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摘 要：井斜控制问题是在上世纪半开始重视并且蓬勃发展。本文主要介绍了当前主要的防斜纠斜钻具组合及工具：钟摆防斜钻具、满眼防斜钻具、柔性防斜钻具组合、偏心防斜钻具和双效防斜器，并且探讨井斜控制理论的研究目标，为钻井中井斜控制指导有重要的意义。
关键词：钻井 井斜 控制
井斜的问题是由F. G. D. Muller于1924年提出的。二三十年代只是意识到井斜问题，并没有提出解决的办法。1936年LVWClark首先在控制井斜方面作了有意义的工作，直到1948年很少有关于井斜的论文发表。从上世纪50年代开始，井斜控制技术开始蓬勃发展。在井斜控制方面取得了突出的成果。
一、防斜纠斜钻具组合及工具
1.钟摆防斜钻具
钟摆钻具是早期钻柱力学研究的产物。认为实际的井眼都是倾斜的，钻柱某点将和井壁接触，称为上切点。未加钻伍时，作用在钻头处的侧向力只是钻头与上切点之间钻挺重量的横向分量，这个力称作钟摆力，使井眼趋于垂直；当施加钻压时，将在钻头处产生另一侧向力，此力使井眼偏离原来的方向。这二个力的合力决定了钻进方向。这就是钟摆钻具理论的基础。此后有关钟摆钻具的研究都是在此基础上进一步完善和发展的。钟摆钻具是利用斜井内钻柱切点以下钻挺重量的横向分力（钟摆力）把钻头压向井眼下方，以逐渐达到减小井斜的效果，这个横向分力的作用犹如钟摆一样。增加钟摆力的一个办法是尽可能使用较大尺寸的钻挺，这样钻挺不容易被压弯，切点位置相对较高，有利于降斜。另一个办法是在此切点略高的位置上安装稳定器，以提高切点位置，增大降斜力。同时也能减小钻头外侧倾角（指产生增斜效果的钻头倾角）。
2.满眼防斜钻具
满眼钻具的防斜原理有二点：①能产生较小的钻头倾角（相对于钟摆钻具而言）；②利用三点（三个稳定器）直线性来保证井眼的直线性和限制钻头的横向移动。满限钻具的设计要求主要有三点：①保证下部钻挺有尽可能大的刚度：②保证稳定器之间具有合适的长度；③保证稳定器与井眼之间的间隙尽可能小。满眼钻具能承受较大钻压（相对于钟摆钻具），因而能获得较高的机械钻速。但满眼钻具在发生井斜后其纠斜效果不如钟摆钻具，此时需要起下钻换钟摆钻具纠斜。满眼钻具适用于不易斜或较为易斜的地区（层）。满眼钻具也是在石油及天然气钻井应用最为广泛的钻具组合之一。
3.柔性防斜钻具组合
目前国内外有报道的柔性防斜钻具组合有多种形式。但主要可以归纳为二大类，钻杆柔性防斜钻具组合和柔性接头防斜钻具组合。
a.钻杆柔性防斜钻具。根据钻柱受力平衡条件可得出钻头的侧向力与第一稳定器处内弯矩之间的定量关系式（还包括钻压、钻挺自重、长度、钻头倾角等物理量的影响），即：第一稳定器处内弯矩不同对钻头侧向力有着不同的影响。当第一稳定器处内弯矩为正值时，钻头产生降斜力；当第一稳定器处内弯矩为负值时，钻头产生增斜力。
b.柔性接头防斜钻具。此钻具的特点是在钻头和第一稳定器之间加了一个技术接头（也称柔性接头）。它相当于一个万向接头，不传递弯矩，但可以传递扭矩、轴向力。接头距钻头及上部稳定器的距离都比较短，当钻具组合发生小挠度变形时，在接头处形成的结构弯角可以在小范围内任意发生变化，从而使钻头始终以降斜方式自转。现场实钻表明，这种钻具组合在垂直井眼中并不引起井斜。
4.偏心防斜钻具
