驱替过程中重力舌进特征的核磁共振可视化实验

重力舌进是一种岩心驱替实验中常见的由于重力作用导致驱替剂沿岩心上缘或下缘突进的现象,其直接影响驱替剂的应用效果。由于在驱替过程中无法对岩心内部进行直接观察,因此对重力舌进现象没有直观的认识。利用油藏数值模拟方法模拟了重力对水驱油过程中流体流动形态的影响,并利用基于核磁共振成像技术的岩心驱替可视化实验方法研究了重力舌进产生的条件及影响因素,同时提出了一种获得产生重力舌进特征临界密度差的新方法。研究结果表明,驱替流体与被驱替流体的密度差是产生重力舌进现象最直接的原因;当实际的密度差大于临界密度差时,则产生显著的重力舌进现象;驱替介质的黏度和驱替流量对重力舌进特征的影响并不明显;在实际生产过程中,可以根据地层流体性质优选驱替液的密度,减少重力舌进对驱替效果的影响。     

气体钻井预弯曲钟摆钻具控斜的动力学行为

井斜控制困难一直都是制约气体钻井技术发展的难题之一。为此,在研究带预弯结构的井底光钻铤钻具组合(BHA)动力学行为的基础上,基于拉格朗日方程建立了预弯钟摆BHA的非线性动力学模型,由简支梁静态模型求取钻头上的动态侧向力,进而设计、评价不同结构的预弯钟摆BHA在气体钻井中的控斜能力,并进行了现场验证。研究结果表明:(1)合理的预弯钟摆BHA在气体钻井中可以提供较大的动态降斜力,从而发挥出很好的降斜效果,当预弯短接弯角为0.75°时,BHA形心运动的最大半径较小,说明0.75°的弯角时BHA具有最佳的稳定性;(2)当钻头与近钻头稳定器之间为两根钻铤时,BHA的运动稳定性大幅提高,基本上处于井眼中心,这对于井眼质量控制十分有益;(3)所设计的预弯钟摆BHA在现场应用中能够较好的控制气体钻井井斜。结论认为,预弯钟摆BHA的动力学控制方程能够很好地描述预弯结构的运动特征,所设计的预弯钟摆BHA不仅适用于常规地层,而且在非均质性较强的砾石层钻井中控斜效果也同样显著;该研究成果对于气体钻井低成本控斜技术发展具有很好的推动作用。     

抽油杆柱三维力学分析及设计系统(DARS)的开发和应用

根据实际井眼轨迹的特征及系统动力学理论建立了抽油杆柱在实际井眼中的动态仿真模型。应用有限差分法对不同抽油杆柱组合在实际井眼中各个节点的三维受力特征及位移做出了较详细的分析,在此基础上利用模块化编程技术开发了三维井眼条件下杆柱设计、力学分析及偏磨点位置预测软件,并对抽油杆柱组合的合理性、杆柱的受力特征、偏磨状况等进行了仿真。对现有抽油杆柱系统进行分析并提出优化方案。软件计算结果与实验井测试数据一致,体现了软件有较好的预测效果和较高的现场实用价值。     

气体钻井钻柱失效机理分析

川东北地区气体钻井申钻柱失效情况的统计资料表明,钻柱失效主要表现为磨损和断裂,分析可知,气体钻井时钻柱失效严重除与高速岩屑的冲蚀,井壁岩石的磨损、酸性介质环境的腐蚀有关外,还与钻拄承受更为复杂的动态应力密切相关.动力学分析结果表明,与钻井液钻井相比,气体钻井时钻柱的动态明显增大,动态应力的变化幅度和变化频率也明显提高,这是造成钻柱失效的主要原因之一.因此,防治气体钻井钻柱失效应切实重視钻柱动态应力的控制,目前条件下,加强钻柱的探伤工作,确保入井钻柱的抗疲劳破坏能力和使用减振工具是较为有效的预防钻柱失效的技术措施.     

