侧位抛物线大位移井轨道设计

优选井眼轨道是大位移井获得成功的关键之一。由于大位移井轨道的自身特点，进行轨道设计时，不仅要考虑摩阻和摩扭的大小，而且要考虑套管磨损和井眼长度以及施工的难易程度。提出了一种新的大位移井轨道即侧位抛物线轨道及其设计方法。计算分析表明侧位抛物线大位移井轨道井眼长度、摩阻和摩扭均小于同条件下的二次抛物线和悬链线轨道，而且不需要圆弧过渡段，给设计和施工带来了方便，因此，侧位抛物线轨道要优于二次抛物线和悬链线轨道。与圆弧形轨道相比，侧位抛物线轨道的旋转钻进摩扭稍大，但其起钻摩阻和滑动钻进摩阻均小于圆弧形轨道，而且井眼长度比圆弧形轨道小得多；因此，侧位抛物线优于圆弧形轨道。除给出侧位抛物线大位移井轨道设计全部计算公式外，还给出了计算实例，对现场设计施工具有一定的指导意义。     

一种新的大位移井轨道设计方法

摩阻和摩扭是限制大位移井水平位移的关键问题,优选造斜段曲线可以减小摩阻和摩扭。研究了造斜段曲线的优选问题。提出了一种新的大位移井轨道,即侧位悬链线轨道及其设计方法。计算分析表明:与圆弧、抛物线和悬链线轨道相比,侧位悬链线轨道井眼长度最短,摩阻、摩扭最小,而且不需要圆弧过渡段,给设计和施工带来了方便。文中不仅给出全部计算公式,而且给出计算实例.对现场设计施工具有一定的指导意义。     

拟悬链线轨迹设计方法及其摩阻扭矩评价

在大位移井钻井过程中,摩阻、扭矩是制约其水平位移延伸长度的关键因素,大位移井井身剖面的优化设计是减少摩阻扭矩、增加水平延伸距离的重要技术措施。拟悬链线剖面在减少摩阻扭矩和增加管柱的可下入性方面展现出一定的优势。通过微积分方法,建立了拟悬链线轨迹井身参数的计算模型,寻找到保证拟悬链线轨迹剖面在工程上和几何上都有意义的参数输入范围,并对不同轨迹类型(拟悬链线剖面、"直-增-稳"剖面、悬链线剖面)的摩阻、扭矩进行了比较分析。结果表明,对于水平位移较长的大位移井,拟悬链线轨迹能够减少摩阻扭矩,由于曲线井段占总井深的比例不大,通过改变剖面类型减少摩阻扭矩的作用有限,但悬链线设计为大位移井剖面设计提供了一种新的设计方法。     

悬杆线井眼轨道设计方法

基于弹性杆力学模型建立了悬杆线井眼轨道设计方法,对比了悬杆线轨道在降摩减扭等方面的优势,分析了悬杆线轨道降摩减扭效果的主控因素及其影响规律。研究表明,相对于常规轨道,悬杆线轨道在一定的参数区间内能够有效降低摩阻、扭矩,相对于悬链线轨道,悬杆线轨道具有更多的可控参数。影响悬杆线轨道降摩减扭效果的主要因素有摩擦系数、造斜点至靶点的水平距离和垂直距离、悬杆段起始点井斜角,摩擦系数、悬杆段起始点井斜角越大,降摩减扭效果越差;当造斜点至靶点的水平距离和垂直距离均超过3 000 m且两者比值接近1.5时,悬杆线轨道的降摩减阻效果最为理想,滑动钻进摩阻最大可降低60%,旋转钻进扭矩最大可降低40%,在深层大位移井中有独特的应用前景。图8表6参28     

定向井悬链线轨道的无因次设计方法

悬链线轨道可大大减小钻进时的摩阻,所以在大位移定向井中具有显著的优越性。作者对自己过去提出的悬链线轨道设计方法作了改进。新方法的突出优点是,在所有设计计算公式中消除了双曲函数符号,使计算大大减化。文中除给出所有设计计算公式外,还给出了计算实例。     

