预弯曲动力学防斜快钻技术的试验研究

预弯曲动力学防斜打快钻井技术主要利用预弯曲动力学防斜打快钻具组合在井眼中的涡动特征，在钻头上形成一个远大于钟摆降斜力的防斜力，从而使井眼保持垂直。预弯曲动力学防斜打快钻具组合是一种带预弯曲结构的特种钻具组合，钻进时，其在井眼内形成特定的涡动轨迹，引起钻具组合以较大的不平衡几率向下井壁方向振动，从而实现向下井壁的冲击力。常规钟摆和满眼钻具组合的工作原理都是力求钻具组合发生尽可能小的变形，减小钻具组合因变形引起的增斜力。预弯曲动力学防斜打快钻具组合在胜利油田史138-6井进行的试验表明，这种方法具有很好的防斜打快效果。与邻井常规钟摆钻具组合相比，这种钻具组合的钻压提高50％以上，机械钻速则提高120％。文中给出了钻压和转速对预弯曲动力学防斜打快钻具组合防斜力的影响规律。     

双稳定器预弯曲钻具组合防斜特性动力学评价方法

直井的防斜打快一直以来都是钻井领域的难题。预弯曲底部钻具组合防斜打直技术利用预弯曲结构引导钻具组合变形产生较大的动态降斜力,可实现动力学防斜打快目的。然而预弯曲钻具组合防斜特性的动力学定量评价仍是难题。针对双稳定器预弯曲底部钻具组合,笔者在Jansen建立的动力学模型的基础上建立钻头处动态侧向力模型,将仿真得出的A截面处的涡动轨迹数据应用到动态侧向力计算中,最终通过涡动轨迹图、动态侧向力分布时程图和平均动态侧向力对此类钻具的防斜特性进行快速且直观的评价。最后通过编制的计算机程序对不同井斜角和转速条件下的防斜特性进行了仿真计算,仿真结果表明:（1）随井斜角增大,降斜力增大;（2）随转速提升,钻具防斜特性可分为稳定降斜、不稳定降斜及丧失降斜能力3个阶段;（3）在不同井斜角下,第一、第二临界转速随井斜角增大而增大。     

预弯曲动力学防斜技术在空气钻井中的应用

针对高陡构造地层自然造斜能力强、空气钻井井斜控制难度大的难题,文章基于空气钻井条件下的钻具组合动力学特征研究,将预弯曲动力学防斜技术应用于空气钻井中,利用带预弯曲结构的特种钻具组合空气钻井时在井眼内形成特定的涡动轨迹,引起钻具组合的统计质心向下井壁方向震动,从而实现向下井壁的冲击力。预弯曲防斜钻具组合在A井试验表明,该方法纠斜防斜效果明显,最大井斜仅1.14°,满足钻井设计要求,与邻井相比机械钻速提高了273%。     

常规钻具组合防斜打快钻压优选与应用

对于常规钻具组合防斜打快,目前国内主要采用轻压吊打和大钻压预弯曲被动防斜技术来实现复杂地层井斜的有效控制。然而较低的钻压导致机械钻速低,大钻压预弯曲技术使钻柱容易失稳而导致井下复杂,因此如何平衡防斜打直、机械钻速、钻柱失稳三者间的关系,合理选取钻压是常规钻具防斜打快的关键。为此,基于纵横弯曲梁及管柱弯曲理论,充分考虑地层造斜力对井斜的影响,以钻头综合作用力最小为准则,建立了常规钻具组合直井防斜打快钻压的优选模型,编制了计算机程序,并以伊拉克米桑油田BUCS-44H井为例,开展了现场试验。结果表明:不同倾斜程度的地层具有不同的钻压适用范围,在高陡构造中使用降斜特性较强的钻具,并在钻柱预弯曲的条件下,施加大钻压钻进可以平衡机械钻速与防斜打直间的矛盾;充分考虑地层造斜特性及钻具自身造斜特性选取的最优钻压,既能避免钻柱失稳,也能实现防斜打快,对现场井斜控制具有一定的指导意义。     

预弯曲动力学防斜打快技术初探

防斜打直技术应该朝着防斜打快方向发展,为此,提出了一种新型的防斜打快方法——预弯曲动力学防斜打快技术,并利用专用软件系统SABHA对带有单弯螺杆钻具的滑动导向钻具组合在小井斜井眼中复合钻井时的导向力进行了仿真计算.结果表明,这种导向力具有明显的降斜特征,并远远大于钟摆力.现场试验进一步证实了这种方法的有效性.文中给出了复合钻井导向力计算方法和现场试验的有关数据.     

