜角：30方位角：N43E 方位角：N38W 井斜角、重力高邊由重力加速度計測出，與磁通門無關(guān)，故不受磁干擾。 磁性工具面由磁通門測出，與重力加速度計無關(guān)。 方位角與磁通門、重力加速度計均有關(guān)。測量數(shù)據(jù)的記錄方式有照相底片、電子數(shù)字記錄。傳輸方式：取底片（磁羅盤單多點等）、有線通過電纜傳輸、

12、無線通過壓力脈沖、電磁波和聲波等方式參數(shù)。壓力脈沖：正脈沖、負脈沖、連續(xù)波。負脈沖傳輸速率低，不能滿足更多參數(shù)的需要，正逐漸被正脈沖所代替。連續(xù)波不會產(chǎn)生明顯得脈沖，傳輸速度更高，但技術(shù)難度大。電磁波：信號衰減太厲害。聲波：信號衰減太厲害、干擾大。無線轉(zhuǎn)盤鉆進時，鉆具的轉(zhuǎn)動、震動等原因，立管壓力數(shù)據(jù)波動大，數(shù)據(jù)不準，測量時要靜止。負脈沖系統(tǒng) 連續(xù)波系統(tǒng)正脈沖系統(tǒng) 電子單多點測斜儀ESS（Electronic Survey Slope) 該儀器可作為多點使用，也可作為單點使用。 電子多點測斜儀的外筒總成同磁性單點測斜儀。 測角總成又稱探管,主要有電池筒、探管總成、接口箱等。測量參數(shù)為井斜角、方位

13、角、及磁性工具面角、高邊工具面角、磁傾角、溫度、重力加速度計總值、磁通門總值等。 精度為井斜0.5，方位1。5，工作溫度125。 井斜測量范圍0180，方位測量范圍0360。 測量原理為：利用安裝在測斜儀器內(nèi)的加速度計和磁通門磁力計可測量出x、y、z方向地球重力加速度分量，測量出x、y、z方向的地磁分量，并可由這些測量值計算出井斜角、方位角以及工具面角等參數(shù)。安裝在測斜儀器內(nèi)的加速度計和磁通門 使用ESS時的要求：（1）檢查水眼，不能小于儀器外徑。（2）井下正常才能測斜。投測時，鉆具內(nèi)必須灌滿泥漿。（3）根據(jù)井下測量時間及溫度，選用合適的電池。（4）當儀器在地面組裝并開動定時器時，秒表也要同時

14、開動，秒表與定時器同步以使操作人員準確地知道何時測量和測量的次數(shù)。起鉆時在起出一柱卸扣時，要卡緊液壓大鉗的下鉗頭，保證井下鉆具靜止，同時記準時間，以方便讀取數(shù)據(jù)。（5）每次測量時，對儀器檢查。應(yīng)檢查一下磁磁傾角、重力加速度計總值、磁通門總值是否正常。若不正常，則可能儀器損壞或儀器未進無磁，受到鉆具的磁干擾。（6）要算準井深。(7)投測多點時，探管底部要放置彈簧，防止懸掛膠棒震斷損壞儀器。（8）測完后，取出電磁筒中的電磁，清潔儀器各部分。 有線隨鉆測量儀SST(Steering Survey Tool) 有線隨鉆測量儀用加速度計和磁通門磁力計測量井斜和方位。 井下的井斜、方位測量數(shù)據(jù)經(jīng)電纜傳至地

15、面計算機處理后進行記錄和顯示。多數(shù)有線隨鉆測量儀可在鉆井過程中不斷地檢測井斜，方位和工具面角。這些數(shù)據(jù)能由裝在司鉆旁的顯示器實時顯示。因此，有線隨鉆測量儀能為定向鉆井者提供更多、更及時的信息，以幫助操作者調(diào)整工具面角、控制泥漿馬達。由于有連續(xù)穩(wěn)定的工具面角讀數(shù)，使操作人員無需再對預(yù)定的反扭矩修正工具面角。 有線隨鉆測量儀的探管由電纜下入井內(nèi)并坐入斜口管鞋定向套內(nèi)。電纜密封機構(gòu)有循環(huán)頭、側(cè)入接頭二種。 使用循環(huán)頭時，則每鉆30m井眼要起下電纜一次，有線隨鉆測斜儀收回放入最上面的立柱，然后接上另一柱。，再接上這個帶有有線隨鉆測斜儀的立柱后，將有線隨鉆測斜儀的儀器下入到定向接頭并復(fù)位。 使用側(cè)入接頭

16、時，在接頭的側(cè)面裝有防止泥漿泄漏的密封套結(jié)構(gòu)。 有線隨鉆測量儀按常規(guī)下入，座放到定向套內(nèi)。電線在側(cè)入接頭內(nèi)被卡緊，從側(cè)邊出來。隨著連續(xù)鉆進，按常規(guī)操作，新的鉆桿立根不斷地用方鉆稈接上。隨著越來越多的鉆桿被加到鉆柱上，電纜被鉗緊在鉆桿側(cè)面，注意，用這種方法可鉆進上百米而無需把儀器提到地面。使用側(cè)入接頭時有線隨鉆示意圖使用循環(huán)頭時有線隨鉆示意圖 有線隨鉆使用要求： 1、無磁鉆鋌長度應(yīng)根據(jù)地區(qū)、井斜角和方位角的不同，按要求選配。 2、最小鉆具內(nèi)徑必須大于儀器外徑。 3、斜口管鞋與定向鍵相配。 4、使用循環(huán)頭時，吊環(huán)長度要長。 5、井眼暢通，泥漿性能好，含砂量低。 6、使用前檢查。 7、注意不要超過最

17、高溫度使用。 8、井斜角大于6度，用高邊工作方式，小于6度，用磁性工具面。 （四）無線隨鉆測量儀MWD(Measurement While Drilling):井下測量部分、信號傳輸部分、地面接收部分等組成。 無線隨鉆測量系統(tǒng)：它的井下部分包括加速度計和磁通門磁力計傳感部件，由傳感器轉(zhuǎn)換到信號的部件，脈沖發(fā)生器部件和動力部件。在地面由壓力傳惑器接收信號并傳輸?shù)接嬎銠C進行處理。把這些信息轉(zhuǎn)換成井斜角，方位角和工具面角的數(shù)據(jù)。這些信息被傳輸?shù)浇K端打印，并傳輸?shù)姐@臺顯示，類似于有線隨鉆測斜工具那樣顯示井斜角，方位角和工具面角。 無線的優(yōu)點是：對井眼軌跡實時監(jiān)測、實時調(diào)整、控制更加精確。簡化施工程序，

