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。     

导向钻井钻具组合结构造斜特性分析

在导向钻井钻具组合结构中,本体稳定器、上稳定器的选用与计算外径,以及螺杆弯角的选用,对用全力增、减方位时的侧向力有影响,可用来评价导向钻井钻具造斜特性,分析和设计导向钻具组合.现场使用结果表明,螺杆本体稳定器采用偏心式时计算外径与丈量直径存在偏差;上稳定器对钻头侧向力具有较大的影响,可以优化设计;螺杆弯角对钻头侧向力影响较大,需合理使用.     

滑动导向钻具复合钻进技术在沙19-10井的应用分析

在当今导向钻井技术最新发展中,旋转导向钻井技术占据了主导地位。但对于定向井、水平井和大位移井的水平位移较小的井段而言,滑动导向钻具组合连续导向钻井技术具有独特的优点。现场实践表明,这种导向技术可以较大幅度地提高钻井效益,缩短建井周期。结合江苏油田沙 19- 10井使用滑动导向钻具组合的情况,探讨了这种连续导向技术中的复合钻井技术,研究了井斜角、稳定器间距、钻压等参数对复合钻井导向力的影响规律。结果表明:这种连续导向技术具有十分显著的优点,通过较好地设计钻具组合的结构,得到令人满意的井眼轨迹控制效果,而且经济效益十分明显。     

钻具组合造斜率预测方法

根据井底最近测点数据，计算井底轨迹参数。利用下部钻具力学计算模型进行钻头力学计算。引入钻头各向异性指数和地层各向异性指数后，建立三维钻速方程，依此预测计算钻具组合的造斜率。并将该方法编制成计算机软件。实例计算表明，这种方法比较可靠。     

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。     

下部钻具组合应力水平影响因素的敏感性分析

钻具组合在井下所承受的应力水平是影响其疲劳寿命的一个关键因素。因此定量分析研究钻具在井下所承受的应力水平及其影响因素,是研究钻具疲劳失效的一项重要内容。现文以固体力学有限元理论为基础,建立了带扶正器下部钻具组合在弯曲井眼或斜直井眼中的有限元力学模型,求解并得到了下部钻具组合的应力场。并着重对影响钻具组合应力水平的影响因素即井眼曲率、钻压、钻柱稳定器的安放位置等进行了敏感性分析。揭示了下部钻具组合失效的力学机理。     

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。     

偏心下部钻具组合的优化设计与推广应用

本文运用计算机仿真技术和钻后分析的可法，对偏心下部钻具进行了进一步的优化计算与分析，提出了偏心下部钻具组合的改进措施，完善了偏心下部钻具组合现场使用的工艺技术。现场推广应用的结果表明：改进后的偏心下部钻具组合弥补了以往使用中存在的不足，大大地提高了该钻具组合在φ215．9mm井眼和低转速下使用的防斜效果，拓宽了偏心下部钻县组合的使用范围。与常规钻井方式相比，能较大幅度地提高钻压和钻速，取得明显的经济效益。     

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。     

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。     

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。     

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。     

气体钻井钟摆钻具组合的有限元分析法

在现行的钟摆钻具设计过程中,将第一个稳定器及其以下钻铤简化为简支梁进行计算。常规钻井液钻井时,钻压常远远大于稳定器以下钻铤浮重,忽略钻柱自身重力对轴向力的影响;而气体钻井时,钻压小,钻铤浮重大,此时钻铤自身重力的影响不得不考虑。以管单元模拟钻具的物理及几何特性,以间隙单元模拟钻具与井壁接触,采用有限元法,对气体钻井过程中下部钻具组合受力及变形进行了动态数值模拟,对单稳定器及双稳定器钟摆钻具组合进行了分析。该有限元模型不仅考虑了钻铤自身重力的影响,而且考虑了钻铤自转对其变形的影响,为钻柱力学分析提供了一种有效的手段,也为气体钻井防斜打直提供了理论依据。     

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。     

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.     

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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。     

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.     

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