可控偏心稳定器钻具组合弹性稳定性研究及其应用

可控偏心稳定器是旋转导向钻井技术中的核心工具之一,结合钻井作业的实际情况,对可控偏心稳定器钻具组合的弹性稳定性进行了研究和分析。运用纵横弯曲梁的理论,建立了管柱在纵横弯曲条件下的挠曲变形方程;运用能量法建立了受压管柱在旋转状态下的弹性变形方程,并且得到了临界钻压的求解方法;通过综合考虑井斜角、钻具自重、扭矩、转速、钻具的几何尺寸、钻压等6个重要因素对管柱临界失稳的影响,推导出了临界钻压的表达式,为合理使用好旋转导向钻井工具,特别是可控偏心稳定器心轴的合理设计和安全使用提供了理论依据,对现场钻井作业有积极的指导意义和借鉴作用。     

水平井打捞作业管柱轴向力计算模型修正

为了提高水平井打捞作业管柱轴向力传递的计算准确度,准确控制鱼顶解卡力,对管柱受力计算的软管模型进行了修正。采用集中力和均布力简支梁模型,计算出管柱通过弯曲段的支反力,进而计算出管柱刚性造成的附加摩擦力。修正模型考虑了弯曲段管柱的刚性对管柱受力的影响,更加符合管柱的特性和实际受力情况。采用软管模型和修正模型对实例井管柱受力进行了计算分析。     

水井封隔器胶筒防掉井工具

压缩式封隔器大规模使用以来，由于起出的胶简受老化和套管接箍挂削的影响，致使胶简脱离封隔器掉入井底，造成人工井底上升。水井封隔器胶筒防掉井装置在不影响管柱功能的前提下，在水井作业施工时随管柱下井，二次作业时，在管柱起出过程中将脱落胶筒捕获，达到保护井底的目的。此装置由弹性捕捞爪、捕捞钢体、碎胶简捕捞开窗、筛式中心管组成。弹性外径为118mm，钢体外径为114mm。现场应用150口井，捕获胶筒量与原井封隔器胶筒量相同，达到了保护井底的目的。     

定向井分注工具通过性分析

由于定向井的井眼曲率过大,分注层数的增多,分注工具刚度比油管大,可能导致分注管柱下入过程中工具被卡死,最终导致整个分注管柱无法下入和无法进行注水作业。因此工具通过性分析在国内油田开发中显得至关重要。考虑井眼轨迹和分注工具的材料和尺寸对工具通过性的影响,提出了一种分注工具在刚性和柔性条件下可以通过的临界长度的计算方法。首先根据井眼轨迹找出工具最难通过位置,在此基础上计算出工具串能通过的临界长度,然后与工具实际长度进行比较,如果分注工具的长度小于临界长度,则可顺利下放;反之则无法下放。利用该方法对管柱的通过性进行评估能有效地优化管柱结构和提高坐封效率,对分注工具选用和分注管柱设计有一定的指导意义。     

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通过对现场稳定器典型失效案例的调研与分析，得出了稳定器扶正段的主要失效形式。在深入探讨失效机理的基础上，着重指出基体材料的耐磨料磨损能力，在很大程度上决定镶嵌硬质合金块稳定器的寿命。章还提出了一些改进措施，有助于这类稳定器的设计、制造和使用。     

稳定器耐磨层材料选配及喷焊工艺

本文详细介绍了稳定器扶正棱耐磨涂层材料的选配和实验方法，优选出５０％＋５０％ＹＧ８的涂层材料，采用表面喷焊破碎硬质合金块的工艺，设计制造出一种寿命长，防卡易套铣的新型稳定器，经现场应用证明，其使用寿命和扶正棱镶硬质合金柱稳定器相当，比ＴＷ－１型稳定器的使用寿命高２．２倍。     

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高温高压深井测试管柱的工作力学分析是测试工程设计的关键技术之一。确定测试管柱结构往往要经过多种作业工况。如何控制测试管柱的施工作业参数及其测试管柱内外流体性质、掏空深度以及井口油压、套压等，确保各工况下测试管柱的强度及井下封隔器安全，其关键是在设计阶段详细分析高温、高压及高流速下测试管柱的受力、变形及强度，从而确定出各工况下的极限操作参数。文中在简述测试管柱构成及其施工工序的基础上，详细分析了各工况下测试管柱载荷变化规律，给出了管柱变形及强度计算的近似公式，以此确定出测试管柱的极限工作参数，进而指出了高温、高压深井测试管柱力学分析中尚待深入研究的问题和方法。特别指出在流动测试工况下高速气流对管柱的摩擦力、冲击力等对测试管柱变形及强度的影响，以及高速气流与测试管柱的动态耦联振动分析是高温高压深井测试管柱分析的特殊问题，应予以高度重视，以确保测试管柱的安全可靠及测试的成功。     