摩阻及扭矩分析在实时监控井眼净化中的应用

井眼净化是水平井安全、快速钻进中一个非常关键的问题，也是制约机械钻速的一个重要因素。为准确了解高效钻井施工中的井眼净化问题，国外钻井公司通常运用摩阻及扭矩分析软件，计算、输出不同摩阻系数下从初始钻进点到完钻点的上提钩载、下放钩载、旋转钩载、启动扭矩、空转扭矩、钻进扭矩等理论参数曲线，与钻进中实际大钩载荷和扭矩曲线进行趋势对比，如果实时曲线的趋势与理论曲线相同，且动态摩阻系数小于0.4,则表明井眼净化良好。这种方法能够较好地显示井眼净化状况，实现井眼净化的有效实时监控，为钻进参数的选取提供依据。文章介绍了运用摩阻扭矩分析功能实时监测井眼净化的具体作法，并通过一口实例井阐述了运用这种实时监控的钻井效果。应用实例表明，在良好的井眼净化前提下，一趟钻完成了水平段长3 020 m的?155.6 mm小井眼水平井的钻井施工作业，无任何井下复杂和非生产时间，总共耗时8 d完成钻探，本井平均机械钻速达到29.3 m/h,钻井速度和钻井时效提高到了极致，获得了极好的技术经济效益。该方法可以为国内钻井工程师和定向井工程师在钻井作业中提供参考和借鉴。     

大位移井摩阻分析

明确推导出钻柱在拉伸或压缩状态下的张力模型和钻柱在垂直井段，造斜井段，降斜井段和侧向弯曲段的方程并推导出常规圆弧和新的修正悬链线模型方程。利用此模型方程可求出任意情况下进和退悬链线的井斜角，也可以求出已给定的纯三维剖面的摩阻。     

大位移井钻井摩阻预测及井眼轨道优选

大位移井钻井的施工难度主要来自钻井的摩阻大,因此在钻大位移井时必须较准确地预测摩阻,根据摩阻预测情况优选井眼轨道.近年来经过多次实践和研究大位移钻井的设计和施工情况,分析了钻井摩阻产生的原因及影响大位移井正常钻进的主要因素,提出了应利用成熟的软件来选择低摩阻的井眼轨道,总结了摩阻预测以及井眼轨道优选的方法,为同类井的施工提供了经验.     

悬链线轨道设计方法研究

悬链线轨道可以降低钻柱摩阻，改善钻柱的受力状况，有利于提高机械钻速和固井质量，在大位移井中具有显著的优越性。为此，系统地阐述了悬链线轨道的数学模型，并改进了无因次模型，使其更为简洁。分析了悬链线剖面的特征参数和设计条件，提出了新的悬链线剖面设计方法。新设计方法不需要进行迭代计算，可直接求解出井身剖面的待求参数，使悬链线轨道的设计过程大为简化。研究表明，悬链线剖面设计的实质就是确定悬链线井段的形状和位置；悬链线的特征参数决定了其形状，而悬链线井段的起始井斜角或稳斜井段的段长等参数决定了悬链线井段在井身剖面中的位置。最后，给出了悬链线剖面的设计与计算实例。     

三维悬链线轨道的设计方法

悬链线轨道可以降低钻柱摩阻,利用钻头的自然漂移规律钻井,可以解放钻压、提高机械钻速。有机地融合了悬链线轨道和利用方位漂移规律钻井的优点,系统地研究了三维悬链线剖面的设计问题。建立了三维悬链线轨道的数学模型,分析了井斜单元和方位单元之间的耦合关系,提出了三维悬链线剖面设计的约束方程,形成了系统的三维悬链线剖面设计方法。最后,通过设计实例验证了理论模型的正确性。     

大位移井钻井作业的关键技术

针对大位移钻井作业中的几个关键技术——降低摩阻技术、井眼清洗技术及井壁稳定技术进行了阐述,通过分析高摩阻、井壁不稳定及洗井效率低等问题产生的原因,认为降低钻井摩阻,不仅取决于钻井液性能、井眼轨迹的优化设计、钻具组合设计、新井下工具的使用,而且也与井壁稳定情况和井眼清洁程度有关。井眼清洁程度则与钻井液性能及其它钻井工程措施息息相关。井壁的稳定取决于钻井液的强抑制能力,钻井液安全密度窗口安全可信,同时也与井眼轨迹有关。综合考虑降低摩阻、井眼清洗和井壁稳定3方面的因素对成功钻大位移井是至关重要的。     

大位移井钻井极限延伸能力的研究

大位移井钻井极限延伸能力是大位移井钻井设计和施工的关键参数,它往往被人们所忽视,目前有关此方面的研究尚不多见。针对大位移井的钻井实际,应用大位移井整体钻柱摩阻力分析的间隙元理论,给出了大位移井的延伸极限力学判断准则和计算模型。应用编制的大位移井极限延伸能力计算机软件,对影响大位移井的延伸极限能力因素进行分析,确定影响大位移井极限延伸能力的主要因素。得出了从对极限延伸能力的大小程度分依次为井眼摩阻系数最大、井眼曲率次之、门限钻压第三、转盘转速最小的重要结论,为今后大位移井的钻井设计和施工提供依据。     