a.质量偏心防斜钻具结构。质量偏心防斜钻具组合即在钟摆钻具的适当位置安放一个质量偏心短节（偏心质量块在一侧凸出）而形成。其设计思想是要改善钟摆钻具较大的钻头外侧倾角（即钻头轴线偏出井眼轴线增斜一侧）。当偏心短节的偏心带转至井眼下井壁时，偏心带的凸出部位接触下井壁，使钻柱处于“垫起”状态，其钻柱轴线更接近该处的井眼轴线，从而减小了钟摆钻具的钻头外侧倾角，也就减缓了井斜的增加；当偏心带转至井眼上井壁时，由于偏心力的作用使偏心带接触上井壁，从而将该处钻柱“吊起”，这样在钻头处形成钻头内侧倾角或负倾角（即钻头轴线方向偏向井眼轴线降斜一侧）。此时，钻头切削下井壁，产生降斜作用。
b.偏轴防斜钻具组合。偏轴防斜打快钻具组合原理是把对钻直井不利的无规律涡动状态变为有利的公转回旋运动。当钻具被加上钻压后，受井眼所限制的偏轴组合在很大的弯矩作用下形成以偏轴接头为中心的双向弯曲变形，其弯矩产生于偏轴接头处。转盘的旋转强迫钻具作稳定的公转回旋运动，使钻头均匀切削井底岩石。结构参数（偏轴距、偏轴接头安放位置、钻挺尺寸等）要整体优化选择，且要与设计钻井参数（钻压、转速）相匹配。在设计的钻压范围内钻压越高，组合运动越稳定、防斜、纠斜效果越好。
二、井斜控制理论的研究目标
下部钻具组合力学分析主要用于计算钻头的侧向力和转角；钻柱处在充满钻井液的狭长井眼里工作，其受力和变形是比较复杂的，因此需要用数值方法并借助于计算机来定量分析钻柱的静态和动态特性。
钻头的力学特性主要取决于下部钻具组合（BHA），因此，在井斜控制理论中主要研究下部钻具组合的受力和变形，充分合理地利用钻井工具，既能有效地把实钻井眼轨迹控制在要求的范围内，又能改善井身质量和降低钻井成本，同时应避免井下钻柱失效事故的发生。
参考文献：
[1]王建文.新型螺杆钻具的特性及其合理使用[J].钻采工艺，1991；14（1）：82-89.
[2]万朝晖.螺杆钻具工作特性和结构参数分析研究[J].石油机械，2001，29（10）：9-12.
作者简介：郭俊亮（1984-），男，河北邯郸人，长江大学石油与天然气工程专业在职研究生在读，现任中石化华北石油工程有限公司五普钻井分公司工程师，现主要从事石油钻井技术工作。
关键词：钻井 井斜 控制
井斜的问题是由F. G. D. Muller于1924年提出的。二三十年代只是意识到井斜问题，并没有提出解决的办法。1936年LVWClark首先在控制井斜方面作了有意义的工作，直到1948年很少有关于井斜的论文发表。从上世纪50年代开始，井斜控制技术开始蓬勃发展。在井斜控制方面取得了突出的成果。
一、防斜纠斜钻具组合及工具
1.钟摆防斜钻具
钟摆钻具是早期钻柱力学研究的产物。认为实际的井眼都是倾斜的，钻柱某点将和井壁接触，称为上切点。未加钻伍时，作用在钻头处的侧向力只是钻头与上切点之间钻挺重量的横向分量，这个力称作钟摆力，使井眼趋于垂直；当施加钻压时，将在钻头处产生另一侧向力，此力使井眼偏离原来的方向。这二个力的合力决定了钻进方向。这就是钟摆钻具理论的基础。此后有关钟摆钻具的研究都是在此基础上进一步完善和发展的。钟摆钻具是利用斜井内钻柱切点以下钻挺重量的横向分力（钟摆力）把钻头压向井眼下方，以逐渐达到减小井斜的效果，这个横向分力的作用犹如钟摆一样。增加钟摆力的一个办法是尽可能使用较大尺寸的钻挺，这样钻挺不容易被压弯，切点位置相对较高，有利于降斜。另一个办法是在此切点略高的位置上安装稳定器，以提高切点位置，增大降斜力。同时也能减小钻头外侧倾角（指产生增斜效果的钻头倾角）。
2.满眼防斜钻具