钢性滚轮扶正器的研制及应用

在常规扶正器的基础上改进并研发钢性滚轮扶正器,使得酸压完井管柱下入过程所受摩擦力最小化,最大可能降低酸压完井管柱遇阻遇卡事故,确保酸压完井管柱顺利下至设计位置,并在TP2CX井裸眼分段酸压水平井得到成功应用。     

XXJ300/500型液压蓄能修井机管柱起升稳态速度分析

XXJ300／500型液压蓄能修井机与现有常规修井机因为有着完全不同的结构和工作原理，因此它们的速度特性也不一样。常规机械式修井机每一档下的管柱起升速度为常量。XXJ300／500型液压蓄能修井机每一力档下的管柱起升稳态速度随负载的变化而变化，同时与节流阀通流面积有关，随着管柱重力的减小，管柱起升时的稳态速度增加，随着节流阀通流面积的增大，管柱起升时的稳态速度也增加。     

气井带压作业管柱稳定性安全评估方法研究

为实现气井带压作业管柱安全性的主动控制，防止管柱失稳造成页岩气井喷事故，基于力学分析，考虑作业工况和井内环境参数等复杂因素的影响，建立了管柱轴向压曲力和管柱无支撑长度理论模型，并结合压杆稳定性理论提出了管柱安全无支撑长度理论模型，计算发现，理论计算结果与文献结果相近，验证了模型的可行性。理论模型计算结果表明：管柱下入作业比上提作业更易发生失稳，井内压力越大、井内管柱长度越短、管柱尺寸越小，越易发生失稳安全问题。最后基于安全无支撑长度理论模型和现场管柱起下作业安全准则，提出了失稳区、控制区和稳定区管柱稳定性安全评估方法。研究结果可为气井带压作业管柱稳定性安全智能预警与控制方法设计提供理论依据。     

圆筒形异种钢焊接连接元件边缘应力分析计算

圆筒形异种钢焊接连接件在高温操作状态下,往往由于两种材料刚性和线膨胀系数的不同而导致破坏.该文提供了一种简化的应力分析方法,便于工程设计人员对此类结构的应力进行分析.     

生产套管试压作业中螺纹脱扣原因分析

通过对脱扣套管材料理化性能分析、宏观分析、微观分析,结合现场作业过程分析,得出导致套管脱扣的直接原因为粘扣,导致螺纹粘扣的原因有接箍钢级不符合标准要求、上扣作业中夹持位置不当以及管柱压力测试时压力值偏大。还对规范下套管、试压作业程序、加强套管质量管理提供了意见与建议。     

低成本速度管柱排水采气技术探讨

由于Ф38.1 mm(11/2in)速度管柱排水采气技术成本较高,在一定程度上制约了该项技术的推广和应用,首次对速度管柱的下入时机进行了分析。围绕Ф31.8 mm速度管柱的应用、材料降级、柔性管材料试验、速度管柱重复使用、工艺优化等5个方面开展了降低成本技术研究。采用Eclipse软件模拟出苏里格气田A区块直井产量递减率曲线。根据模拟曲线,选择日产气量高于q2=0.5 m3时安装速度管柱,可保证气井采用速度管柱生产后能收回成本;采用Ф38.1 mm×3.18 mm CT 70级速度管柱,最大下入深度远大于苏里格气田井深要求,因此,可以通过降低管柱管材级别来降低管材费用,节约成本。     

南川地区复杂储层水平井大弯角螺杆提速技术

南川地区页岩气长水平段钻进时轨迹需要频繁调整,1.25°螺杆钻具造斜率不满足地质快速追层的要求,钻进时摩阻扭矩大,导致机械钻速低.利用管柱力学理论对底部钻具组合造斜特性和摩阻进行计算分析,螺杆弯角角度、近钻头稳定器尺寸以及钻井参数等为高造斜率和高机械钻速关键因素.优化选用无近钻头稳定器的1.50°大弯角螺杆钻具组合和1...     