18、節(jié)約時間?？苫瑒鱼@進與復(fù)合鉆井相結(jié)合；可隨時活動鉆具、轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤，測斜不需長時間停泵，降低粘卡的幾率?？朔擞芯€起下電纜時間長、斷鋼絲、井口密封失效等故障，進一步提高了時效。 無線使用要求：1、井下溫度、壓力滿足儀器的使用要求。 2、復(fù)合鉆井時，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速低于70RPM。 3、儀器工作扭矩和螺紋上緊扭矩不得超過儀器的許用值。 4、鉆井液滿足儀器要求，特別是含沙量要低，氣泡不能多。 5、泵工作正常。 6、下井前做檢查。井口作淺層測試。 無線隨鉆測井儀LWD（Logging While Drilling) LWD用途：1、隨鉆地質(zhì)測井（與電纜測井相比，更接近地層的真實情況。）2、地質(zhì)導(dǎo)向。3、風(fēng)險回避

19、。4、提高鉆井效率。 MWD磁干擾分析判斷方法：1、井下儀器測得的磁場強度、地磁傾角等與我們計算出的值比較。 2、Bx/By/Bz。Bxoy=(Bx2+By2)1/2 Bx/By:徑向磁場異常（鄰井套管、鐵礦石等） Bz：軸向磁場異常（無磁鉆鋌被磁化）。 分析是否有異常，判斷。 同一地區(qū)，無磁干擾，井斜、方位角相同時，三個參數(shù)相同。 陀螺測斜儀 在已下套管的井內(nèi)使用磁性羅盤時，鋼套管的影響會得出錯誤的測量結(jié)果。在附近有下過套管的井的裸眼井內(nèi)測量時也會如此。叢式井平臺上一口定向井初始造斜時，由于緊靠已下套管的各鄰井使用磁性測斜儀是不可靠的。 在這種情況下必須用不受磁場影響的陀螺羅盤代替磁羅盤陀螺

20、測量儀主要是在有磁干擾的情況下，定向造斜、扭方位，在套管內(nèi)測量方位。使用時，不需無磁鉆鋌。當陀螺轉(zhuǎn)子繞轉(zhuǎn)子軸高速旋轉(zhuǎn)時，二自由度陀螺儀的轉(zhuǎn)子軸具有一個重要特性，即定軸性。所謂定軸性，是當作用于陀螺儀的外力矩為零時，陀螺轉(zhuǎn)子軸I相對慣性空間具有方向不變的特性。因此可以利用它來作為運動物體的慣性基準。這是陀螺測斜儀在鉆井測量中，利用二自由度萬向支架自由陀螺儀確定方位的主要依據(jù)。二、對測斜計算數(shù)據(jù)的規(guī)定1測點編號：測斜自下而上，測點編號自上而下。第一個井斜角不等于零的測點作為第一測點。2測段編號：自上而下編號。第 i -1 個點與第 i 點之間所夾的測段為第 i測段。3第測點：第測點的測深大于25m

21、 時，第測點的測深比第測點的測深小25m，且井斜角規(guī)定為零。第測點的測深小于或等于25m時，規(guī)定第測點的測深和井斜角均為零 。33第二節(jié) 軌跡測量及計算4若若 i = 0，則計算第，則計算第i 測段時，測段時， i = i-1 ；計算第；計算第i+1測段時測段時， i = i+1 。（同誰去計算，就同誰的一樣。）5在一個測段內(nèi)，井斜方位角變化的絕對值不得超過在一個測段內(nèi)，井斜方位角變化的絕對值不得超過180。 i i 1 180 時， i = c =34 第二節(jié) 軌跡測量及計算二、對測斜計算數(shù)據(jù)的規(guī)定三、軌跡計算方法需計算三個坐標增量值。必須知道測段的幾何形狀。測斜只提供上下兩點的參數(shù)。測段形

22、狀未知，計算時只能假設(shè)測段形狀。假設(shè)不同，計算方法不同。國內(nèi)外測段計算方法正切法假設(shè)測段為直線，其方向與下測點方向一致。平衡正切法假設(shè)測段為兩段等長度的折線，其方向分別與上、下測點方向一致。平均角法假設(shè)測段為直線，其方向為上、下測點方向的“和方向”。圓柱螺線法假設(shè)測段為圓柱螺線，螺線在兩端點處與上、下兩測點方向相切。最小曲率法假設(shè)測段為平面圓弧，圓弧在兩端處與上、下測點方向相切。35第二節(jié) 軌跡測量及計算36 必須記住平均角法的公式。書175頁。（計算表） 熟悉圓柱螺線法、曲率半徑法、校正平均角法的公式。書176、177頁。 校正平均角法的公式也要記住。 測點計算的其它公式。（定向井鉆井技術(shù)6

23、3頁。） 定向井靶心距計算。（定向井鉆井技術(shù)64頁。）第三節(jié) 直井防斜技術(shù)Section 3 Deviation control井斜的危害：1、在地質(zhì)勘探方面：造成地質(zhì)資料失真；打亂合理的地下井網(wǎng)和開發(fā)方案。2、在鉆井施工方面：惡化鉆柱工作條件；易造成井壁坍塌和卡鉆；易造成固井下套管困難和注水泥竄槽；糾斜側(cè)鉆增加成本。3、在開發(fā)采油方面：影響分層開采；影響修井工作；影響采收率（死油區(qū)）。37一、井斜的原因地質(zhì)因素，鉆具因素。1、地質(zhì)因素地層傾斜和地層可鉆性不均勻性兩個方面。（1）地層可鉆性的各向異性因素沉積巖特性：垂直層面方向的可鉆性高，平行層面方向的可鉆性低。鉆頭總是有向著容易鉆進的方向前進

