定向井单弯单稳涡轮钻具造斜率预测

对于定向井单弯单稳涡轮钻具造斜率的预测,用现有的修正三点定圆法预测的是钻具几何曲率,不是井眼曲率,且对造斜能力影响因素考虑不全。利用纵横弯曲法的三弯矩方程,确定井下动力钻具上部切点,结合钻头中心点和下稳定器切点,建立了这三点所对应的井眼轴线上三点坐标,利用三点定圆原理,建立了三点定圆全坐标单弯单稳涡轮钻具造斜率预测模型。实例计算了3种结构涡轮钻具造斜率,对比分析了3种结构涡轮钻具造斜率随涡轮钻具结构角,稳定器与井壁间隙,偏心稳定器偏心距以及稳定器、偏心稳定器、结构角分别到钻头的距离等因素的变化规律,明确了稳定器对单弯涡轮钻具的造斜率影响较小,为减小深井卡钻风险,可不用稳定器或用偏心稳定器替代稳定器安装在近钻头处,能有效提高单弯涡轮钻具的造斜率。该方法综合了纵横弯曲法和三点定圆法的优点,实现了超深井单弯单稳涡轮钻具定向钻井造斜率的简便有效预测。     

双弯螺杆钻具几何造斜率计算式的修正

准确地设计螺杆钻具的造斜率是实现滑动导向钻井的关键技术。鉴于此,考虑下稳定器与井壁的间隙对双弯壳体钻具几何造斜率的影响,定义了间隙影响产生的附加造斜率,改进了几何造斜率的计算公式,并用改进公式分析了影响造斜率的几个因素,同时结合现场实例对改进公式的精度进行了验证。分析结果表明:对于同向和反向双弯螺杆造斜工具,当下稳定器与井壁的间隙增加时,造斜率都呈线性减小;下弯角对造斜率的影响是上弯角的4.6倍,下弯角对造斜率的影响非常显著;无论是同向双弯还是反向双弯,都有最优的造斜率,钻井现场下稳定器至钻头的距离一般选择1.0~1.5 m为宜。所得结论可为螺杆钻具的现场应用提供指导。     

近钻头变径稳定器导向钻具造斜特性研究

为提高现有导向钻具组合井眼轨迹控制能力,针对近钻头变径稳定器导向钻具造斜特性开展了研究。根据纵横弯曲梁法和三弯矩方程,考虑钻具结构弯角和变刚度管柱的影响,建立了带近钻头可变径稳定器的导向钻具组合力学特性分析模型,采用单因素法,对各种条件下近钻头可变径稳定器外径对钻具造斜能力的影响进行分析。分析结果表明,近钻头可变径稳定器外径对钻具造斜能力影响显著,在所研究的参数范围内,钻具长度和井径扩大率对复合钻进造斜率的影响较为明显,上稳定器和钻压的影响次之,螺杆钻具结构弯角对复合钻进造斜率的影响最小。最后根据研究结果并结合现场实际工况,设计并研制出了井下遥控式近钻头可变径稳定器导向钻具。     

钻具稳定器结构对复合钻井导向力的影响

单弯螺杆钻具+PDC钻头复合钻井已广泛在钻井提速和井眼轨迹控制作业中应用,对该类钻具组合导向力分析也有成熟的方法,但常常忽略螺杆稳定器结构的影响。为此,基于油气田现场作业应用的直棱和螺旋棱稳定器结构,讨论了螺杆稳定器外径和支点位置变化对钻具导向力的影响,建立了稳定器实际偏心距计算模型,提出了考虑螺杆稳定器结构影响的钻具复合钻井导向力分析方法。通过对单弯螺杆单稳定器钻具组合、单弯螺杆双稳定器钻具组合复合钻井导向力的分析,结果发现：①忽略螺杆稳定器结构的复合钻井导向力分析方法计算结果与钻具导向合力差别较大;②直棱稳定器由于棱槽包角的存在,等效外径周期性变化使得钻具组合导向力发生周期性增加或降低,变化幅度最高达50%,影响钻具导向稳定性能和疲劳寿命。进而提出建议：①计算复合钻井导向力时应采用考虑螺杆稳定器结构影响的钻具复合钻井导向力分析方法;②现场复合钻井时选用带棱槽包角为零的螺旋式稳定器或选用带棱槽包角小的直棱稳定器的螺杆钻具     

短弯外壳导向钻具的造斜率计算

根据短弯外壳导向钻具在井眼中的选料特性,推导了导向钻具组合造斜率车的计算公式,方法是精确的,没有做近似处理。这种方法还能考虑近钻头扶正器的欠尺寸影响,可对在井眼轨迹控制中使用的单弯和双弯导向钻具组合进行预测计算。这种方法易编成计算机程序,在现场使用。     

