钻柱在井筒内自由降落时的运动和受力分析

1.理论分析 在钻井过程中,由于各种原因如操作失误发生顿钻,起下钻过程中发生钻具折断或吊卡脱开等造成钻柱部分或全部落井,致使钻具损坏,或落井钻柱顿坏等恶性事故。由于这件事故发生条件不同,如井眼条件(井深、井斜、井径变化)、钻柱结构(稳定器数量、钻具尺寸与数量)、     

钻柱外钻井液对钻柱横向振动的影响

将钻井液假设为理想流体，在不考虑钻井液沿轴向流动的情况下，引入附加质量和附加质量系数的概念。讨论了钻柱与井壁环形空间内钻井液对钻柱横向振动的影响。举例计算结果表明，钻柱外钻井液所引起的附加质量与钻柱本身的质量为同一数量级，尤其当井筒直径相对较小时，附加质量与钻柱本身的质量几乎相等。在对钻柱进行动力学分析时，这一有限空间内的钻井液对钻柱横向振动的影响是不可忽视的，而这种影响主要取决于井筒直径和钻柱外径的比值。     

井内落鱼损坏状态预测方法

在钻井过程中,由于各种原因如操作失误发生顿钻,起下钻过程中发生钻具折断或吊卡脱开等造成钻柱部分或全部落井,致使钻具损坏,或落井钻柱顿坏等恶性事故。由于这些事故发生条件不同,如井眼条件(井深、井斜、井径变化)、钻柱结构(稳定器数量、钻具尺寸与数量)、钻井液性能(密度、塑性粘度)以及钻头距井底高度、地层性质等,因此而产生的后果也有很大差异。     

P1井水平井生产测井仪器打捞技术研究及应用

水平井生产测井作业中,爬行器作为主要辅助仪器必不可少。在实际作业过程中,由于井眼轨迹复杂、井筒内存在异物、防砂管柱内不规则或存在变形等情况,会造成爬行器的爬行臂无法收回、在防砂管柱内遇卡等复杂情况。同时,受制于测井电缆的抗拉强度较低的不利条件,会导致整个测井工具串落井的井下事故。针对此类井下事故,通过测井仪器在井筒内的相对位置计算模型建立和分析、专用打捞工具的设计、打捞方案的制定等打捞技术的研究,结合渤海油田某水平井的首次现场实践应用,成功实施了落井工具串打捞作业。验证了专用打捞工具及打捞方案的可行性,体现了渤海油田水平井生产测井仪器打捞技术的推广价值。     

超深井溢流关井钻柱上顶机理及预防方法

针对超深井溢流关井后钻柱在上顶力作用下存在冲出井筒风险的问题,建立钻柱上顶力计算模型,分析溢流关井期间钻柱上顶力动态变化特征,形成超深井溢流关井钻柱上顶风险管理程序。采用截面法和压力面积法分析溢流关井后钻柱受力情况,发现钻柱上顶力产生的根源是井内流体静液压力产生的虚拟力,当虚拟力与重力方向相反时,即为钻柱上顶力。采用环空多相流理论,考虑井筒续流效应和气体滑脱效应,分析了溢流关井期间井筒压力、溢流物的变化过程以及钻柱上顶力的动态变化特征。算例分析结果表明,钻柱上顶力的大小和方向与井筒内钻柱长度和关井时间有关,当井筒内钻柱长度小于临界钻柱长度、关井时间超过临界关井时间时,存在钻柱上顶的风险。给出了一套超深井发生溢流后预防钻柱上顶的方法和流程,使钻柱上顶风险管理更加严谨和科学。     

海上某井钢丝落井事故分析

海上某井在系统试井前的通井过程中,试井钢丝断裂落井,其后探测落井钢丝断头时,发生探测工具被钢丝断头缠绕无法回收的情况。分析认为,钢丝自身缺陷是事故主要原因,由于生产管柱随温度的变化而伸长是钢丝断裂次要因素。采用关井降低井筒温度、更换钢丝等方法,优化管柱设计,可防止此类事故发生。     

打捞测井电缆的方法与应用

测井作为石油勘探的一部分，在作业过程存在各种各样的风险，列如：遇阻、遇卡，通常采用的手段为：穿心打捞、旁通式打捞、自由打捞。测井中最复杂的情况是电缆断落，处理起来比较困难，易引起其他事故，甚至导致井眼报废，造成巨大的经济损失，一般采用的处理手段为先自由打捞落井电缆，再捞仪器。本文着重介绍打捞电缆的实际案例与应用效果。     