24、的趨勢。地層傾角小于45時，鉆頭偏向垂直地層層面的方向。地層傾角超過60時，鉆頭沿著平行地層層面方向下滑，地層傾角在4560之間時，井斜方向?qū)俨环€(wěn)定狀態(tài) 。38第三節(jié) 直井防斜技術(shù)。（2）地層可鉆性的縱向變化地層傾斜且軟硬交錯，鉆頭偏向垂直地層層面方向（即沿著地層的上傾方向。）軟地層硬地層硬地層軟地層39第三節(jié) 直井防斜技術(shù) 一 井斜的原因 當鉆頭由硬地層進入軟地層時，開始時由于地層在軟地層一側(cè)吃入多，鉆速快，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。但當鉆頭快鉆出硬地層時，此處巖石不能再支承鉆頭的重負荷，巖石將沿著垂直于層面方向發(fā)生破碎，在硬地層一側(cè)留下一個臺肩，迫使鉆頭

25、回到地層上傾方向。所以鉆頭由硬地層進入軟地層也有可能仍然向地層上傾方向發(fā)生傾斜。（3）地層可鉆性的橫向變化垂直于鉆頭軸線方向上可鉆性的變化。如：在鉆頭的一側(cè)下面鉆遇溶洞或較疏松的地層，而另一側(cè)則鉆遇較致密的地層。40第三節(jié) 直井防斜技術(shù) 一 井斜的原因2、鉆具因素主要原因是鉆具的傾斜和彎曲。結(jié)果：引起鉆頭傾斜，在井底形成不對稱切削。使鉆頭受側(cè)向力的作用，產(chǎn)生側(cè)向切削。影響最大的是：影響最大的是：“底部鉆具組合底部鉆具組合”( Bottom Hole Assembly )，簡稱，簡稱BHA。導(dǎo)致鉆具傾斜和彎曲的原因：鉆具和井眼之間有一定間隙。鉆壓的作用，鉆柱受壓靠近井壁或發(fā)生彎曲。鉆具本身彎曲；

26、轉(zhuǎn)盤安裝不平、井架安裝不正等。3、井眼擴大鉆頭在井眼內(nèi)左右移動，靠向一側(cè)，鉆頭軸線與井眼軸線不重合，導(dǎo)致井斜。41第三節(jié) 直井防斜技術(shù) 一 井斜的原因地質(zhì)原因是客觀存在的，井眼也不會一鉆就擴大，鉆具是可以控制的，要應(yīng)用防斜鉆具組合：滿眼、鐘擺等。二、滿眼鉆具組合控制井斜由鉆具引起井斜的原因可歸結(jié)為：鉆頭對井底的不對稱切削；鉆頭軸線相對于井眼軸線發(fā)生傾斜；鉆頭上的側(cè)向力導(dǎo)致對井底的側(cè)向切削。解決這些問題的方法之一是讓鉆具填滿井眼，即：滿眼鉆具組合?；驹恚涸龃笙虏裤@具組合的尺寸和剛度，近似“填滿井眼”，防止鉆柱彎曲和傾斜。方法：在下部鉆具適當位置上安裝34個穩(wěn)定器。穩(wěn)定器尺寸： d = d h

27、 - d s =1.0 2.0 mm42第三節(jié) 直井防斜技術(shù)滿眼鉆具組合的基本結(jié)構(gòu)：近鉆頭穩(wěn)定器、中穩(wěn)定器、上穩(wěn)定器、第四穩(wěn)定器。作用：近穩(wěn)定器：抵抗側(cè)向力，防止側(cè)向切削和不對稱切削。中穩(wěn)定器：保證中穩(wěn)定器與鉆頭之間的鉆柱不發(fā)生彎曲。其安放位置需嚴格計算。中扶位置的計算是滿眼鉆具組合設(shè)計的核心，存在一個最優(yōu)距離。上穩(wěn)定器：保證鉆具上至少有3個穩(wěn)定點與井壁接觸，從而保證井眼的直線性。第四穩(wěn)定器：增大下部鉆柱的剛度，協(xié)助中扶防止鉆柱彎曲。43 第三節(jié) 直井防斜技術(shù)二、滿眼鉆具組合控制井斜滿眼鉆具組合的使用，要注意以下問題:(1)只能控制井眼曲率，不能控制井斜角的大小。不能糾斜。(2)“以快保滿，以

28、滿保直”。間隙對滿眼鉆具組合性能影響顯著。設(shè)計間隙一般為 d = d h - d s =0.8 1.6mm。當間隙d達到或超過兩倍的設(shè)計值時，應(yīng)及時更換或修復(fù)穩(wěn)定器。在井徑擴大井段不適用。要搶在井徑擴大以前鉆出新的井眼。(3)不宜在井眼曲率大的井段使用。防止卡鉆。(4)在鉆進軟硬交錯，或傾角較大的地層時，要注意適當減小鉆壓，勤劃眼，以便消除可能出現(xiàn)的“狗腿”。(5)為了發(fā)揮滿眼鉆具的防斜作用，在鉆具上至少要有3個穩(wěn)定點。即：至少要安放3個穩(wěn)定器。44 第三節(jié) 直井防斜技術(shù)二、滿眼鉆具組合控制井斜三、鐘擺鉆具組合控制井斜1.鐘擺鉆具組合的原理在下部鉆柱的適當位置安裝一個穩(wěn)定器，當發(fā)生井斜時，該穩(wěn)

29、定器支撐在井壁上形成支點，使下部鉆柱懸空。則該穩(wěn)定器以下的鉆柱就好象一個鐘擺，產(chǎn)生一個鐘擺力。鉆頭在此鐘擺力的作用下切削下井壁。從而使新鉆的井眼不斷降斜。45第三節(jié) 直井防斜技術(shù)1L z =r =2. 鐘擺鉆具組合設(shè)計，關(guān)鍵在于第一個穩(wěn)定器到鉆頭距離的計算，存在一個最優(yōu)距離。鉆頭上的鐘擺力：F d = q m L z sin 2可產(chǎn)生最大鐘擺力的最優(yōu)穩(wěn)定器安放位置計算：W -鉆壓，kN；d h -井徑， m；d c-鉆鋌直徑，m。考慮到穩(wěn)定器磨損和井徑擴大，使用距離比計算距離適當減小。L S =（0.9 0.95） L zB 2 + 4 AC B2 AA = 2 q m sin B = 82