弯壳体导向钻具的设计方法

在定向钻井设计和施工中,需要根据造斜率来选择和设计钻具组合。对于弯壳体导向钻具来说,钻具的结构参数是影响造斜率的主要因素。几何法可以比较直观地反映出这些结构参数与造斜率之间的关系,突出了关键因素对工具造斜率的影响,计算方法简单,计算精度可满足工程要求,是设计弯壳体导向钻具的一种有效方法。在保持精确几何关系的条件下,简化了几何造斜率的计算方法,所有计算公式都未做近似处理,是几何法的精确解。最后,根据不同的设计要求,提出了设计导向钻具的枚举法和迭代法,并给出了各种条件下的设计示例。     

导向钻具几何造斜率的研究

准确地预测和设计导向钻具的造斜率是实现导向钻井的关键技术之一。弯壳体导向钻具的刚性大、变形小,因此可采用几何法来计算造斜率。考虑到结构弯角位置以及稳定器与井壁间隙对钻具造斜率的影响,提出了修正的三点定圆法,使计算结果更接近于工程实际情况,且其计算公式十分简明,具有很高的计算精度,与精确的三点定圆数学方程得出的几何造斜率基本吻合。同时提出了利用几何造斜率设计导向钻具组合的方法,给出了相关的计算公式和一些设计实例。     

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...     

弯外壳动力钻具力学性能分析

弯外壳动力钻具能提高增斜率,但钻具轴线不在一条直线上。本文用有限元基本理论,分析了弯外壳动力钻具的力学材性,着重讨论了弯外壳动力钻具的结构弯角、井斜角、稳定器间隙及钻铤刚度对弯外壳动力钻具增斜特性的影响。认为弯外壳动力钻具的增斜率随结构弯角增大而明显增加;工况相同时,双弯动力钻具增斜率比单弯动力钻具高约50%。井斜角小于60°时,随井斜角增加弯外壳动力钻具的增斜率明显增加;大于60°时,增斜率增加趋势减弱,甚至下降。稳定器间隙增加,弯外壳动力钻具的增斜率下降。动力钻具上面钻铤的刚度越小,增斜率越高。     

高效导向螺杆钻具的研究与应用

常规弯外壳螺杆钻具多数在外壳上带有一近钻头稳定器, 在滑动导向时常出现拖压情况, 严重影响深部井段井眼轨迹导向效果。同时, 这种螺杆钻具钻出的井眼螺旋特征明显, 严重影响井眼轨迹控制质量。文章提出一种新型结构的高效导向螺杆钻具, 其在传动头上带有一个螺旋稳定器, 这样可以缩短稳定器到钻头的距离,而且能使稳定器井下始终处于旋转状态。在首先对其强度特征进行计算并提出结构优化方案的基础上, 对相关Ｂ Ｈ Ａ的导向力进行了计算分析。结果表明, 这种高效螺杆钻具不但可以提高滑动导向能力, 而且可以提高复合钻井导向能力。实际使用资料表明, 这种高效导向螺杆钻具不仅可以很好的解决深部井段常规螺杆滑动导向所具有的拖压问题, 而且可以钻出更光滑的井眼。     

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。     

弯壳动力钻具造斜率的几何分析与计算

根据动力钻具在水平井中的造斜特性,用几何分析方法推导出不带稳定器双弯动力钻具和带稳定里双弯动力钻具造斜率的计算公式。根据这些公式,可对在水平井中使用的不同结构、不同几何尺寸的双弯动力钻具的造斜率进行分析预测,也可用来指导动力钻具外形结构的设计和加工。此外,还对单弯动力钻具和异向双弯动力钻具(DTU)造斜率的计算公式和适用条件进行了分析讨论,并对计算的单、双弯动力钻具造斜率进行了现场验证。实钻结果说明,这种计算方法有一定的实用价值。     

单弯双稳导向钻具组合复合钻进稳斜能力分析与优化

为解决单弯双稳导向钻具组合长时间复合钻进时实钻井眼轨迹偏离设计井眼轨道的问题,对单弯双稳导向钻具组合的稳斜能力及其影响因素进行了分析。根据底部钻具组合复合钻进导向力的拟动态计算模型,编制了相应的计算机程序,模拟计算了钻具组合结构参数、井斜角和钻压对单弯双稳导向钻具组合复合钻进稳斜能力的影响规律。结果表明:第一稳定器如果外径过小,在复合钻进中将处于悬空状态,失去支撑井壁的作用;随着第二稳定器外径的增大,单弯双稳导向钻具组合复合钻进的钻头井斜力减小;螺杆弯角、井斜角和钻压对单弯双稳导向钻具组合复合钻进的钻头井斜力影响均不显著。根据模拟计算结果,对南堡13-斜1025井稳斜段所用单弯双稳导向钻具组合进行了优化设计。实钻结果表明,采用优化设计的钻具组合复合钻进时稳斜效果很好,井斜变化率只有0.18°/30m。这说明,根据各因素对复合钻进稳斜能力的影响规律,对单弯双稳导向钻具组合进行优化设计,可以提高其稳斜能力。      