满眼钻具的防斜原理有二点：①能产生较小的钻头倾角（相对于钟摆钻具而言）；②利用三点（三个稳定器）直线性来保证井眼的直线性和限制钻头的横向移动。满限钻具的设计要求主要有三点：①保证下部钻挺有尽可能大的刚度：②保证稳定器之间具有合适的长度；③保证稳定器与井眼之间的间隙尽可能小。满眼钻具能承受较大钻压（相对于钟摆钻具），因而能获得较高的机械钻速。但满眼钻具在发生井斜后其纠斜效果不如钟摆钻具，此时需要起下钻换钟摆钻具纠斜。满眼钻具适用于不易斜或较为易斜的地区（层）。满眼钻具也是在石油及天然气钻井应用最为广泛的钻具组合之一。
3.柔性防斜钻具组合
目前国内外有报道的柔性防斜钻具组合有多种形式。但主要可以归纳为二大类，钻杆柔性防斜钻具组合和柔性接头防斜钻具组合。
a.钻杆柔性防斜钻具。根据钻柱受力平衡条件可得出钻头的侧向力与第一稳定器处内弯矩之间的定量关系式（还包括钻压、钻挺自重、长度、钻头倾角等物理量的影响），即：第一稳定器处内弯矩不同对钻头侧向力有着不同的影响。当第一稳定器处内弯矩为正值时，钻头产生降斜力；当第一稳定器处内弯矩为负值时，钻头产生增斜力。
b.柔性接头防斜钻具。此钻具的特点是在钻头和第一稳定器之间加了一个技术接头（也称柔性接头）。它相当于一个万向接头，不传递弯矩，但可以传递扭矩、轴向力。接头距钻头及上部稳定器的距离都比较短，当钻具组合发生小挠度变形时，在接头处形成的结构弯角可以在小范围内任意发生变化，从而使钻头始终以降斜方式自转。现场实钻表明，这种钻具组合在垂直井眼中并不引起井斜。
4.偏心防斜钻具
a.质量偏心防斜钻具结构。质量偏心防斜钻具组合即在钟摆钻具的适当位置安放一个质量偏心短节（偏心质量块在一侧凸出）而形成。其设计思想是要改善钟摆钻具较大的钻头外侧倾角（即钻头轴线偏出井眼轴线增斜一侧）。当偏心短节的偏心带转至井眼下井壁时，偏心带的凸出部位接触下井壁，使钻柱处于“垫起”状态，其钻柱轴线更接近该处的井眼轴线，从而减小了钟摆钻具的钻头外侧倾角，也就减缓了井斜的增加；当偏心带转至井眼上井壁时，由于偏心力的作用使偏心带接触上井壁，从而将该处钻柱“吊起”，这样在钻头处形成钻头内侧倾角或负倾角（即钻头轴线方向偏向井眼轴线降斜一侧）。此时，钻头切削下井壁，产生降斜作用。
b.偏轴防斜钻具组合。偏轴防斜打快钻具组合原理是把对钻直井不利的无规律涡动状态变为有利的公转回旋运动。当钻具被加上钻压后，受井眼所限制的偏轴组合在很大的弯矩作用下形成以偏轴接头为中心的双向弯曲变形，其弯矩产生于偏轴接头处。转盘的旋转强迫钻具作稳定的公转回旋运动，使钻头均匀切削井底岩石。结构参数（偏轴距、偏轴接头安放位置、钻挺尺寸等）要整体优化选择，且要与设计钻井参数（钻压、转速）相匹配。在设计的钻压范围内钻压越高，组合运动越稳定、防斜、纠斜效果越好。
二、井斜控制理论的研究目标
下部钻具组合力学分析主要用于计算钻头的侧向力和转角；钻柱处在充满钻井液的狭长井眼里工作，其受力和变形是比较复杂的，因此需要用数值方法并借助于计算机来定量分析钻柱的静态和动态特性。
钻头的力学特性主要取决于下部钻具组合（BHA），因此，在井斜控制理论中主要研究下部钻具组合的受力和变形，充分合理地利用钻井工具，既能有效地把实钻井眼轨迹控制在要求的范围内，又能改善井身质量和降低钻井成本，同时应避免井下钻柱失效事故的发生。
参考文献：
[1]王建文.新型螺杆钻具的特性及其合理使用[J].钻采工艺，1991；14（1）：82-89.
[2]万朝晖.螺杆钻具工作特性和结构参数分析研究[J].石油机械，2001，29（10）：9-12.
作者简介：郭俊亮（1984-），男，河北邯郸人，长江大学石油与天然气工程专业在职研究生在读，现任中石化华北石油工程有限公司五普钻井分公司工程师，现主要从事石油钻井技术工作。