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。      

塔里木盆地超深井311.2mm井眼钻柱动力学特性及参数设计

当前超深井钻柱安全性评价仍采用静力学方法,无法合理描述钻柱的动态安全性。通过建立超深井钻柱的动力学模型,并利用节点迭代方法和Newmark方法对其进行离散和求解,随后在分析钻柱动力学特性的基础上,利用动态应力求得钻柱的动态安全系数。通过不同钻压、转速条件下计算钻柱的动态安全系数,较好地确定了钻柱的合理工作参数范围。以塔标1井身结构三开井眼为例,得到了塔里木盆地超深井311.2 mm井眼所用钻柱的合理工作参数。     

基于实际井眼轨迹的抽油杆柱API设计方法

目前的抽油杆柱设计方法大都基于设计井眼轨迹或经验公式，因此设计的抽油杆柱与井眼的匹配性并没有达到最优，结果可能影响了抽油杆柱的受力特性和寿命。概述了目前现有的抽油杆柱设计方法，提出了基于实际井眼轨迹的抽油杆柱API设计方法，即考虑到在三维空间中井下粘滞阻力及动载的影响，利用微单元分析方法计算出轴向载荷与轴向应力，然后在此基础上进行杆柱组合设计，并给出了设计流程。以江苏油田永21-3井为例，对几种设计方法的设计结果进行了对比分析，结果表明，江苏油田目前采用的抽油杆柱设计方法包含了人为经验因素，并不是最优的杆柱设计结果，有待进一步改进。     

调制式旋转导向系统对井壁作用力的描述方法和变化规律

对调制式旋转导向工具RCLD系统的导向力的形成机理进行了探讨.结果表明,RCLD系统的导向力的形成方式与第一代PowerDrive系统相比有其独特的优势,是一种更为合理的方式.当单个伸缩块在控制面作顺时针和逆时针摆动时,每次伸出对井壁施加的作用力均受到控制面摆动速度、高压阀孔圆心角、转盘转速的影响.给出了无约束条件下这些参数对作用力影响的计算模型和仿真结果.     

�����ж�ʱ��Ť��Ͻ���Ӧ���µ�ǿ�ȼ���

石油钻柱的失效80％以上都为疲劳破坏，这与钻柱在弯曲和扭转组合下的交变应力有关。文章结合钻柱疲劳破坏的基本特征和有关实验数据，得到了钻柱在钻井液腐蚀条件下的持久极限应力近似计算公式。利用复合交变应力强度计算理论，考虑钻柱涡动及轴向载荷的影响，建立了钻柱复合交变应力下的动态强度条件，并给出了计算实例。结果表明，静态条件下安全系数满足设计要求的钻柱，一旦动态条件下的疲劳强度不够，就会发生失效。文中所建模型对于钻柱设计时的强度校核、在役钻柱的安全评估以及失效钻柱的事故分析具有实际的指导意义。     

复杂载荷条件下钻具接头台肩作用机理研究

为了解台肩对钻具接头螺纹牙承载的影响,基于φ139.7 mm贯眼扣钻具接头分别建立了无台肩、仅主台肩、仅副台肩和双台肩等4种结构钻具接头的有限元计算模型,分析比较了其在复杂载荷作用下的力学特性和抗扭性能。分析结果表明:主、副台肩对保证钻具接头连接稳定性有着至关重要的作用;预紧扭矩作用下主台肩的存在使钻具接头公扣产生拉伸的预紧效果,副台肩的存在使钻具接头公扣产生压缩的预紧效果,从而直接影响了钻具接头的承载特征和极限抗扭能力;在相同轴向拉力的条件下,仅副台肩钻具接头的极限抗扭能力比仅主台肩钻具接头高约12%,双台肩钻具接头的极限抗扭能力比仅主台肩钻具接头高约69%。研究结果为新型高性能钻具接头的研发及结构设计提供了理论依据。