高效岩屑床清除钻杆作用机理

岩屑携带困难是大斜度、大位移定向井和水平井钻井普遍存在的问题,严重影响钻井安全和钻进效果。设计了高效岩屑床清除钻杆（EHCDP）,并利用计算流体动力学(CFD)仿真模拟技术对EHCDP作用下环空流场的流动特性展开研究,从流线图、速度场、压力场等方面对数值模拟结果进行了分析,研究了EHCDP的作用机理,分析了螺旋槽道结构对环空流体流动特性的影响。研究结果表明,在EHCDP作用下,流体在槽道附近形成了涡流结构,改变了偏心环空中流体的流动特性,使流体从小环空往大环空运动,将岩屑输送到大环空,而槽道附近的涡则将岩屑卷入槽道中,并利用钻杆转动所产生的离心力将岩屑“甩入”大环空,达到有效清除井眼低边岩屑床的目的。     

双台肩钻杆接头三维力学分析

建立了双台肩钻杆接头的三维有限元模型,利用显式动力学有限元方法分析了双台肩钻杆接头在上扣扭矩、轴向拉力和弯矩作用下的力学特性。相比二维轴对称模型,三维有限元模型可以考虑螺纹的螺旋升角,有效地模拟螺纹接头的上扣特性。计算结果表明,上扣扭矩的作用使得接头在螺纹牙、主台肩、副台肩处产生一定的预紧力,从而实现公扣、母扣间的过盈配合;轴向拉力使得螺纹牙上的接触压力上升而主台肩、副台肩上的接触压力下降,这一方面加重了螺纹牙的负担,另一方面也影响了接头的密封性能;在弯矩的作用下,钻杆接头的应力分布呈现出明显的非对称特性。此外,在上扣扭矩和轴向拉力作用下,各螺纹牙的承载很不均匀,两端的几牙螺纹承担了大部分的载荷,而中间段螺纹牙仅承担了小部分载荷。     

带旋转导向工具的底部钻具组合动态应力有限元分析及优化

旋转导向钻井系统代表了当前井眼轨迹控制技术的最高水平,是一种能够在复杂工作环境中运行的高尖端技术产品。实际应用过程中,国外公司一方面利用井下振动监测装置来控制带旋转导向工具的底部钻具组合的振动,起到保护旋转导向工具和确保井下测量数据的准确性的作用,另一方面通过优化该组合的结构,尽可能减少因振动问题而造成的作业参数调整次数。文章针对具有超长细比特征的带旋转导向工具的底部钻具组合,运 用有限元结点迭代方法,研究不同结构的带旋转导向工具的底部钻具组合的动力学特性,并对实际工程中使用的带旋转导向工具的底部钻具组合结构进行优化。计算结果表明,合理安放稳定器和柔性短节能够有效地减少振动频率和应力峰值;对于现在实际使用的带旋转导向工具的底部钻具组合,柔性短节的合理安装位置为距离钻头６～８ｍ。     

超深井钻具接头极限工作扭矩图版及其应用

在深井、超深井中,钻具接头由于要承受较大的轴向拉力作用,其抗扭性能受到很大的限制;同时,由于井下情况复杂钻柱遇卡现象时有发生,而顶驱设备的出现使得大轴向力解卡作业时旋转钻柱成为可能,此时钻具接头承受很大的轴向载荷和扭矩联合作用,可能处于极为危险的状态,因此快速准确地确定不同轴向拉力条件下钻具接头的抗扭性能是保障作业安全的关键。API标准中虽提供了拉、扭耦合条件下钻具接头极限载荷的确定方法,但由于基于很多假设性条件,所得结果与实际情况间存在较大误差,特别是在深井、超深井等复杂钻井作业中,这种误差更大。基于钻具接头的三维弹塑性有限元分析,分别计算了3种主流规格钻具接头在不同轴向拉伸载荷条件下的极限工作扭矩,通过对计算结果的多项式拟合,得到钻具接头的极限工作扭矩计算公式,并绘制出钻具接头的极限工作扭矩图版,形成实际工况下的钻具接头极限工作扭矩快速确定方法。     

