新型铰接式钻具组合特性分析

对一种新型铰接式钻具组合进行有限元分析,采用自由度凝聚法缩减铰接点的转动自由度并对铰接式钻具组合进行单因素影响分析,如井斜曲率、钻头稳定器的磨损量、结构弯角、钻压、井斜角、钻头稳定器与钻头之间的距离等对钻头侧向力的影响。结果表明,为了获得较好的铰接钻具造斜率,应考虑2种途径:1)在实际操作过程中,应仔细控制稳定器的磨损量,控制井眼扩大;2)在钻具结构设计中,应优化结构弯角和钻头稳定器与钻头之间的距离这些参数。     

铰接式钻具组合的动力学分析

应用有限单元法对铰接式钻具组合进行了动态分析,推导了铰接点单元的刚度矩阵和载荷列阵,同时考虑钻头的轴向激振和钻柱与井壁的相互作用,用Newmark法在时域里分析了一种铰接式钻具组合的横向振动,并在频域里进行了讨论。分析表明,轴向扰动激起铰接钻具组合多阶谐波分量,钻头侧向力动态分量的幅值与井斜曲率成正比。数值结果表明,井眼扩大是钻具组合动态响应的一个重要影响因素,如果井眼扩大较小,钻具组合的振动表现有周期性,而当井眼扩大较大时,振动不再是周期性,且钻头侧向力动态分量的幅值增加。     

井眼间隙对下部钻具组合横向振动的影响

将下部钻具组合看成钻头处铰支的细长梁，同时考虑井眼间隙与钻压波动对下部钻具组合的作用，应用有限单元法建立下部钻具组合的动力学基本方程，采用数值模拟的方法得到下部钻具组合动态响应，并进行频谱分析。对不同井眼间隙时的下部钻具组合的横向振动数值模拟结果表明，振动幅值随稳定器与井壁之间间隙增大而增大。并且可能存在稳定器与井壁之间的间隙的临界值，当达到该临界值时，钻具组合的振动剧烈。     

弯接头钻具组合的力学特性分析

利用有限地对弯接头钻具组合受力进行了线性和非线性特性分析,重点分析了井眼曲率和弯接头角度对钻头侧向力的影响,计算结果表明,弯接头钻具造斜能力强,适用于大碘率井眼钻井,但有必要对弯接头钻具进行非线性分析,以提高计算严谨。     

定向井常用钻具组合

介绍了定向井钻井过程中“直-增-稳-降-稳”阶段常用的钻具组合,结合现场所用钻具,分析了各个阶段所用钻具的特点,并优选了钻具组合。     

带弯接头下部钻具组合的特性分析

本文应用有限元理论,对带弯接头下部钻具组合的钻井特性进行了分析,主要有:弯接头角度大小、工具面角度的变化、井眼扩大程度、钻头与弯接头之间的距离和井下动力钻具总成的抗弯刚度等对钻头侧向力的影响。这些主要参数的分析结果,有利于现场技术人员根据实际需要优化钻具组合。     

组合钻具造斜率的回归分析及其应用

应用逐步多元回归方法,对转盘钻多稳定器钻具组合造斜率进行回归分析,建立已钻成定向井所在构造的造斜率的回归方程。在对已钻4口定向井进行回归后,得出一些实用的新认识。本回归分析方法还给出了造斜率预测值的变化区间,达到了对造斜率的定量控制,解决了以往单凭调节钻头侧向力的大小来试调造斜率大小的不尽人意的问题,避免了轨迹控制中由于不能预知入井组合钻具的造斜率而带来工作中的被动性和盲目性。作者编制的实用PC-1500计算机和IBM PC计算机逐步多元回归程序,既可适用于室内计算,又能满足现场施工技术人员的需要。对靶区范围小的大斜度井、救援井、双靶点或多靶点定向井、丛式井都能准确地控制造科率的大小和钻达靶区。本方法具有重要的实用价值。     

下部钻具组合造斜能力的影响因素分析

利用平衡侧向力法对现场常用的井底钻具组合的造斜能力进行了预测,探讨了井眼轨迹参数、施工参数对ＨＢＡ造斜能力的影响,并给出了影响规律的具体表达式,这对了地控制井眼轨迹具有一定的参考价值,利用长度油田某区块的资料,给出了计算实例。     

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过去在对底部钻具组合（BHA）进行力学分析时，全是依靠手工进行公式的推演，不但费时费力，而且容易出错。而在计算轴向力时，只是简单地用钻压值减去井底到所算跨中点的BHA轴向重量（浮重），并假设BHA轴向力与井眼轴线方向一致，没有考虑稳定器处支反力对轴向力的影响，这样处理必然给计算结果带来一定的误差。文章应用MatLab的符号运算功能对二维底部钻具组合分析权余法（MWR）的消除残值方程和边界条件方程构成的方程组进行直接求解，使得求解过程更为简单和准确；同时，假设BHA轴向力与BHA变形线轴线方向一致，并考虑稳定器处支反力对轴向力的影响，将钻压作为目标函数对BHA单跨轴向力进行迭代求解，进一步提高了计算精度。     