30、. 04 WrC = 184 . 6 2 EJrd h d c246 第三節(jié) 直井防斜技術(shù)三、鐘擺鉆具組合控制井斜3.鐘擺鉆具組合的使用(1)多數(shù)用于井斜角較大的井糾斜。直井內(nèi)無防斜作用。(2)其性能對鉆壓特別敏感。鉆壓增大，則增斜力增大，鐘擺力減小。使用時必須嚴格控制鉆壓。(3)只能使用小鉆壓“吊打”。如果使用大鉆壓,可能形成新的支點。(4)不能有效控制井眼曲率，易形成“狗腿”。(5)間隙對鐘擺鉆具組合性能的影響比較明顯。47 第三節(jié) 直井防斜技術(shù)三、鐘擺鉆具組合控制井斜1.2.3.4.四、其它直井方斜技術(shù)塔式鉆具（鐘擺原理）。偏心鉆鋌（形成公轉(zhuǎn)和鐘擺力）。方鉆鋌（滿眼鉆具原理）。鉆鋌偏心短

31、節(jié)（形成鉆鋌公轉(zhuǎn)）。48第三節(jié) 直井防斜技術(shù)第四節(jié) 定向井井眼軌道設(shè)計Section 4 Well path design of directional well常規(guī)定向井： b = 15 60 b -最大穩(wěn)斜角。大斜度井： b = 60 85水平井： b = 90上翹井： b = 90 120大位移井： 水平位移與垂深之比大于2.0。一、定向井軌道分類二維定向井常規(guī)二維定向井：井段形狀由直線和圓弧曲線組成。非常規(guī)二維定向井：除了直線和圓弧曲線外，還有某種特殊曲線，如懸鏈線，二次拋物線等。三維定向井糾偏三維定向井、繞障三維定向井。49二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計設(shè)計原則(1) 能實現(xiàn)鉆定向井的目

32、的(地面、地質(zhì)、處理事故、提高經(jīng)濟效益等。）。(2) 有利于安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井。A.軌道形狀簡單，盡量保持較長的直井段，容易實現(xiàn)鉆進；盡量減小最大井斜角，以便減小鉆井難度。1530，小傾角定向井；3060，中傾角定向井；大于60，大傾角定向井。最大井斜角不得小于15，否則井斜方位不易穩(wěn)定。50 第四節(jié) 定向井井眼軌道設(shè)計B.選擇合適的造斜點位置。地層：硬度適中，無坍塌、縮徑、高壓、易漏。深度：根據(jù)垂深、水平位移、剖面類型等確定。垂深大、位移小，造斜點應(yīng)深一些，避免長穩(wěn)斜段；垂深小、位移大，造斜點應(yīng)淺一些，減小定向施工工作量。C.選擇合適的井眼曲率。K c ?。涸煨倍伍L，鉆速低；K c 大：摩

33、阻大，起下鉆、下套管等作業(yè)困難；保持 K c均勻，避免急彎，防止阻卡。保證鉆具順利通過；保證下套管順利；(3) 有利于采油工藝的要求。盡量減小井眼曲率，以改善油管和抽油桿的工作條件。盡量以具有較小井斜角的直井段（斜直或垂直）進入油氣層。以利于安裝電潛泵，坐封封隔器及其他井下作業(yè)。51 第四節(jié) 定向井井眼軌道設(shè)計二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計軌道類型常規(guī)二維定向井軌道有四種類型：三段式，多靶三段式，五段式和雙增式。52 第四節(jié) 定向井井眼軌道設(shè)計二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計53 第四節(jié) 定向井井眼軌道設(shè)計二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計3設(shè)計條件、內(nèi)容及步驟（1）設(shè)計條件由地質(zhì)、采油部門提供的要求：目標點位

34、置： D t 、S t 、 0目標段位置： D t 、 S t 、D mm 、 t 、 0由鉆井工程要求和設(shè)計原則確定的數(shù)據(jù)：造斜點深度 D kop井眼曲率 K c54 第四節(jié) 定向井井眼軌道設(shè)計二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計（2）設(shè)計內(nèi)容及步驟選擇軌道形狀：給定 D t 、S t 、 0 ，選用三段式；給定 D t 、S t 、D mm 、 t 、 0 ，選用五段式或多靶三段式；給定 D t 、S t 、D mm 、 t 、 0 ，且 t 較大，用雙增式。確定造斜點位置 D kop ；造斜率 K z ，降斜率 K n ，第二造斜率 K zz計算關(guān)鍵參數(shù)：最大井斜角 b 、 穩(wěn)斜段長度 D mw

35、。計算各井段井身參數(shù)： D、S、D m 。繪制垂直剖面圖和水平剖面圖。55 第四節(jié) 定向井井眼軌道設(shè)計二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計S t D mm sin t + R n ( 1 cos t )= D D D bz 2 24. 軌道的設(shè)計計算（以五段式軌道為例）（1）計算關(guān)鍵參數(shù) b 、 D mw （如圖）t a mm cos t + R n sin t ( R z + R n ) tan 256 第四節(jié) 定向井井眼軌道設(shè)計二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計令： S e = S t D mm sin t + R n ( 1 cos t )D e = D t D a D mm cos t + R n si

36、n tR e = R z + R n則： tan b =由： tan b =S eD e R e tan b22 tan b21 tan 2 ( b )2tan b2=D e D e 2 + S e 2 2 R e S e2 R e S e得： D mw = D e 2 + S e 2 2 R e S e57 第四節(jié) 定向井井眼軌道設(shè)計二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計增斜段：穩(wěn)斜段：降斜段：目標段：58 第四節(jié) 定向井井眼軌道設(shè)計二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計5.不同軌道類型的關(guān)鍵參數(shù)計算造斜段井眼曲率半徑 R 的計算公式：R =30K c180=1719K cK c 的單位是（/30m）， R （m）

37、。（1）三段式給定D t 、 S t 、 0、 D kop 、 K z時，計算 b、D mw59 第四節(jié) 定向井井眼軌道設(shè)計二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計 bS t tan b D mw =給定D t 、 S t 、 0 、 K z 、 b時，計算 D kop 、 D mwR z =K z =D t D kop tan(21719R zS ttan b) D mw =D t D kop R z sin bcos b給定D t 、 S t 、 0、 D kop 、 b 時，計算K z 、 D mw60 第四節(jié) 定向井井眼軌道設(shè)計二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計 t D mw =（2）多靶三段式 b = t