Ｍｎ2+对岩心内凝胶成像信号与封堵效果的影响研究

针对核磁共振信号抑制剂氯化锰是否适用于区分凝胶与驱替液信号的问题,开展了Ｍｎ²⁺
对聚合物成胶和凝胶结构变化的影响实验,并采用核磁共振成像技术研究了氯化锰对凝胶的成像信号和封堵效果的影响。
实验结果表明,随着配液中Ｍｎ^２＋浓度的增加,得到的凝胶黏度降低,Ｍｎ^２＋浓度达到１０ｇ／Ｌ,聚合物难以成胶。同
时,Ｍｎ^２＋对已经交联的凝胶也有显著的破坏作用。当Ｍｎ^２＋浓度超过２ｇ／Ｌ时,宏观上凝胶出现脱水缩聚现象。微
观上凝胶由密集网状结构向稀疏环带状结构变化,当Ｍｎ^２＋浓度超过５ｇ／Ｌ,原来的结构明显被破坏。在氯化锰溶
液驱替凝胶过程中,驱替时间越长和Ｍｎ^２＋浓度越高,Ｍｎ^２＋对凝胶成像信号的掏性越明显,对凝胶结构的破坏也越
大,导致凝胶在岩心中的封堵能力大幅下降,说明氯化锰溶液作为驱替凝胶的核磁信号区分试剂存在缺陷,需控制
作用时间和Ｍｎ^２＋浓度,增强凝胶的抗盐性。     

空气水平井中钻柱冲蚀模型与分析

空气钻水平井中,水平段携岩是一技术问题,但携带岩屑颗粒的高速气体对水平段钻柱的冲蚀也非常引人关注。利用计算流体动力学（CFD）软件计算了给定偏心距条件下水平井水平段环空中气体的速度分布和环空中岩屑的运移轨迹。通过分析了岩屑对钻柱及下井壁的冲蚀,给出不同偏心距下岩屑对钻柱的冲蚀速率,从而定性上得到岩屑颗粒对钻柱的冲蚀规律。结果表明,大环空中空气流速随着计算段长度的增大而增大,小环空中则呈现相反的规律;小部分岩屑将滞留在小环空中;岩屑对钻柱的冲蚀速率随着偏心距的增大而增大,而且偏心距在0.04m～0.06m范围内冲蚀速率达到最大。     

基于SVM的套管最大von Mises应力预测方法

为了预测非均匀地应力条件下不居中套管的最大应力,提高套管安全性,研究了基于支持向量机(SVM)的套管最大von Mises应力预测方法。首先确定了影响套管最大应力的关键因素,包括非均匀地应力、水泥环的弹性模量及泊松比、套管偏心距等8个因素;然后利用ANSYS软件构建了套管应力实验样本;最后建立了ε-SVR模型,实现了套管最大应力的预测。通过自学习,基于径向基核函数的SVM回归方法对于训练样本达到了很好的精度,5个测试样本的平均相对误差仅为1.32%,具有较好的预测精度,满足工程需求,且可以实现非均匀地应力条件下不居中套管最大应力的快速求解。研究结果为现场安全施工提供了理论依据。     

基于实际井眼轨迹的盐膏层套管柱强度设计与校核方法

根据实测井眼轨迹数据,描述了实际井眼轨迹的三维空间特征,利用微元法分析了复杂井眼轨迹下套管柱的受力特征。利用ANSYS10．0建立有限元模型,分析了盐膏层非均匀地应力作用下套管在井眼中的偏心距及偏心方位角对套管所受应力分布的影响。在此基础上,利用VisualBasic6．0语言编制了相应的套管柱强度设计与校核软件。软件对塔里木英买力地区几口井原有的套管设计进行了校核,验证了软件的正确性,解释了英买力地区几口井在盐膏层段发生套管复杂变形的原因。     

带可控偏心稳定器的下部钻具组合力学特性计算分析

大位移井井眼轨迹的自动控制十分重要,为此国内外都在研究各种井下自动可控的导向工具,可控偏心稳定器就是其中之一。在国内有关理论的基础上,对带可控偏心稳定器的下部钻具组合的力学特性进行了研究。结果表明,当偏心稳定器伸缩块的伸出量随意可控时,钻头上的造斜力随偏心距的增加而增加,随偏心稳定器安装位置的上移而减小,方位力则相反。造斜力随偏心方位角的变化规律近似为半正弦函数,而方位力的变化规律则近似为正弦函数。     

水平井钻柱悬重规律解析分析

对水平井起下钻过程中的钻柱悬重规律进行了理论研究，建立了钻柱拉力微分方程，并经过严密的数学推导得到了钻柱悬重的解析解，该解析解简便实用，可用于预测和计算水平井的起下钻悬重规律。文中采用这些公式对长庆油田塞平─１水平井所用典型钻柱结构的悬重规律进行了理论计算，计算结果与实测数据较吻合，验证了本文理论模型的合理性。