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。     

测控钻头是智能化底部钻具组合的关键部件

由于现有模式不能预测振动，且精确重现井下复杂情况的地面测量不能实现，目前井下振动仍然是个亟待解决的问题。本文叙述了用加速计、应变仪和接触传感器实现ＰＤＣ钻头的仪表化。通过这些传感器有可能实现时间及频率范畴内的直接测量：如瞬时转速、沿三个轴线的加速度、井下钻压（ＷＯＢ）、井下扭矩、钻头所消耗的功率、井眼偏心度以及钻头中心轨迹；还能间接测量出预计的井下钻速（ＲＯＰ）、磨损量以及比能。具有最新技术的军用     

仿真技术在井底钻具组合受力与变形中的应用

文章根据力学原理，运用纵横弯曲法，分析井底钻具组合受力与变形，建立仿真模型，利用计算机强大的数学计算功能，进行计算机仿真，在油气田开发中优化钻具组合，加快工作进度。     

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。     

底部钻具组合运动状态及钻进趋势评价方法研究

应用室内模拟试验装置,研究了转速、钻压对底部钻柱运动状态的影响,得出：当钻压一定时,底部钻柱随转速变化存在3种运动状态,即低转速时的规则正向公转、中转速时的无规则摆动和高转速时的规则反向涡动;当转速较低时,钻压对底部钻柱运动状态影响较大,转速较高时,影响较小;当转速较低时,底部钻柱处于同步正向公转状态,当转速较高时,底部钻柱处于反向公转状态。通过理论分析,提出了“井斜趋势角”的概念,推导出了“井斜趋势角”的计算公式,并给出了应用“井斜趋势角”评价底部钻具组合防斜打直能力的方法。应用所提出的评价方法,对钟摆钻具和偏轴钻具组合的钻进趋势进行了评价。     

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。     

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。     

钻头仪表化是实现井底钻具组合智能化的必要步骤

叙述了如何用加速计，应变仪和接触传感器实现ＰＤＣ钻头的仪表化，通过这些传感器仪器有可能实现时间及频率范畴内的直接测量，如瞬时传速，沿３个轴线的加速度，井下钻压（ＷＯＢ），井下扭矩，钻头所消耗的功率，井眼偏心度及钻头中心轨迹，还能间接测量出预计的井下钻速（ＲＯＰ），磨损量及比能，具有最新技术军用型微电子器件已被用于在钻头柄部安放各种仪器，运用这些测量数据可对动态情况进行分析，即清楚地辨明卡，滑和回波     

再论“钻头处的边界条件”

由于现在人们对底部钻具组合的受力和变形分析研究仍主要处于静态阶段,认为在纯静态的分析中加入一点动态的影响,即考虑钻头在钻进时弯矩不断变化的事实,将钻头处的边界条件按固支和铰支各计算1次,最终结果取这2次结果的平均值,这可能比只按固支或铰支所得结果更接近真实值。     

传统底部钻具组合上切点边界条件的正确性

传统的底部钻具组合受力分析的上切点处的边界条件表达为:1.与下井壁接触;2.转角与井眼轴线的一致;3.曲率与井眼轴线的一致。该表达方法已经采用了多年,应用效果良好。近来,有文章否定该边界条件,文中例证了传统底部钻具组合上切点边界条件的正确性。     

钻头处的边界条件研究

多年来,在下部钻具组合计算的边界条件中,人们都假设钻头与地层之间的弯矩为零,钻头看作铰支。由于许多教科书和文献中提到钻头处某些极个别时刻存在弯矩,有些国内研究者便否定以前的假设,即将钻头处看作固定支。文中通过对钻井机理的探讨,分析了原来假设观点正确的原因,并通过受力分析给出了铰支假设下钻头处的边界条件。     

单稳定器钻具组合特性分析及应用

运用纵横弯曲理论对定向井中单稳定器钻具组合的力学特性进行了分析,根据分析结果优选了单稳定器增斜、稳斜、降斜钻具组合。从4个方面论述了单稳定器钻具组合的特性,阐明了稳定器外径、钻压、井斜角与钻头井斜力的关系,分析了钻铤对稳定器钻具组合的影响。通过在陇东、陕北地区200余口定向井、丛式井的应用,取得了较好的使用效果,既满足了定向井轨迹控制的需要,又达到了快速、安全钻井的目的。     

单弯动力钻具滑动导向组合的实践研究

导向钻进技术在特殊工艺井施工中的应用越来越广泛,对导向钻具组合复合钻进中的复合转速、井径及导向能力等几个问题进行了分析,结合单弯单稳导向组合在胜利油田2口分支水平井中的应用实践,对影响导向组合导向能力的因素和复合钻进中应注意的问题进行了分析。     

铰接防斜钻具组合的设计与研究

为解决高陡构造的井斜问题,钻井界试验了很多办法,但真正能够实现大钻压降斜的技术措施仍然很少。研究了新型铰接钻具组合在大钻压下的防斜机理,推导出铰接防斜钻具组合的力学三弯矩方程组、钻头侧向力和钻头偏转角计算公式,并由此编制了计算和分析软件,得出了2种最优钻具组合;并在川东高陡构造的2口井上进行了探索性试验,取得了初步认识。     

可回收式井下钻具组合在套管钻井中的应用

套管钻井技术的核心是可回收式井下钻具组合。介绍了Tesco公司和Sperry-Sun公司研制的可回收式井下钻具组合的结构原理及其工作过程,现场应用结果表明,可回收式井下钻具组合的下入成功率已达100%,但平均回收率仅为70%左右。总结了可回收钻具组合在起下过程中的经验和教训,并提出了合理化建议。     

底部钻具组合的井底实际钻压分析

将弯曲井眼中的底部钻具组合作为空间梁处理 ,采用两个力学过程模拟指重表所示的指示钻压。利用“施加”与“放松”约束的方法求解钻柱与井壁间的接触摩擦非线性问题 ,并考虑了钻柱与井壁之间摩擦力的影响。在此基础上 ,建立了对弯曲井眼中的钻柱进行井底实际钻压分析的基本方程及相应的迭代求解格式。通过数值算例和工程算例得出结论 :(1 )由于钻柱与井壁之间存在摩擦 ,井底实际钻压比指示钻压小 ,在工作钻压较大时实际钻压比指示钻压小 1 5%～4 0 % ;(2 )井眼曲率对井底实际钻压的影响较小 ,而钻柱与井壁之间的摩擦系数对实际钻压影响较大 ,因此改善钻井液性能 ,降低摩擦系数十分重要 ;(3 )随着井深的增加 ,井底实际钻压与指示钻压的差值增大 ;若井眼曲率增大 ,实际钻压减小 ,指示钻压越大 ,其减小趋势越大 ;随着摩擦系数增大 ,实际钻压减小的趋势增大。     

解决钟摆钻具在大钻压下增斜问题的新思路

通过对钻头处受力情况的深入分析，否定了以前在分析底部钻具组合时，将钻头处的边界条件看作铰支（即弯矩为零）的一惯做法，提出了应先将这里看作是固支（即转角为零），只有当弯矩达到一定的值时，才能出现转角的新观点，并给出了计算变矩最大值的计算公式，同时利用文中的结论，对在倾斜井眼中钟摆钻具在加大钻压时会出现增斜现象给出了合理的解释，并针对其产生的原因提出相应的对策。     

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。