钢丝作业“鸟窝”防范与治理技术应用实践

针对钢丝"鸟窝"形成的原因及特点,提出了正常状态下发生钢丝落井事故后打捞处理时如何防止井下钢丝形成"鸟窝"的指导原则和对落井后钢丝及工具串的处理程序,并给出了钢丝形成"鸟窝"后的打捞技术指导原则。应用实例表明,处理落井钢丝时,不能有效地分清楚井下事故特点就盲目处理是形成"鸟窝"的内因,而处理钢丝落井事故时所选工具不当或设备能力不够是形成"鸟窝"事故的外因。对于已经形成的钢丝"鸟窝",应在仔细分析井下落物情况的基础上,有针对性地制定打捞方案并选择合适的工具和设备,仍然可以成功处理钢丝"鸟窝"事故。     

非亲磁型放射源落井打捞技术

放射性测井作业过程中,不慎将放射源意外落井,因落井放射源外观形状较小,密度较大,源壳又无亲磁性,加之该井完钻深,又属定向裸眼井,类似案例处理方法寥寥无几。针对井的特殊性及落井放射源的特殊结构,按照落井放射源在井筒不同井段的存在方式,提出了3种打捞思路并发明了打捞工具,最终将落井放射源成功捞出。     

CC1深探井打捞作业分析

ＣＣ１科学探索井最大钻深５２８５．８６ｍ，下钻划眼至井深５０５３．１６ｍ时发生钻具落井事故。用ＺＪ４５钻机一次性成功地打捞起长达５０４３．１６ｍ的多段落井钻具，属国内首次。文中较为详细地介绍了该井打捞作业难点、钻具事故处理程序、打捞工具，分析了钻具事故原因。这次事故的处理成功挽回了８７万元经济损失，为该井下步钻探提供了保证。     

钻柱涡动理论研究的必由之路——钻井液动力润滑学与钻柱动力学相结合

浸泡在钻井液内的旋转受压钻柱,在屈曲和涡动的作用下,容易发生疲劳断裂和使井眼倾斜。对此现象业界已进行了较深入的研究,但还有一些问题没有解决,如随着井斜角的增加涡动现象减小直至消失的原因、屈曲后的钻柱是否一定与井壁接触、钻柱表面与井壁间是否存在滑动及滑动的影响因素、钻柱的稳定性和偏心率随转速的变化规律等。为了寻求上述问题的研究方法,在介绍钻柱的正弦屈曲和螺旋屈曲、旋转钻柱的最大涡动角速度、旋转钻柱与钻井液的相互作用、旋转钻柱与井壁的碰撞和涡动4方面的研究进展基础上,分析了这些研究方法中存在的问题,提出钻井液动力润滑学与钻柱动力学相结合是钻柱涡动理论研究的必然。     

定向井滑动钻进送钻原理与技术

定向井和水平井钻进经常采用滑动钻进方式。地面间歇向井内送入钻杆是如何转化成井下钻柱对钻头的推进的？如何减小钻柱与井壁的滑动摩擦力给钻压带来的误差？现有的滑动钻进送钻技术各有什么优缺点？这些都是业界关心的问题。为此,把钻具送到井底并加上钻压,暂停地面送钻操作的工况作为研究区间,分析了井底的钻柱弹性、水力振荡器和液力推进器3种送钻原理。阐述了带井下动力的钻具组合、带水力振荡器的钻具组合和带液力推进器的钻具组合的滑动送钻技术,给出了地面钻进参数与井底钻进参数的关系。进而比较了3种送钻技术的特点：带井下动力的钻具组合在井底是依靠钻柱的弹性推动钻头前进;带水力振荡器的钻具组合依靠其产生的水力振动来降低钻柱与井壁间的滑动摩擦力,改善钻压传递效率;带液力推进器的钻具组合在其工作钻压区间,依靠活塞推动钻头前进。结论认为,带液力推进器的钻具组合滑动送钻技术最优,钻压可调、平稳,液力推进器可串联使用,钻进时可以活动上部钻柱。     

顺北一区小井眼超深井井筒温度场特征研究与应用

顺北一区小井眼超深井井筒温度高,部分井超过国内现有测量仪器抗温能力,易引起测量仪器探管烧毁和无信号等问题.为此,建立了井筒瞬态温度场数学模型,分析了不同参数下的井筒温度场剖面特征,提出了"临界温度井深"概念.基于此概念,为了降低井底循环温度,使临界温度井深下移并到达井底,对钻井液的流变性、热属性、排量、入口温度及钻柱热...     

