地层造斜力测量装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于测量油气井钻进过程中钻遇地层对钻具的横向作用力的地层造斜力测量装置及方法。本发明的主要技术方案为：一种地层造斜力测量装置及方法，是由微机芯片(1)、信号传输线(2)、应力感应片(3)、钻柱(4)、球型铰(5)、钻头(6)及发电机和脉冲装置等相关部件组成，特点是钻头中轴的中部为圆球铰，钻头中轴上端与应力感应片相连接，应力感应片与微机芯片通过信号传输线相连接，钻头不是通过接头固定在钻柱上，而是由钻头中轴中部为圆球铰和感应片固定基质固定的，感应片固定基质与钻头中轴的间隙为刚好接触。本发明的主要作用是测量地层造斜力，获得钻遇地层的地层造斜力大小及方向，准确地预测组合在所钻地层的特性。
【专利说明】地层造斜力测量装置及方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种地层造斜力测量装置及方法，具体地说，是一种用于测量油气井钻进过程中钻遇地层对钻具的横向作用力的测量装置及方法，属于石油矿场机械的专用钻井机械工具和方法。
技术背景
[0002]地层造斜力是引起钻井井斜的一个重要因素，它使钻具沿地层力方向飘移。目前已有许多成熟的技术防止井斜，如钟摆法井斜控制技术等，让所选择的钻具的侧向力大于所钻遇地层的地层造斜力，使井眼轨迹向所控制的方向钻进。一般，根据钻时的地层造斜力和钻具侧向力，预测出井眼的井斜变化率和方位变化率，结合井斜控制技术，优选钻具，进行有效地控制井眼轨迹。钻头的侧向力已有办法获得，根据纵横弯曲理论和静力平衡条件，不论有多少个稳定器，都可以对第一个稳定器取力矩来确定钻头侧向力。但是，到目前为止，在钻井工程中尚未出现地层造斜力的测量装置，不能获得钻遇地层的地层造斜力，准确的预测组合在所钻地层的特性，进行井眼轨迹变化的预测。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种用于测量钻遇地层对钻具的横向作用力的地层造斜力测量装置及方法。
[0004]本发明的技术方案是:一种地层造斜力测量装置及方法，是由钻头、应力感应片、信号传输线、微型芯片 、螺杆发电机、脉冲发生装置等组成，其特征在于其特征在于钻头中轴中部为圆球铰，钻头中轴上端与应力感应片相联接，应力感应片与微机芯片通过信号传输线相连结。钻头不是通过接头固定在钻柱上，而是由钻头中轴中部为圆球铰和感应片固定基质固定的。感应片固定基质与钻头中轴的间隙为刚好接触。
[0005]利用钻柱力学的研究成果可以分析计算各种组合在特定钻井条件下钻头上的偏斜力或者合力角，从而对组合的特性作出评价。利用地层造斜力的计算式，就可能对组合在特定钻井条件下(包括地层倾角和各向异性指数)钻头上的总的偏斜力进行定量的分析。在这个基础上能够比较准确的预测组合在所钻地层的特性。
[0006]实践表明，如果钻头突然出现严重偏斜，往往造成井斜急剧增加。当采用钟摆钻具(特别是用扶正器作支点的钟摆钻具)钻井时，钻头偏斜对井眼曲率的影响很小，可以忽略，下部钻柱弯曲引起的偏斜力Fb是不能忽略的，这时可以近似的把钻头合力方向当作钻头钻进方向，但是如果采用满眼组合，钻头偏斜对井眼曲率的影响就显著得多，钻头的实际钻进方向不一定是合力的方向。这时就要综合考虑钻头偏斜和钻头在总的横向偏斜力的作用下的侧向切削影响。
[0007]按照W.B.勃莱特雷提出的光钻挺下部钻柱的小车模型，钻头上的横向偏斜力Ft应为弯曲引起的偏斜力匕和钟摆力Fp之和，同时考虑钻头与岩石的相互作用力，则钻头上总的横向偏斜力Ft应是地层造斜力Ff，弯曲偏斜力Fb和钟摆力Fp三部分的代数和:[0008]Ft = Ff+Fb+Fp (I)
[0009]于是，地层造斜力为:
[0010]Ff = Ft- (Fb+Fp) (2)
[0011]根据钻柱力学:
【权利要求】
1.一种地层造斜力测量装置及方法，是由钻头、圆球铰、应力感应片、感应片固定基质、信号传输线和微型芯片等组成，其特征在于钻头中轴中部为圆球铰，钻头中轴上端与应力感应片相连接，应力感应片与微机芯片通过信号传输线相连接。
2.根据权利要求1所述的地层造斜力测量装置，其特征是由钻头中轴中部为圆球铰和感应片固定基质固定的。
3.根据权利要求1所述的地层造斜力测量装置，其特征是感应片固定基质与钻头中轴的间隙为刚好接触。
【文档编号】E21B49/00GK103939094SQ201410200946
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】石晓兵, 范鹏飞, 刘运荣, 苗娟, 魏小梅 申请人:西南石油大学