鉆頭工作狀態(tài)評價分析

　　一、模型的基本假設條件
　　1、鉆頭、鉆鋌和穩(wěn)定器（及井下工具）組成的下部鉆具組合是彈性小變形體系；
　　2、鉆頭底面中心位于井眼中心線上；
　　3、鉆壓為常量，沿井眼軸線方向；
　　4、井壁為剛性體，井眼尺寸不隨時間變化；
　　5、穩(wěn)定器與井壁的接觸點為點接觸；
　　6、上切點以上的鉆柱一般因自重而躺在下井壁；
　　7、不考慮轉動和振動的影響。
　　二、 地層造斜力計算模型
　　鉆井過程中，鉆壓作用線可能作用在與剖面成任意夾角的鉛垂平面內(nèi)，形成一個假象的以鉛垂線為軸的倒立圓錐，即“鉆壓圓錐”，如圖4所示。其中錐角為井斜角 ，母線長為鉆壓 值。鉆壓所在的鉛垂平面與地層剖面（地層上傾方向所在的鉛垂面）存在方位差 （井身方位與地層上傾方位之差），因而 產(chǎn)生的地層力不僅影響井斜角 ，也影響方位角 。
　　地層綜合切削異性指數(shù)H可以利用在鉆盤鉆進中，鉆具在斜井中處于穩(wěn)斜狀態(tài)（即平衡狀態(tài)）時，鉆具的變井斜力 和地層造斜力 平衡這一條件求得（平衡狀態(tài)指鉆進100 m以上，井斜角恒定不變或井斜角起伏變化在0.5度范圍內(nèi)）。平衡狀態(tài)方程如下：
　　地層綜合切削異性指數(shù)H = 軸向切削指數(shù)K0-橫向切削指數(shù) +地層各向異性指數(shù)H。
　　其中H包含了巖石各項異性、鉆頭類型和結構狀況、鉆頭和地層相對位置、地層傾角和井斜角等因素。
　　由幾何關系有 ，當 很小時： ，則：
　　由上式可知：（1）地層力與鉆壓成正比，系數(shù)為地層力系數(shù)Df ，即有： ；（2）當井斜角 小于地層傾角 時，地層力為正值，地層具有造斜性質；當井斜角 大于地層傾角 時，地層力為負值，地層具有降斜性質。
　　三、結論
　　通過本文所建立的分析模型，可以得出以下結論：
　?。?）隨著鉆遇地層越來越復雜，底部鉆具的受力狀態(tài)也越來越難以確定，采用合適的方法對底部鉆具的受力情況開展研究具有重要意義。
　?。?）采用“鉆壓圓錐”模型對底部鉆具進行評價，可直接從鉆頭處受到的作用力來評價底部鉆具是否合適。