托压
1.托压的概念
托压是指在定向钻井过程中，由于钻具与井壁之间的摩擦力太大而导致钻压不能有效传递到钻头的现象。
托压是定向钻井中普遍存在的问题，严重影响了定向钻井的效率和井下安全；只有部分钻压施加到钻头上，导致机械钻速低，甚至无法钻进；如果滑动钻进中发生托压，钻具长时间静止，不利于清除岩屑，且易发生压差卡钻；发生托压后，如果继续增大钻压至解除托压后，钻头受到的钻压和扭矩会突然增大，从而引起工具面波动或改变，钻头和螺杆钻具容易受损，影响定向钻井效率。
国内外专家学者对定向钻井中的托压问题进行了较多的研究，提出了不同的理论模型与算法，并研制了以水力振荡器为代表的一系列减缓托压的工具。
水力振荡器是通过钻井液的水力作用产生的纵向振动来提高钻进过程中钻压传递的有效性和减少钻具与井眼之间的摩阻，特别是在定向钻进 过程中改善钻压的传递，减少扭转振动。是一种用来解决井底脱压，改善 钻压传递的井下工具。平稳的钻压传递，提高对钻头工具面的调整能力， 以使钻达更远的目的层。在钻进中不需过多的工作来调整工具面，保持 工具面的稳定，提高机械钻速。特别适合在水平井，大位移井中使用它 可以与MWD、螺杆以及任何钻头同时配套使用。
水力振荡器主要由三部分机械组成部分：（1）振荡短节;（2）动力部分;（3）阀门和轴承系统。
工具的动力部分是有一个2：1的马达组成，马达转子的下端固定一个阀片，所以流体通过动力部分时，驱动心轴转动，由于螺杆的特性，末端在-一个平面上往复运动（称之为动阀片）。与动力部分连接的是阀门和轴承系统，主要部件就是耐磨套和-一个固定的阀片（定阀片），动阀片和定阀片紧密配合，由于转子的转动，导致两个阀片相错和重合，相错和重合就导致上流的压力发生变化，期性相对运动造成流体流经工具的截面积（最大值和最小值）周期性的变化。动力部分使上游压力周期性的变化作用在弹簧短节上，就形成弹簧短节不断的压内在的弹簧，形成振动。 通过短节的流体的压力周期性的变化，作用在短节内在的弹簧， 这样由于压力时大时小，所以， 短节的活塞就在压力和弹簧的双重作用下，轴向上往复运动，这样就造成与工具连接的其他钻井工具在轴向上的往复运动。 由于弹簧的压缩是消耗能量的，所以，当能量释放时，75%的作用力向下， 就是指向钻头的方向，其余25%作用力向上，钻头的背向。
水力振荡器使自己上下的钻具在井眼产生纵向的往复运动， 这样钻具在井底暂时的静摩擦变成动摩擦，这样，摩擦阻力就大大降低，所以工具可以有效的减少因井眼轨迹而产生的钻具拖拉现象， 保证有效的WOB。
振动的频率和通过工具的流量是线性关系，频率范围： 9-26HZ。工具的瞬间冲击的加速度范围：1-3倍的重力加速度。
2.托压发生的机理分析
定向钻井中钻井管柱受到的摩擦力是发生托压的主要原因，而这与其受到的正压力直接相关,因此钻井管柱所受正压力的计算对于研究托压的发生机理具有重要意义。
在井眼曲率不高、管柱弯曲刚度不大的情况下，管柱微元可以看成是一段软绳。滑动钻进工况下管柱微元的受力分析如图3中所示，管柱微元是任意斜平面1上一段狗腿角为γ的小圆弧段，微元的下端受到轴向力T2，上端受到轴向力T1，微元的浮重为W，管柱微元受到的正压力和轴向摩擦力分别为N和F。
为了分析方便，建立Frenet移动标架坐标系，3个相互垂直的坐标轴方向分别为切线方向et，主法线方向en和副法线方向eb。由于微元是平衡的，所以其在3个坐标方向上力的分量之和等于0，即:
式中:Nn和Nb分别为管柱主法线和副法线受到的正压力，N；Wt，Wn和Wb分别为浮重在切线、主法线和副法线方向的分量，N；α1和α2分别为微元上、下端处的井斜角，rad；Δφ为微元上下端处方位角的增量，rad；γ为井眼狗腿角，rad。
若忽略高阶小量的影响，可以得到管柱微元受到的正压力N的计算公式:
由上式不难看出，管柱微元所受的正压力不仅与浮重在主法线和副法线方向(即非轴向)的分量Wn和Wb有关，还与轴向力和井眼狗腿角的积有关。显然，井斜角越大，浮重在非轴向的分量越大，产生的摩擦力就越大，就越容易发生托压；而管柱受到的轴向力越大，产生的摩擦力就越大，也就越容易发生托压。
除了浮重和轴向力与弯曲井眼的耦合作用会导致管柱微元受到正压力外，在管柱弯曲刚度和井眼曲率较大时，也需要考虑由管柱弹性产生的正压力。此外，管柱受压屈曲时还会产生附加正压力。
3.影响托压的主要因素
影响托压的因素较多，包括井眼轨迹、井眼清洁程度、钻具组合、钻井液的润滑性及地层类型等。
3.1井眼轨迹对托压的影响
①井斜角主要影响钻具对下井壁的正压力。井斜角越大，钻具对下井壁的正压力越大，钻具受到的摩擦力就越大，发生托压的概率也就越大。
②井眼曲率主要影响钻具在井眼中弯曲产生的附加刚性正压力(如图2所示)。井眼曲率越大，钻具弯曲越严重，附加刚性正压力越大，钻具受到的摩擦力就越大，发生托压的概率也越大。