38、2D t D kop R z sin bcos b61 第四節(jié) 定向井井眼軌道設(shè)計二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計（3）五段式62 第四節(jié) 定向井井眼軌道設(shè)計二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計（4）雙增式軌道R e = R z R zz63 第四節(jié) 定向井井眼軌道設(shè)計二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計雙增軌穩(wěn)斜段：z z bzz zz tm mm6、井段計算及設(shè)計結(jié)果對每個井段計算出段長、垂增、平增三個參數(shù)。 D z = R z sin b增斜段： S = R ( 1 cos ) D mz = R z b / 180 D w = D mw cos b S w = D mw sin b D n = R n (sin

39、b sin t )降斜段： S n = R n (cos t cos b ) 第四節(jié) 定向井井眼軌道設(shè)計二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計 如果已知第一穩(wěn)斜角的角度及造斜率、靶點參數(shù)等設(shè)計參數(shù)，一般可以反推出相關(guān)參數(shù)，不必死記公式。如書上三段式的第二、第三種情況及多靶三段式。 要根據(jù)剖面簡單的原則，靈活套用公式設(shè)計剖面。記公式時，必須記住各參數(shù)代表的意義，最好根據(jù)圖來記。65 第四節(jié) 定向井井眼軌道設(shè)計二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計第五節(jié) 定向井造斜工具及軌跡控制Section 5 Building tool and trajectory control造斜： 由垂直井段開始鉆出具有一定方位的斜井段的工藝

40、過程。造斜點： 開始造斜時的深度。垂直井段開始傾斜的起點。造斜工具： 井底動力鉆具造斜工具；轉(zhuǎn)盤鉆造斜工具;混合鉆進造斜工具 導(dǎo)向式馬達。一、井底動力鉆具造斜工具動力鉆具（井下馬達）：渦輪鉆具、螺桿鉆具、電動鉆具。工作特點：在造斜鉆進過程中，動力鉆具外殼和鉆柱不旋轉(zhuǎn)，有利于定向造斜。661.動力鉆具造斜工具的種類三種：彎接頭、彎外殼馬達、偏心墊塊。(1)彎接頭(斜接頭)影響彎接頭造斜率的因素：彎角越大，造斜率越大；一般為 0.52.5。彎曲點以上鉆柱的剛度越大，造斜率越大；彎點至鉆頭的距離越小且重量越小，造斜率越大；鉆速越小，造斜率越高。此外：造斜率大小還與井眼間隙、地層因素、鉆頭結(jié)構(gòu)有關(guān)。(

41、2)彎外殼馬達 （原理與彎接頭類似），有單彎、同向雙彎（FAB)、異向雙彎（DTU)(3)偏心墊塊杠桿原理，墊塊在井壁下側(cè)作為支點，在上部鉆柱重力作用下使鉆頭受到一個杠桿力，從而產(chǎn)生側(cè)向切削。墊塊偏心度越高，造斜率越高。67第五節(jié) 定向井造斜工具及軌跡控制 一、井底動力鉆具造斜工具 彎接頭造斜原理：鉆具中接彎接頭，迫使鉆頭傾斜，對井底造成不對稱切削。另外井壁迫使鉆具彎曲部分伸直，使鉆頭受到鉆柱的彈性力的作用，從而產(chǎn)生側(cè)向切削，改變井眼方向。 檢查彎接頭（定向直接頭，用于單彎）定向套安裝是否正確：定向套固定牢靠，不轉(zhuǎn)動，定向鍵與固定螺釘相差180度，定向鍵的間隙合適，用定向桿試座鍵順利。 丈量彎

42、接頭度數(shù)是否符合要求：定向鍵在短邊上，固定螺釘在長邊上。彎接頭度數(shù)（長邊短邊）/直徑57.3(度)。 單彎螺桿度數(shù)是否符合要求、表示彎曲方向的標記是否清晰，準確。穩(wěn)定器外徑要符合要求，216井眼小于212mm不得入井。 為精確測量方位角，選擇好無磁鉆鋌的長度及調(diào)整好羅盤（傳感器）在無磁鉆鋌內(nèi)的位置。使用磁測量工具時必須特別注意磁干擾的影響。這種干擾是由于緊靠鋼鉆鋌引起的，也可能是由鄰近的套管和具有磁性的地層所至。 磁通門感應(yīng)的是大地磁場。利用無磁鉆鋌可以把羅盤和羅盤上下的磁鋼和磁場分開，防止對地磁場的干擾，能讓大地磁場穿過。無磁鉆鋌是一種由蒙乃尓合金或不銹鋼制成的不易磁化的鉆鋌，其用途是為磁性

43、測斜儀提供一個不受鉆柱磁場影響的測量環(huán)境，傍邊的干擾不能屏蔽。 所需要的無磁鉆鋌長度取決于幾個因素，包括井眼的方位和井斜角、地理位置。在高緯區(qū)，分磁場強度很小，羅盤讀數(shù)易受附近其它磁流的影響。因而應(yīng)當下入較多的無磁鉆鋌將其它磁源的影響減至最底限度?？梢岳脠D表估算出應(yīng)下入的無磁鉆鋌數(shù)量和鉆鋌內(nèi)羅盤的位置。地球水平磁場強度分布圖方位角由磁北或南，度。無磁鉆鋌長度確定 1區(qū)井斜角與象限方位角的交點在曲線A下用18鉆鋌；25鉆鋌曲線B下；30鉆鋌曲線C下；串聯(lián)18+25鉆鋌曲線C上； 2區(qū)30鉆鋌曲線A下；60鉆鋌曲線B下（加找中器）；60鉆鋌曲線C下（近鉆頭穩(wěn)定器）；90鉆鋌曲線C上； 3區(qū)60鉆