侧钻水平井钻柱摩阻力分析

建立了考虑井壁弹性及钻柱接头影响的侧钻水平井钻柱摩阻力模型,给出了受弹性井壁约束钻柱的三弯矩方程及其数值解法;数值计算表明钻压、井身曲率、地基弹性、钻柱刚度、长度、钻柱与井壁间摩擦系数等因素都影响摩阻力的大小及分布,对于侧钻水平井而言,井身曲率的影响更为显著;该方法可适用中短半径水平井的摩阻力分析,供实际钻井作业参考。     

摩阻扭矩装置钻柱稳定性分析及可视化应用

钻进过程中钻柱的非线性屈曲影响着摩阻扭矩试验装置的安全和平稳运行。针对现有的水平井摩阻扭矩试验装置,基于动力学软件ADAMS,结合力平衡理论和相似理论,建立了与真实试验装置具有一致钻井参数的水平井段钻柱-井壁动态非线性接触模型。研究了不同钻压下钻柱在井筒中的运动状态与钻柱系统各测点的偏移量,通过分析得到钻柱屈曲的临界预警钻压为29 N,进一步保证了装置的安全运行,提高了钻柱摩阻扭矩装置的试验效率。另因钻柱系统在井筒中的钻进过程难以观测,结合仿真结果,基于Keyshot软件重现了井下钻具组合钻进过程,实现了井下钻柱系统工作状态的可视化。在试验和理论相互补充、支撑的同时便于利用该装置针对钻柱摩阻扭矩开展更深层次的研究。     

考虑非牛顿流体螺旋流动的钻井井筒温度场研究

准确了解钻井过程中井筒温度及其变化规律对于安全、高效钻井具有重要的意义。根据热力学第一定律及传热理论,建立了完整的钻井循环过程中温度场数学模型,分析了井筒中非牛顿流体螺旋流动的传热机理以及水力学能量和机械能量对井筒温度场的影响规律,对高温高压循环当量密度计算和井筒温度控制方法进行了初步探讨。模型计算结果与现场试验数据吻合较好。由数值模拟结果得出:在井深2 000.00 m处,钻柱转速从0 r/min升至200 r/min时该处温度升高4.5 ℃;在井深5 000.00 m处,钻柱转速从0 r/min升至200 r/min时该处温度升高7.8 ℃。研究结果表明,井底温度随钻柱转速的增加呈指数增长,随着井深的增加,钻柱旋转对井底温度的影响更加明显。建立的温度场模型可为高温高压地层钻井水力学设计和现场作业过程中的温度控制提供理论参考。      

钻柱动力学研究及监控技术新进展

钻柱是石油钻井中用量大、质量要求高的管材，长期处在充满钻井液的狭长井眼里，受力情况非常复杂。每年国内外部会发生大量钻柱失效事故，造成重大经济损失。在国内外钻柱失效研究方法分析的基础上，阐明了国内外钻柱失效研究方法的区别，指出了钻柱动力学研究的重要性，较详细地叙述了国内外钻柱动力学研究及应用方面的最新进展，重点介绍了Baker Hughes INTEQ公司在钻柱动力学特性监测方面的研究成果及钻柱动力学特性监控方法，指出了国内钻柱动力学研究的重点。     

油气井管柱冲击动力问题研究概况和发展趋势

钻采作业中经常遇到管柱冲击动力问题。具体工况包括：①射孔和爆炸松扣解卡时,炸药爆炸引发的管柱冲击振动;②用震击器解卡时,突然泄流和震击力引发的管柱冲击振动;③钻柱、套管柱、油管柱、抽油杆柱断脱或刹车不灵或操作失误,导致管柱沿井筒向下滑落冲击井底或泵阀,以及管柱下放时突然遇阻的情况。对文献的相关研究进展进行了评述,并介绍了油气井管柱力学三原理、油气井管柱动力学基本方程、油气井管柱的屈曲和拉力扭矩分析、钻柱动力学、直杆和薄壁管在轴向冲击作用下的应力和变形、以及有限元力学仿真的研究进展;最后,对管柱冲击动力研究的力学模型、数学模型、求解方法和预期结果等提出了建议。     

大位移井钻柱振动规律研究与应用

在大位移井钻井工程中钻柱受着各种振动，当各种振动共振时，钻柱承受着非常大的动载，很容易受损，同时，钻柱的振动影响着井壁的稳定，严重威胁着井下的作业安全。以大位移井近井底的钻柱为研究对象，分析了钻柱振动行为所遵循的规律。采用线性分析法，获得了大位移井钻柱横向振动和扭转振动的频谱方程。同时获得了钻柱各种共振频率的分布。经分析表明：大位移井钻柱的横向振动和扭转振动的共振频率与实际钻井转速非常接近，应合理选择转速以减小钻柱共振的发生。文章的分析研究为大位移井钻柱动态行为的研究提供了理论依据。     

钻柱拉力扭矩模型在侧钻水平井中的应用

在油气井作业中,由于钻柱和井壁接触所产生的轴向阻力和扭矩损失对钻井和修井作业均有很大的影响，甚至成为作业成败的关键。钻柱的拉力和扭矩分析是水平井和大位移井设计和施工的重要内容。为此，介绍了钻柱拉力扭矩分析的数学模型、钻柱稳定性判别方法和屈曲后的附加压力和附加应力的钻柱强度校核方法。对钻进过程中的G104-5CP12侧钻水平井钻柱的各种运动状态进行了力学分析。计算表明，在正常施工过程中钻柱一直处于稳定状态，具有比较大的安全系数。