井下闭环可变径稳定器

井下闭环可变径稳定器以钻井液压力作为驱动力，在测控系统的控制下，通过调整可变径稳定器中稳定块径向伸缩量，可实现不起钻情况下的无极变径，从而改变底部钻具组合，实现增斜、稳斜和降斜的目的。该可变径稳定器具有井下闭环控制的特点，如果实钻轨迹与设计轨迹不一致，井下闭环可变径稳定器可以自动调节钻进方位。井下闭环可变径稳定器物理样机经过室内性能试验和现场应用试验，其性能达到钻井工艺的要求。     

基于半刚性连接的石油井架安全承载性能研究

焊接是石油钻机井架钢结构主要的节点连接方式。对石油井架结构进行安全评定和仿真计算时,传统上大都按照刚性节点处理,忽略了焊接节点半刚性连接对于井架结构整体承载性能的影响。通过建立半刚性连接的石油井架钢结构节点构造模型,计算焊接节点单元初始刚度,完成了空间框架结构半刚性节点弯矩与转角的力学描述。结合有限元法,运用双向变刚度零长度螺旋弹簧模拟节点半刚性,实现了相同边界条件下刚性和半刚性井架有限元仿真计算。对比结果表明,刚性和半刚性连接对于井架竖向荷载作用下的位移变形与应力影响不大,但横向荷载作用时.计算结果表现出明显的差异性。由此提出,对在役井架承载安全评定时,除考虑竖向荷载外,还应充分考虑风载、管柱靠力等横向荷载作用时焊接节点的半刚性影响。该认识成果为大型钢结构半刚性力学研究和石油井架安全评定提供了新的思路。     

高温高压天然气开采用钛合金油管柱力学分析

我国油气开发环境较为恶劣，油井管在井下面临高温高压、硫化氢、二氧化碳、高浓度盐水/完井液、单质硫和强酸等腐蚀环境的作用。钛合金材料以其高强度低密度、低弹性模量、优异的韧性、疲劳性能和耐蚀性，成为油井管和海洋开发工具的热门材料，但其在高温高压气井开采过程中的受力状态和安全可靠性研究尚不足。为此，以我国西部某油田典型高温、高压、高产量气井开采工况为典型参考环境，设计了3种油管柱结构方案，使用有限元模拟方法，计算分析3种方案下的管柱力学情况。分析结果表明，使用钛合金油管可使气井生产中的油管柱载荷减小、安全系数增大，部分时刻管柱内无中和点；使井筒与套管之间轻度接触甚至不接触，可以有效改善生产过程中管柱的振动状态。研究结果为钛合金油管柱在气井中的使用提供了理论依据。     

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根据稳定器在定向钻井过程中的工作特点、针对软、硬地层的具体情况，在基于实现预想造斜效果，安全划眼、顺利下钻的原则下，分析了稳定器在不同情况下的受力状况，找到了软、硬地层中合理选择稳定器的办法、有利于达到设计的目的和安全钻进。     

定向井钻井技术及可变径稳定器应用研究

常规稳定器与钻铤构成的底部钻具组合（BHA）力学性能不能改变,若与实际要求不相符合时,必须起下钻更换。利用可变径稳定器替代常规稳定器可减少起下钻次数,降低油田建设开发成本。介绍了可变径稳定器在定向井的应用,并对100多口定向井进行试验分析,总结了可变径稳定器的优点。合理使用可变径稳定器不仅可以减少起下钻次数,还能显著提高井眼轨迹质量,降低狗腿度及减小扭矩和摩阻等。     

卡在卡瓦内管柱力学模型的探讨

在分析国内外卡在卡瓦内管柱力学模型的基础上，采用ANSYS软件，对钳牙与钻杆进行三维接触分析，弄清了钳牙与钻杆的接触状况，揭示了钳牙接触应力的分布规律；在此基础上确定了合理的管柱力学模型：将管柱视为厚壁筒，卡瓦夹紧部分的管体的径向位移非均匀分布，卡瓦夹紧力均匀分布，考虑轴向拉应力和卡瓦下边缘管柱横截面上的弯矩，为卡瓦的结构优化设计和新型卡瓦的研制提供一定的指导。