关于“悬链线法钻定向井”的探讨

悬链线法是一种具有独特优点的定向钻井方法。本文在文献[1]的基础上,试图通过有关理论分析,对悬链线法钻定向井的一些问题提供参考。考虑到悬链线法钻定向井需要连续造斜,且井越深其井斜角愈大;同时还注意到岩石与钻头、钻头与钻柱的互相作用,本文提出了将钻头与岩石间的相互作用抽象为弹性抗转支承,即不约束转角的弹性嵌固端的设想(图4)。此外,在分析时假定井眼轨迹为一平面曲线,建立悬链线法钻定向井下部钻柱的三维挠曲变形的计算模型;提出了保证钻头沿预定井眼轴线(悬链线)的钻进条件:V'(o)=0,U'(o)=-tgθ。通过Laplace变换获得了该问题的解析解。文末以算例说明有关计算过程,并对所给结果进行了分析讨论。     

气体钻井钻具组合瞬态动力学特性初探

钻柱转动时切向摩擦力会引起钻柱侧向位移,但采用钻井液钻井时其摩擦系数较小,因此该位移常被忽略不记。但在气体钻井时,其摩擦系数增大,该部分位移则不得不考虑。以弹性力学、材料力学为基础,考虑切向摩擦力对钻柱变形的影响,建立了转动钻柱在斜直井中三维瞬态动力学模型及力学方程,并采用龙格-库塔法求解方程数值,分析了钻井参数、滚动摩擦系数、滑动摩擦系数及井眼结构参数等对下部钻具组合变形的影响。分析结果表明:钻压增大,钻柱的变形量加大,钻柱变形节距减小,钻柱振动加剧,但对下部钻具的摩擦扭矩影响不大;井斜角增大,钻柱与井壁的接触力及摩擦扭矩增大,钻柱的变形节距减小;环空间隙减小,钻柱变形角增大,钻柱变形节距减小;钻井流体的密度越大,下部钻柱变形角越小;井斜角增大,不仅影响下部钻柱变形的大小,而且影响着变形方向。     

新型铰接式钻具组合的研究与应用

针对目前钟摆钻具和满眼钻具在大倾角地层、自然造斜力较强地区,其防、纠斜效果不尽人意的现实,提出了一种新型铰接式直井防、纠斜钻具,建立了该钻具组合的力学模型,阐述了其防、纠斜机理。详细分析了若干钻具结构参数和钻井参数对钻头侧向力的影响,并将其钻头侧向降斜力与钟摆钻具加以对比。通过现场试验表明,该钻具组合在大倾角硬地层正常加压快速纠斜钻进中,降斜效果明显,机械钻速达到了正常钻进速度,为易斜区防斜打直提供了一种新的钻具组合类型,发展了防斜钻井技术,对加速油田勘探开发具有重要意义。     

北堡西3x1大位移井钻井技术

北堡西3x1井是首次部署在冀东滩海水平位移超过3000m的大位移井,完钻井深4189m,完钻垂深2452.16m,水平位移3049.79m,最大井斜角67.18°,位移垂深比1.24:1,钻井周期59.98d。该井应用3压力剖面预测技术开展了井壁稳定技术的研究,为井身结构的设计和合理钻井液密度的设计提供了科学依据;通过摩阻、扭矩的分析,为井身剖面的选择、设备的选型和减摩减扭措施制定等提供了理论指导。该井应用了顶部驱动、MWD监测+导向钻具井眼轨迹控制、大位移井水基钻井液、高速线性振动筛、非旋转钻杆保护器、摩阻扭矩预测分析、套管滚轮扶正器和大满贯测井+钻杆输送测井等技术。系统地介绍了该井的钻井设计和现场施工技术、取得的经验和存在的问题,对今后利用大位移井钻井技术勘探开发滩海油田具有一定的借鉴意义。     

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定向井井身轨迹的选择对于钻井施工的安全、高效、低成本起着重要的作用。文章依据钻柱在定向井井眼内的实际受力分析，建立了追求钻柱起下钻摩阻力最小的最优井身轨迹目标泛函模型，并利用求泛函极值的变分原理，采用里兹法和多维寻优法求解了最优井身轨迹。结果表明：给定边界条件下的最优井身轨迹，既不是悬链线，也不是抛物线，而是一条复杂的超越曲线；最优井身轨迹有着良好的力学性态，可在定向钻井中广泛应用。