空气钻井钻具组合动力学特征及井斜机理研究

研究了用牙轮钻头进行空气钻井时光钻铤钻具组合动力学特征及井斜机理,建立了光钻铤钻具组合的转子动力学模型,分析了空气钻井与泥浆钻井时光钻铤钻具组合动力学特征的区别。结果表明,高碰摩系数使空气钻井时钻具组合反向涡动,空气的低阻力使空气钻井的涡动速度增大。泥浆钻井则相反,钻具组合以较低的涡动速度向前涡动。这些特征的综合作用使得空气钻井时钻头上的降斜力小于泥浆钻井,成为引起空气钻井井眼易斜的主要原因之一。     

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通过有限元分析方法，建立了带偏轴接头下部钻具组合的动力学方程，在处理相应的边界条件后，对带偏轴接头的下部钻具组合的钻头侧向力随时间变化的趋势和钻具任意截面的运动轨迹进行了全面的动态仿真研究，讨论了钻具的结构参数（偏轴距）、钻井参数（钻压、转速）对钻头侧向力和下部钻具在井内运动形态的影响，根据仿真结果判断带偏轴接头下部钻具组合的防斜效果，并提出为达到好的防斜效果所需的钻具结构参数和钻井参数。计算结果表明，由于偏轴接头的存在，带偏轴接头下部钻具组合的公转趋势增强，钻头无稳定的指向，这是偏轴钻柱能够防斜的重要原因。偏轴接头偏轴距的大小、转盘转速对偏轴钻柱防斜效果的影响较大，而钻压对防斜效果影响较小，因而可以通过增加钻压来提高机械钻速，达到既防斜又提高机械钻速的目的。     

临盘油田PDC钻头防斜打快钻具组合优化及应用

临盘油田地层软硬交错频繁,直井井斜问题突出、钻井效率低。为了充分发挥PDC钻头在软到中硬地层中钻速和进尺方面的优势,在提高钻速的同时确保直井防斜打直,应用钻头与地层相互作用模型,以钻进方向角作为钻进趋势判别指标,模拟分析了稳定器位置和钻压对钻进趋势的影响规律,优化设计出了适用于临盘油田直井的PDC钻头防斜打快钻具组合,并对钻压及钻头转速进行了优选,钻压优选为50~70 kN,钻头转速优选为100 r/min以上。PDC钻头防斜打快钻具组合在临盘油田7口井进行了现场应用,结果表明,该钻具组合防斜打直效果好、钻进速度快、起下钻次数少、钻井成本低,能够满足临盘油田直井或定向井直井段防斜打快的要求。      

新疆油田呼探1井随钻扩眼钻具组合优选与实践

准噶尔盆地南缘深探井属于山前构造,地层倾角大、油层埋深深,普遍采用五开非标井身结构设计.在四开井段的随钻扩眼施工时,需考虑钻具组合的防斜性能.采用纵横弯曲法对随钻扩眼钻具组合力学分析模型进行求解,以钻头侧向力和钻头转角为指标评价变井斜率大小.理论分析表明:双心钻头配合钟摆钻具组合能够在随钻扩眼中起到防斜打快效果,随着扶...     

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针对易斜地区防斜打快问题,文章提出了利用单弯螺杆钻具配合转盘钻进行井斜控制的下部钻具组合设计及使用方法。采用有限元分析方法，建立了这种下部钻具组合的力学模型，利用该模型定量分析了其控制井斜的力学特性，从理论上分析了这种下部钻具组合控制井斜的主要影响因素，为优化这种钻具组合和施工参数设计提供了理论依据。在新疆油田易斜地区应用实践表明，这种钻具组合可在小钻压、低转速条件下有效地控制井斜，提高机械钻速，且不会影响下部钻具组合的安全，为在易斜地区防斜打快提供了新的方法。     

