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。     

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针对大位移井眼轨迹控制技术难点,文章分析了西江24－3油田4口大位移井的井眼轨迹控制技术,探讨了大位移井井眼轨迹控制技术的机理,并对大位移井井眼轨迹的控制方案进行了优化。结果表明,西江24－3油田大位移井的井眼轨迹控制技术实际上是可调和不可调滑动导向钻具组合连续导向和旋转导向工具连续导向钻井技术的综合。旋转导向工具进行连续导向钻井具有随时可控性,轨迹控制质量高,但使用成本很高。在充分掌握滑动导向钻具组合导向力变化规律的基础上,在一定范围内,这种钻具组合仍然具有很好的应用效果。技术和经济方面的因素决定了小位移时采用滑动导向钻具组合连续导向钻井技术,而在较大位移时采用旋转导向工具的控制方法是最优的轨迹控制方案。     

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.     

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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。     

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。     

磨损套管螺纹接头密封面力学特性

螺纹接头磨损是影响套管密封完整性的主要原因之一。由于套管螺纹接头结构特征复杂,常规计算模型无法得到解析解,实验研究也较困难,因此针对磨损条件下接头密封面力学特性的研究很少。鉴于此,建立了均匀磨损、偏心筒型磨损和月牙型磨损3种磨损形式的套管螺纹接头三维弹塑性有限元模型,基于ABAQUS软件分析了磨损深度为5 mm时套管螺纹接头在复杂载荷条件下的应力应变特征,研究了上扣扭矩、轴向拉力和弯矩作用下3种磨损形式对套管螺纹接头密封面力学特性的影响。研究结果表明,均匀磨损套管螺纹接头的密封面上存在较大塑性应变,且接触力比其他磨损形式大,密封失效风险较高。偏心筒型和月牙型磨损使得套管螺纹接头密封面接触面积、环形密封带最窄处接触宽度都有所降低,增加了接头局部漏失风险,影响套管螺纹接头的密封可靠性。     

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。      

旋转导向钻井系统控制井眼轨迹机理研究

分析了井眼轨迹的旋转导向机理及井眼轨迹旋转导向偏差矢量控制方法的原理，同时还对常规井眼轨迹控制方法与偏差矢量控制方法进行了比较。