44、鋌曲線A下（加找中器）；60鉆鋌曲線B下（近鉆頭穩(wěn)定器）；90鉆鋌曲線C下。 關(guān)于儀器在無磁鉆鋌中的位置，推薦如下： 1區(qū)：6m鉆鋌中心以下，0.30.6m； 8m鉆鋌中心以下，0.61m； 10m鉆鋌中心以下，11.3m。 2區(qū)：10m鉆鋌中心以下，11.3m； 20m鉆鋌中心以下，2.33m； 30m鉆鋌中心。 3區(qū)：20m鉆鋌中心(曲線A)； 20m鉆鋌中心以下，2.33m(曲線B)； 30m鉆鋌中心。 我國大部分地區(qū)處于一區(qū)。磁場區(qū)磁場強度越高，需要的無磁鉆鋌越長。 因此為盡可能減少磁干擾，羅盤（傳感器）在無磁鉆鋌內(nèi)的位置是有講究的， 施工時按照規(guī)定應(yīng)配好測斜加長桿。 切不可測斜時去掉

45、加長桿、拉多點時帶一段鋼絲繩，而且應(yīng)根據(jù)各個測量儀器的長短配不不同長度的加長桿。 單點測量時，儀器到底后，盡量不要讓鋼絲繩下垂過多。當無磁鉆鋌間需要用扶正器時，最好加工成無磁扶正器。加重鉆桿的加重鉆桿的作用：作用： 用在鉆具組合底部來代替鉆鋌加壓，能在受壓狀態(tài)下用在鉆具組合底部來代替鉆鋌加壓，能在受壓狀態(tài)下工作。與鉆鋌比，在導(dǎo)向鉆具定向作業(yè)中減少與井壁的工作。與鉆鋌比，在導(dǎo)向鉆具定向作業(yè)中減少與井壁的接觸面積，減小摩阻力，利于滑動作業(yè)，增加井下安全接觸面積，減小摩阻力，利于滑動作業(yè)，增加井下安全且有利于定向井參數(shù)的控制，特別是且有利于定向井參數(shù)的控制，特別是18度斜坡加重鉆桿。度斜坡加重鉆桿。

46、還用作鉆鋌與鉆桿之間的過渡段，以減緩剛度變化。增還用作鉆鋌與鉆桿之間的過渡段，以減緩剛度變化。增加了環(huán)空。在井眼曲率變化大的井段，減少摩阻，減少加了環(huán)空。在井眼曲率變化大的井段，減少摩阻，減少掛卡及復(fù)雜情況的出現(xiàn)。掛卡及復(fù)雜情況的出現(xiàn)。為減少鉆具因彎曲造成的破壞，鉆鋌與鉆桿連接處的截面為減少鉆具因彎曲造成的破壞，鉆鋌與鉆桿連接處的截面模量比應(yīng)小于模量比應(yīng)小于5.5。鉆桿的鉆桿的作用：作用： 主要作用為傳遞扭矩和輸送泥漿，并將地面發(fā)出的功率傳遞給鉆頭，并主要作用為傳遞扭矩和輸送泥漿，并將地面發(fā)出的功率傳遞給鉆頭，并靠鉆桿的逐漸加長使井眼不斷加深。靠鉆桿的逐漸加長使井眼不斷加深。扶正器的分類扶正器

47、的分類扶正器的作用扶正器的作用扶正器的形狀扶正器的形狀使用扶正器的使用扶正器的一些技巧一些技巧螺旋扶正器結(jié)構(gòu)ID 扶正器 Stabilizer扶正器作用扶正器作用 在現(xiàn)場作業(yè)中，無論是在轉(zhuǎn)盤鉆具組合在現(xiàn)場作業(yè)中，無論是在轉(zhuǎn)盤鉆具組合中，還是在導(dǎo)向鉆具中，扶正器都具有很中，還是在導(dǎo)向鉆具中，扶正器都具有很大的作用。大的作用。 在增斜鉆具組合和降斜鉆具組合中，扶在增斜鉆具組合和降斜鉆具組合中，扶正器起支點作用，通過改變扶正器在下部正器起支點作用，通過改變扶正器在下部鉆具組合中的位置，可改變下部鉆具組合鉆具組合中的位置，可改變下部鉆具組合的受力狀態(tài)，從而進行增斜、穩(wěn)斜或者降的受力狀態(tài)，從而進行增斜、

48、穩(wěn)斜或者降斜來達到控制井眼軌跡的目的斜來達到控制井眼軌跡的目的, ,還可以增加還可以增加下部鉆具組合的剛性，修整井眼，防止粘下部鉆具組合的剛性，修整井眼，防止粘卡等?？ǖ?。 非磁鉆鋌非磁鉆鋌非磁鉆鋌作用作用 在使用在使用MWD或者電子多或者電子多點測斜儀等儀器時，在鉆具組點測斜儀等儀器時，在鉆具組合中使用非磁鉆鋌可以有效防合中使用非磁鉆鋌可以有效防止由于鉆具所帶來的磁干擾，止由于鉆具所帶來的磁干擾，使測量結(jié)果準確有效。使測量結(jié)果準確有效。 8 非磁鉆鋌：非磁鉆鋌： 扣型：扣型：631*630 外徑：外徑：8 （203.2mm） 內(nèi)徑：內(nèi)徑：3-1/4 （82.55mm）6-1/2 非磁鉆鋌：非

49、磁鉆鋌： 扣型：扣型：411*410 外徑：外徑：165.1mm 內(nèi)徑：內(nèi)徑：3-1/4 或或 2-13/16 （71.4mm）非磁鉆鋌ID非磁鉆鋌 Non-magnetic Drilling Collar S/N懸掛短節(jié)懸掛短節(jié)懸掛短節(jié)作用作用 將將MWDMWD儀器坐在其中，為儀器坐在其中，為MWDMWD提供一個提供一個安全穩(wěn)定的測量環(huán)境。安全穩(wěn)定的測量環(huán)境。 懸掛短節(jié)外壁上有一高邊刻度線，其懸掛短節(jié)外壁上有一高邊刻度線，其作用是校正馬達高邊及量作用是校正馬達高邊及量MWDMWD到馬達到馬達OFFSETOFFSET值。內(nèi)壁有一凸出的鍵，為值。內(nèi)壁有一凸出的鍵，為MWDMWD座座封時使用。在不