三维井身底部钻具组合受力分析计算方法

推导出了在一跨内在两个平面上由一个端点的弯矩和转角计算另一个端点的弯矩和转角的计算公式，然后根据空间解析几何的有关知识，利用上下两跨钻柱在节点处切线方向向量相同的条件，先将上一跨的端点处转角合成为方向向量，再在下一跨进行分解，从而推导出了上下两跨钻柱在节点处的转角关系；又利用向量投影法则，将上一跨在井斜平面和方位平面的弯矩及扭矩分别向下一跨的井斜平面和方位平面及扭矩轴进行投影计算，推导出了上下跨间的弯矩关系公式。给出了带弯接头结构钻具组合的处理方法及扭矩的计算方法。     

底部钻具组合的涡动特征分析

编制了井底钻具组合动力学特性的模拟程序,模拟结果与文献中的结果对比表明,所编模拟程序的模拟结果正确。利用井底钻具组合动力学特性的模拟程序模拟了钻铤形心的径向速度、径向加速度、涡动加速度、涡动速度功率谱以及相图,较全面地反映了井底钻具组合的动力学特性。结果表明:井底钻具组合在特定的情况下可以做规则涡动,更多的是做非规则涡动,没有运动周期;做规则涡动时,钻铤形心的涡动速度较小,其径向速度、径向加速度和涡动加速度均为0。在文中条件下,钻铤形心的涡动速度高达568.73 r/min,远大于规则向后涡动速度(79.41 r/min),该种状态的出现对钻具组合的导向能力及安全性将造成很大的的影响,值得进一步探讨。     

底部钻具组合三维静力分析

考虑钻井液和钻头的工作扭矩对钻柱横向变形的影响，分析了扶正器与井壁间的作用，用传递矩阵方法建立了定向并中底部钻具组合的三维力学模型，研制了相应的计算机程序，能有效地计算钻柱对钻头的横向作用力和确定钻头轴线的方向。     

带双心钻头底部钻具组合的分析

针对使用双心钻头钻进时扩孔尺寸不理想、钻具工作不稳定、井斜趋势引起钻头工况对钻压非常敏感等问题,对底部钻具组合的受力、变形和运动状态等方面进行了分析研究表明,由于双心钻头几何设计的独特性,工作时钻头上受有不平衡力,这使得钻头切削不稳定,且影响钻柱变形。钻柱变形后,钻头相对井底偏转,偏转的方向和角度影响钻头的有效切削面积;钻柱的运动方式,即自转和公转,也影响扩孔尺寸和钻头稳定性。通过简单试验,认为钻头的不平衡力使钻具倾向公转;另外井斜、井眼弯曲也对钻具运动状态有很大影响,表现为钻具稳定性对钻压的变化非常敏感。     

Gilligan钻具组合特性分析与设计

用纵横弯曲法对水平井中双稳定器变截面柔性钻具组合（Ｇｉｌｉｇａｎ钻具组合）的力学特性作了详细分析，并通过现场数据验证了理论分析的正确性。用配套软件系统设计出适合于三种不同尺寸井眼的Ｇｉｌｉｇａｎ钻具组合，并给出了其极限曲率值     

下部钻具组合造斜能力的预测方法研究

预测下部钻具组合(BHA)的造斜能力对准确控制井眼轨迹十分重要。在现有BHA造斜能力预测方法的基础上,探讨了一种更能为现场广泛应用的新型预测方法。通过确定一个区块不同地层中的稳斜钻具组合,可以求得该地层中特定条件下的平衡侧向力。以此为基础,可以确定给定BHA的造斜能力。结果表明,这种方法既考虑了井眼轨迹、施工参数的影响,也能很好的考虑地层参数的影响。文中利用长庆油田某区块上的资料,给出了这种方法的计算实例。     

井底光钻铤钻具组合旋转及钻压波动规律模拟研究

利用根据相似理论设计出的底部钻柱动力学研究试验装置,进行了井底光钻铤钻具在不同钻压、转速条件下旋转及钻压波动规律的试验研究.试验结果表明:光钻铤钻具组合在井底的旋转大部分为正向涡动及谐波振动,要想使其产生反向涡动必须合理选择钻进参数;使用光钻铤钻具组合时井底钻压振动幅度较大;单从减轻钻柱振动危害方面讲,不建议采用光钻铤钻具组合,但从利用井下钻柱纵向振动能量提高深井机械钻速的角度看,该钻具值得推荐;光钻铤钻具组合的防斜机理有待于进一步研究.