弯螺杆钻具力学特性分析与设计

设计或选择弯螺杆钻具组合时，既要确定弯螺杆钻具的总体方案结构参数，还要预测该钻具组合的造科能力。利用结构弯角的等效角和等效横向载荷，推导了用以分析具有结构弯角的螺杆钻具组合力学特性的三弯矩方程组，并应用它确定钻具组合的平衡曲率。根据实钻结果研究了弯螺杆钻具组合造斜能力与平衡曲率间的关系，得出了平衡曲率系数的数学表达式，并将其应用于φ39．7mm套管侧钻水平井的φ89mm弯螺杆钻具总体方案设计。计算表明，这种φ89弯螺杆钻具应设计成传动轴本体上带有稳定器的单弯钻具。     

滑动钻进造斜率预测与分析

滑动钻进工况下造斜率的准确预测是钻井工程面临的难点问题。首先利用加权余量法,建立了导向钻具组合的三维力学模型,得到了滑动钻进过程下钻头机械载荷及导向钻具组合的摩阻分布;其次考虑滑动钻进过程中工具的造斜特性,建立了零侧向钻速准则下的滑动钻进造斜率预测模型及折算系数反演方法;最后利用一口页岩气水平井钻井数据,反演计算了该井造斜率折算系数,验证了滑动钻进造斜率预测模型的精度,并分析了钻井参数、轨迹参数、钻头切削特性、工具结构等对工具造斜率和摩阻的影响规律。研究结果表明:滑动导向模式下,通过适当增加工具结构弯角、降低钻压、提高钻头侧向切削能力等,有利于发挥工具的造斜性能,提高滑动钻进效率,为导向钻井参数优化、工具结构优化设计及井眼轨迹控制等提供重要依据。     

静态推靠式旋转导向工具造斜率预测分析

旋转导向钻井技术是目前钻井工程技术领域研究的热点之一。为准确认识静态推靠式旋转导向工具在给定导向力等钻进参数作用下的造斜能力,根据工具导向特点,对翼肋推靠井壁进行受力分析,考虑翼肋随非旋转套转动时所受的切向阻力作用,修正了翼肋导向合力计算模型;在钻进趋势预测模型的基础上,进一步建立了推靠式旋转导向工具造斜率预测方法。通过采用纵横弯曲梁法求解静态推靠式旋转导向底部钻具组合钻头力学特性,并考虑钻头切削各向异性指数,编程实现了静态推靠式旋转导向工具造斜率的定量预测计算。与现场试验数据对比发现:建立的造斜率预测误差在±0.5°以内,方位变化率预测值较不考虑翼肋与井壁间摩擦时更加符合实际方位变化率,预测结果与实钻井眼轨迹数据的对比验证了造斜率预测方法的合理可行性,为下一步进行井眼轨迹调控指令的准确制定提供了依据。     

短半径水平井双弯马达造斜率的研究

提出了以有限元动坐标迭代法为基础的短半径水平并双弯马达造斜率的计算方法，并给出了大曲率井眼中钻头侧向力的二重非线性数值解。探讨了提高双弯马达造斜率的途径。所得结论为我国自行完成第一口短半径水平井提供了有益的帮助。     

带旋转导向工具的底部钻具组合横向振动特性研究

为了提高旋转导向工具的井眼轨迹控制效果及作业安全性,研究了带静态推靠式旋转导向工具底部钻具组合（RSBHA）的横向振动特征。静态推靠式旋转导向工具通过控制3个导向翼肋的驱动压力实现井眼轨迹控制,可以将其等效为偏心距和偏心方位角已知的偏心稳定器;建立RSBHA的三维小挠度静力学模型,基于加权余量法确定RSBHA在钻压作用和井壁约束下的空间构形,获得上切点的位置;以上切点到钻头的距离作为横向振动的有效长度建立有限元模型,利用振型叠加法求解RSBHA的横向振动响应,分析工作参数和结构参数对其横向振动的影响。算例结果发现:转速约为138 r/min时, RSBHA的动态位移在距钻头8.20,18.10,24.60和31.60 m处较大;钻压对RSBHA最大弯曲应力的影响较小;偏心距和偏心方位角对RSBHA横向振动特性的影响较大,对于某些特定的偏心距和偏心方位角,RSBHA最大弯曲应力会明显增加。研究结果表明,结构参数和工作参数对RSBHA的横向振动影响较大,应对其进行优化设计,以确保旋转导向工具的应用效果和钻井作业安全。