FG型防斜工具的设计研究

钟摆钻具、满眼钻具、偏心钻具等防斜钻具组合在特定的条件下起到了一定的防斜作用,但其防斜效果受钻井操作参数的影响较大,有时不得不降低钻进速度以求得到较小的井斜率。为了解决上述问题,设计了FG新型复合式高效防斜工具。FG型防斜工具的显著特点是其防斜效果受钻压、转速等钻井参数影响较小,钻头侧向力大小基本不随钻压改变,在旋转过程中钻头侧向力方向可以不断变化。FG型防斜工具可以在正常钻压及转速条件下钻进,并将井斜控制在较小的范围之内。理论研究和算例分析表明,FG型防斜工具具有良好的防斜效果。     

深井底部钻具组合选型及防斜性能评价指标分析

基于纵横弯曲梁法和平衡趋势原理建立了深井底部钻具组合(BHA)的防斜性能评价方法,评价了3类典型BHA的防斜性能参数。结果表明: 地层是制约BHA垂直钻井能力的最主要因素,地层倾角可作为防斜钻具组合选型的首要参数。基于此,深井防斜钻具组合的优选应先根据地层特性初步选定BHA类型,然后根据钻头情况和现场施工需求进一步分析备选钻具组合的防斜性能,最终以防斜性能为指标优选实钻BHA。     

预弯钟摆BHA在不同钻井介质中的动力学特征及其应用

带预弯结构的钟摆钻具组合（简称预弯钟摆BHA）既可适用于气体钻井,也适用于泥浆钻井,并在直井控斜、提速方面得到了较好的应用。但在不同钻井介质中,预弯钟摆BHA的应用效果体现出了较大的差异。从动力学角度出发研究钻井介质对预弯钟摆BHA力学特性的影响鲜有报道。通过研究钻井液附加质量引起的非线性惯性力及流体阻力特征,分析了气体钻井和泥浆钻井中预弯钟摆BHA动力学模型的差异。基于旋转Rayleigh梁模型,推导了预弯钟摆BHA钻头上的动态侧向力和动态轴向力,研究在不同钻井介质中预弯钟摆BHA的运动特征及受力特征,分析其对实际钻井的控斜、提速效果的影响,并研究了弯角大小对不同介质中预弯钟摆BHA的动力学特征的影响规律。结果表明,预弯钟摆BHA在不同钻井介质中的动态特征差异显著,气体钻井中的运动特征更为稳定,动态侧向力和轴向力较高;不同介质中的弯角影响规律有其各自的特点,在现场实际应用中,应根据需要进行合理的选择。     

底部钻具组合力学特性模拟试验研究

底部钻具组合(BHA)的力学特性直接影响井身质量、钻井安全与钻速,因此,需要从理论和试验2个方面去研究BHA的力学特性,然而目前试验方面的研究很少。根据相似理论,利用底部钻柱力学装置,模拟研究了钻压和转速对井斜力、方位力、钻头合侧向力及其方向角的影响规律。结果表明:合侧向力随钻压的增大而增大,转速对合侧向力的影响较小;随钻压增大,井斜力增大,转速越大,井斜力越大;方位力随钻压增大而增大,转速对方位力的影响较小;合侧向力方向角随钻压增大而减小,随转速增大而增大。研究结果可为井斜控制机理研究和防斜打快提供理论依据。      

气体钻井井斜机理研究

气体钻井存在井斜不易控制的难题,其机理尚不明确。应用纵横弯曲BHA(底部钻具组合)分析方法和钻头与地层相互作用模型,根据实钻资料对比分析了气体钻井和钻井液钻井的地层造斜特性,进而探讨了气体钻井的井斜机理。结果表明,与钻井液钻井相比,气体钻井条件下地层造斜力和钻具降斜力都有增加,但地层造斜力增加的幅度更大,这正是气体钻井更容易发生井斜的原因。因此,建议在用气体钻井技术打直井段时,通过调整钻具组合和钻进参数适当增加钻具的降斜力,以提高井身质量。     

自动垂直钻井中井斜动态测量理论与实验研究

井斜动态测量是指在钻井过程中对井眼的井斜角、工具面角等物理量的实时检测和信息的提取,比静态测量复杂,钻具的振动和转动均会导致相应的井斜测量信号严重失真,但其中的振动信号可用低通滤波器滤除,而钻具转动对加速度计所产生的离心力导致的测量信号的失真,则必须通过诸如转速补偿之类的修正才能去除.低通滤波器可选用一定阶数和转折频率的巴特沃斯滤波器,而加速度计输出的转速补偿则须预先对加速度计进行标定.利用专门的实验装置对井斜动态测量的方法及其具体实现进行了有效的验证.