地層造斜力測量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于測量油氣井鉆進過程中鉆遇地層對鉆具的橫向作用力的地層造斜力測量裝置及方法。本發(fā)明的主要技術方案為：一種地層造斜力測量裝置及方法，是由微機芯片(1)、信號傳輸線(2)、應力感應片(3)、鉆柱(4)、球型鉸(5)、鉆頭(6)及發(fā)電機和脈沖裝置等相關部件組成，特點是鉆頭中軸的中部為圓球鉸，鉆頭中軸上端與應力感應片相連接，應力感應片與微機芯片通過信號傳輸線相連接，鉆頭不是通過接頭固定在鉆柱上，而是由鉆頭中軸中部為圓球鉸和感應片固定基質固定的，感應片固定基質與鉆頭中軸的間隙為剛好接觸。本發(fā)明的主要作用是測量地層造斜力，獲得鉆遇地層的地層造斜力大小及方向，準確地預測組合在所鉆地層的特性。
【專利說明】地層造斜力測量裝置及方法【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種地層造斜力測量裝置及方法，具體地說，是一種用于測量油氣井鉆進過程中鉆遇地層對鉆具的橫向作用力的測量裝置及方法，屬于石油礦場機械的專用鉆井機械工具和方法。
技術背景
[0002]地層造斜力是引起鉆井井斜的一個重要因素，它使鉆具沿地層力方向飄移。目前已有許多成熟的技術防止井斜，如鐘擺法井斜控制技術等，讓所選擇的鉆具的側向力大于所鉆遇地層的地層造斜力，使井眼軌跡向所控制的方向鉆進。一般，根據鉆時的地層造斜力和鉆具側向力，預測出井眼的井斜變化率和方位變化率，結合井斜控制技術，優(yōu)選鉆具，進行有效地控制井眼軌跡。鉆頭的側向力已有辦法獲得，根據縱橫彎曲理論和靜力平衡條件，不論有多少個穩(wěn)定器，都可以對第一個穩(wěn)定器取力矩來確定鉆頭側向力。但是，到目前為止，在鉆井工程中尚未出現地層造斜力的測量裝置，不能獲得鉆遇地層的地層造斜力，準確的預測組合在所鉆地層的特性，進行井眼軌跡變化的預測。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種用于測量鉆遇地層對鉆具的橫向作用力的地層造斜力測量裝置及方法。
[0004]本發(fā)明的技術方案是:一種地層造斜力測量裝置及方法，是由鉆頭、應力感應片、信號傳輸線、微型芯片 、螺桿發(fā)電機、脈沖發(fā)生裝置等組成，其特征在于其特征在于鉆頭中軸中部為圓球鉸，鉆頭中軸上端與應力感應片相聯接，應力感應片與微機芯片通過信號傳輸線相連結。鉆頭不是通過接頭固定在鉆柱上，而是由鉆頭中軸中部為圓球鉸和感應片固定基質固定的。感應片固定基質與鉆頭中軸的間隙為剛好接觸。
[0005]利用鉆柱力學的研究成果可以分析計算各種組合在特定鉆井條件下鉆頭上的偏斜力或者合力角，從而對組合的特性作出評價。利用地層造斜力的計算式，就可能對組合在特定鉆井條件下(包括地層傾角和各向異性指數)鉆頭上的總的偏斜力進行定量的分析。在這個基礎上能夠比較準確的預測組合在所鉆地層的特性。
[0006]實踐表明，如果鉆頭突然出現嚴重偏斜，往往造成井斜急劇增加。當采用鐘擺鉆具(特別是用扶正器作支點的鐘擺鉆具)鉆井時，鉆頭偏斜對井眼曲率的影響很小，可以忽略，下部鉆柱彎曲引起的偏斜力Fb是不能忽略的，這時可以近似的把鉆頭合力方向當作鉆頭鉆進方向，但是如果采用滿眼組合，鉆頭偏斜對井眼曲率的影響就顯著得多，鉆頭的實際鉆進方向不一定是合力的方向。這時就要綜合考慮鉆頭偏斜和鉆頭在總的橫向偏斜力的作用下的側向切削影響。
[0007]按照W.B.勃萊特雷提出的光鉆挺下部鉆柱的小車模型，鉆頭上的橫向偏斜力Ft應為彎曲引起的偏斜力匕和鐘擺力Fp之和，同時考慮鉆頭與巖石的相互作用力，則鉆頭上總的橫向偏斜力Ft應是地層造斜力Ff，彎曲偏斜力Fb和鐘擺力Fp三部分的代數和:[0008]Ft = Ff+Fb+Fp (I)
[0009]于是，地層造斜力為:
[0010]Ff = Ft- (Fb+Fp) (2)
[0011]根據鉆柱力學:
【權利要求】
1.一種地層造斜力測量裝置及方法，是由鉆頭、圓球鉸、應力感應片、感應片固定基質、信號傳輸線和微型芯片等組成，其特征在于鉆頭中軸中部為圓球鉸，鉆頭中軸上端與應力感應片相連接，應力感應片與微機芯片通過信號傳輸線相連接。
2.根據權利要求1所述的地層造斜力測量裝置，其特征是由鉆頭中軸中部為圓球鉸和感應片固定基質固定的。
3.根據權利要求1所述的地層造斜力測量裝置，其特征是感應片固定基質與鉆頭中軸的間隙為剛好接觸。
【文檔編號】E21B49/00GK103939094SQ201410200946
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月14日 優(yōu)先權日:2014年5月14日
【發(fā)明者】石曉兵, 范鵬飛, 劉運榮, 苗娟, 魏小梅 申請人:西南石油大學