50、使用封時使用。在不使用MWDMWD時，一定要注意時，一定要注意先甩掉懸掛短節(jié)，以避免排量過大沖掉該先甩掉懸掛短節(jié)，以避免排量過大沖掉該鍵，造成井下事故。鍵，造成井下事故。短非磁鉆鋌 短非磁鉆鋌的作用：短非磁鉆鋌的作用： 與非磁鉆鋌的作用類似，只是長度不同與非磁鉆鋌的作用類似，只是長度不同。 短非磁鉆鋌尺寸、內(nèi)外徑及扣型：短非磁鉆鋌尺寸、內(nèi)外徑及扣型： 8 短非磁鉆鋌：短非磁鉆鋌： 扣型：扣型：631*630 外徑：外徑：8 （203.2mm） 內(nèi)徑：內(nèi)徑：3-1/4 （82.55mm） 6-1/2 短非磁鉆鋌：短非磁鉆鋌： 扣型：扣型：411*410 外徑：外徑：165.1mm 內(nèi)徑：內(nèi)徑：3

51、-1/4 “ 或或 2-13/16 ” （71.4mm）浮閥和定向接頭浮閥的浮閥的作用：作用： 主要作用是防止泥漿倒流損害井下測量工具，以及防止鉆頭水眼被堵。定向接頭的定向接頭的作用：作用： 主要作用是為定向儀器（陀螺等）提供一個穩(wěn)定的座封環(huán)境，便于準確地知道馬達等井下工具的方向，保障下部作業(yè)順利進行。浮閥和定向接頭結(jié)構(gòu)IDID浮閥接頭 Float ValveIDID定向接頭 Orienting Sub震擊器和撓性接頭震擊器的震擊器的作用：作用： 主要作用是保持鉆頭和鉆柱的工作平衡，在卡鉆時幫助解卡。 撓性接頭的撓性接頭的作用：作用： 主要作用是保護震擊器，增加震擊時的彈力。 震擊器和撓性接頭

52、震擊器 Drilling Jar S/NID撓性接頭 Flex Sub短鉆鋌短鉆鋌的短鉆鋌的作用：作用： 其作用可以參看轉(zhuǎn)盤扶正器其作用可以參看轉(zhuǎn)盤扶正器組合。組合。 其它的一些定向工具：其它的一些定向工具： 承托環(huán)承托環(huán) 配合接頭配合接頭 減震器減震器 鍵槽破壞器（見定向鉆井技術(shù)鍵槽破壞器（見定向鉆井技術(shù)72頁）頁） 循環(huán)頭循環(huán)頭 變向器變向器 打撈杯打撈杯 開窗工具常見開窗工具常見開窗工具：斜向器斜向器洗錐洗錐鍛洗工具鍛洗工具 68第五節(jié) 定向井造斜工具及軌跡控制 一、井底動力鉆具造斜工具渦輪鉆具的結(jié)構(gòu)與特性結(jié)構(gòu)：定子和轉(zhuǎn)子（葉片）、外殼、壓緊短節(jié)、主軸。工作原理：鉆井液沖擊 葉片，產(chǎn)生旋

53、轉(zhuǎn)扭矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子和主軸旋轉(zhuǎn)。特性：(1)轉(zhuǎn)速較快（1000rpm），扭矩較??；(2)轉(zhuǎn)速與扭矩隨流量的增大而增大；(3)在一定流量下，轉(zhuǎn)速隨扭矩增大而減??；扭矩增高時，地面壓力并不增高，難判斷失速。(4)空轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)速達到最高，所以不應(yīng)當用渦輪鉆具進行劃眼。69第五節(jié) 定向井造斜工具及軌跡控制 一、井底動力鉆具造斜工具 （1）轉(zhuǎn)速與流量成正比，扭矩、壓力降與流量的平方成正比，功率與流量的三次方成正比。足夠的流量是渦輪鉆具發(fā)出足夠功率和扭矩的前提。 （2）存在一個最優(yōu)轉(zhuǎn)速，使功率最大。3螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)與特性結(jié)構(gòu)：旁通閥、定子（外殼內(nèi)部澆鑄橡膠）、轉(zhuǎn)子（主軸）、萬向軸、傳動軸。工作原理：鉆井液流過由

54、定子與轉(zhuǎn)子相互嚙合形成的螺旋形空腔時，迫使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生扭矩。特性：(1)轉(zhuǎn)速較慢（100-300 rpm ），扭矩較大；轉(zhuǎn)速、扭矩、壓力降、功率與流量的關(guān)系，同渦輪。(2)轉(zhuǎn)速與扭矩隨流量的增大而增大；轉(zhuǎn)速也隨壓力降而變化，但在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速變化很小，略微下降（硬轉(zhuǎn)速特性），到要制動時，急劇下降，直至轉(zhuǎn)速為零。(3)扭矩與壓力降成正比?？筛鶕?jù)泵壓大小了解鉆頭扭矩和鉆壓?？梢钥粗脡罕泶蜚@。根據(jù)泵壓表上的壓力降還可以換算出鉆頭上的扭矩，從而可以較為準確地求得反扭角。70第五節(jié) 定向井造斜工具及軌跡控制 一、井底動力鉆具造斜工具 馬達是一種馬達是一種 螺桿鉆具（螺桿鉆具（SCREW DRILLS

55、SCREW DRILLS），），它是以泥漿作為動力的一種井下動力鉆具。它是以泥漿作為動力的一種井下動力鉆具。 馬達工作原理：泥漿泵產(chǎn)生的高壓泥漿流，馬達工作原理：泥漿泵產(chǎn)生的高壓泥漿流，經(jīng)旁通閥進入馬達時，轉(zhuǎn)子在壓力泥漿的驅(qū)經(jīng)旁通閥進入馬達時，轉(zhuǎn)子在壓力泥漿的驅(qū)動下，繞定子的軸線旋轉(zhuǎn)，馬達產(chǎn)生的扭矩動下，繞定子的軸線旋轉(zhuǎn)，馬達產(chǎn)生的扭矩和轉(zhuǎn)速，通過萬向軸和傳動軸傳遞給鉆頭，和轉(zhuǎn)速，通過萬向軸和傳動軸傳遞給鉆頭，來實現(xiàn)鉆井作業(yè)。來實現(xiàn)鉆井作業(yè)。旁通閥結(jié)構(gòu)及工作原理：旁通閥結(jié)構(gòu)及工作原理： 旁通閥有旁通和關(guān)閉兩個位置，在起下鉆旁通閥有旁通和關(guān)閉兩個位置，在起下鉆時位于旁通位置，下鉆時勻許環(huán)空的泥漿

56、由旁時位于旁通位置，下鉆時勻許環(huán)空的泥漿由旁通閥閥體側(cè)面的閥口孔流向鉆桿內(nèi)孔，起鉆時通閥閥體側(cè)面的閥口孔流向鉆桿內(nèi)孔，起鉆時使鉆桿內(nèi)孔的泥漿從閥體側(cè)面的閥口流入環(huán)空，使鉆桿內(nèi)孔的泥漿從閥體側(cè)面的閥口流入環(huán)空，減少井臺溢出泥漿，當泥漿流量及壓力達到一減少井臺溢出泥漿，當泥漿流量及壓力達到一定值時，旁通閥關(guān)閉，泥漿流經(jīng)馬達，將泥漿定值時，旁通閥關(guān)閉，泥漿流經(jīng)馬達，將泥漿能量轉(zhuǎn)換為機械能。能量轉(zhuǎn)換為機械能。馬達總成的結(jié)構(gòu)及工作原理：馬達總成的結(jié)構(gòu)及工作原理： 馬達總成由轉(zhuǎn)子和定子兩部分馬達總成由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成。定子與轉(zhuǎn)子之間形成若干組成。定子與轉(zhuǎn)子之間形成若干個密封腔，在泥漿動力作用下，個密封

57、腔，在泥漿動力作用下，密封腔不斷的形成與消失，完成密封腔不斷的形成與消失，完成能量交換從而推動轉(zhuǎn)子在定子中能量交換從而推動轉(zhuǎn)子在定子中旋轉(zhuǎn)。馬達可形成幾個密封腔就旋轉(zhuǎn)。馬達可形成幾個密封腔就稱幾級馬達。稱幾級馬達。萬向軸總成的結(jié)構(gòu)及工作原理：萬向軸總成的結(jié)構(gòu)及工作原理： 萬向軸總成未于轉(zhuǎn)子下端，其萬向軸總成未于轉(zhuǎn)子下端，其作用是把馬達產(chǎn)生的扭矩和轉(zhuǎn)速作用是把馬達產(chǎn)生的扭矩和轉(zhuǎn)速傳遞到傳動軸上。由于轉(zhuǎn)子作的傳遞到傳動軸上。由于轉(zhuǎn)子作的是偏心運動，因此要求萬向軸具是偏心運動，因此要求萬向軸具有較好的撓性功能，能將偏心運有較好的撓性功能，能將偏心運動轉(zhuǎn)換成傳動軸的定軸轉(zhuǎn)動。動轉(zhuǎn)換成傳動軸的定軸轉(zhuǎn)動。

58、 傳動軸總成的工作原理：傳動軸總成的工作原理： 傳動軸總成傳動軸總成(drive shaft assembly)(drive shaft assembly)，它的作，它的作用是將馬達的旋轉(zhuǎn)動力（扭矩和轉(zhuǎn)速）傳遞給鉆用是將馬達的旋轉(zhuǎn)動力（扭矩和轉(zhuǎn)速）傳遞給鉆頭，同時承受鉆壓所產(chǎn)生的軸向和徑向負荷。頭，同時承受鉆壓所產(chǎn)生的軸向和徑向負荷。它的上下止推軸承承受軸向力。徑向軸承起對傳動它的上下止推軸承承受軸向力。徑向軸承起對傳動軸起扶正作用，保證傳動軸平穩(wěn)工作。軸起扶正作用，保證傳動軸平穩(wěn)工作。一般有一般有5 51010的鉆井液流經(jīng)軸承組，起潤滑和冷卻的作的鉆井液流經(jīng)軸承組，起潤滑和冷卻的作用。用。國

59、內(nèi)常用的螺桿鉆具傳動軸有國內(nèi)常用的螺桿鉆具傳動軸有7MPA（鉆頭最大水眼壓降）（鉆頭最大水眼壓降）和和14MPA二種結(jié)構(gòu)。二種結(jié)構(gòu)。 14MPA的壽命更長，承載力更大。的壽命更長，承載力更大。 常用馬達廠家：常用馬達廠家： NADRILLNADRILL、BAKERBAKER、立林、立林、 大港、大港、 德州德州 泥漿馬達操作參數(shù)及注意事項泥漿馬達操作參數(shù)及注意事項工作壓力工作壓力循環(huán)壓力循環(huán)壓力工作壓差工作壓差馬達井口試驗應(yīng)注意的問題馬達井口試驗應(yīng)注意的問題不同馬達所允許的軸向間隙不同馬達所允許的軸向間隙 馬達使用結(jié)束后應(yīng)馬達使用結(jié)束后應(yīng)注意的問題注意的問題馬達到達井場后先要作什么馬達到達井場

60、后先要作什么地面處理系統(tǒng)MWD連接短節(jié)正脈沖發(fā)生器驅(qū)動器短節(jié)上穩(wěn)定器電池筒短節(jié)馬達可調(diào)彎殼體自然伽馬、井斜儀向上發(fā)射線圈定向儀短節(jié)數(shù)據(jù)連接總成發(fā)射線圈紐扣電極接收線圈下穩(wěn)定器鉆頭71第五節(jié) 定向井造斜工具及軌跡控制 一、井底動力鉆具造斜工具定子溫度：125度、150度等。為了保證螺桿鉆具的密封效果，應(yīng)合理地選擇轉(zhuǎn)子與定子之間的配合尺寸。中空馬達可增加流量，增加鉆頭的水馬力及鉆井液的上返速度。每種規(guī)格的螺桿鉆具均有最大流量值。過大，會超速運轉(zhuǎn)，易先期損壞轉(zhuǎn)子與定子。過小，不轉(zhuǎn)動或慢。定子的頭數(shù)總比轉(zhuǎn)子多一頭。規(guī)格上標明的是轉(zhuǎn)子的頭數(shù)。一般，螺桿鉆具在相同的規(guī)格下，轉(zhuǎn)子頭數(shù)越少，轉(zhuǎn)速越高，扭矩越小