钻柱拉力—扭矩模型述评

为加深对钻柱摩阻问题的研究,约翰西克、莱萨哲、何华山、杨姝和李子丰先后建立了5种钻柱拉力—扭矩模型。通过分析对比,认为李子丰模型是目前较完善的钻柱拉力—扭矩模型,适用于一切钻井过程中钻柱、套管柱稳态拉力和扭矩的计算,且具有较高精度。     

气体钻水平井的钻柱振动分析

在水平井的钻井过程中,钻柱处于复杂的运动状态,振动是一种常见的现象,钻柱的共振是引发钻柱失效的主要原因之一。气体钻井过程中钻柱的动态响应很大,容易失效。以气体钻水平井的钻柱为研究对象,利用ANSYS软件分析了钻柱的轴向振动、横向振动、扭转振动及耦合振动,建立了钻柱各种振动的模型;通过实例分析获得了钻柱振动的规律,得到了水平井钻井过程中钻柱各种共振频率。该项研究为减少水平井钻具受损、优化钻井参数、避免钻柱共振提供了可靠的理论依据。     

侧钻水平井钻柱与井眼的相容性研究

套管内侧钻水平井由于井眼曲率比较大,钻具与井眼环空间隙较小,要求下部钻具不仅有较高的造斜率,而且环空的间隙尽量大,以提高钻井液的携岩能力,需要在套管内下人弯螺杆钻具组合,由于弯螺杆钻具初始弯曲较大,而套管内径较小,因此,钻柱与井眼的相容性是侧钻水平井钻井的关键技术之一。在实际的侧钻水平井钻井作业中,为了避免和预防因为下部钻具组合与井眼不相容而造成的下钻遇阻甚至卡钻事故的发生,需要研究钻具与井眼之间的相容性,以指导施工中钻具组合的正确设计、评价以及合理使用各种钻具组合、减少阻卡的可能性。为此,讨论了侧钻水平井钻柱与井眼之间相容性的主要影响因素及变化规律,并针对大港油田侧钻水平井的实际情况提出了改善钻柱与井眼相容性的方法和措施。     

侧钻水平井钻柱动力学分析及应用

以侧钻水平井中的整体钻柱为研究对象,建立了侧钻水平井钻柱三维动力学分析模型。采用三维动力有限元理论,建立了描述空间内的钻柱振动的动力学方程。用PASCAL语言编制了 1套侧钻水平井钻柱振动分析及疲劳极限应力分析的软件,通过对大庆所钻的第 1口侧钻水平井高 16 0 -侧平 38井设计井身和实测井身数据对应的疲劳强度及响应内力的计算结果表明,该分析具有工程实用价值,对大庆及其它油田的侧钻井技术的开展具有一定的指导意义。     

水平井钻柱动力学研究进展

水平井钻柱动力学是水平钻井工程的重要理论基础.通过水平井钻柱动力学分析可以很好地了解水平井钻柱的运动状态,科学地预测和控制井眼轨迹,揭示钻柱失效的动力学机理.就目前国内外水平井钻柱动力学研究现状进行了分析研究.综合研究表明,目前水平井钻柱动力学理论研究较欠缺,已滞后于实际工程应用,研究的内容也侧重钻柱动力学的某一方面.指出了今后水平井钻柱动力学研究的方向,提出了用全井钻柱系统动力学模型来研究水平井钻柱动力学.     

水平井钻柱悬重视规律解析分析

对水平井起下钻过程中的钻柱悬重规律进行了理论研究了建立钻柱拉力微分方程，并经过严密的数学推导得到了钻柱悬重的解析解，该解析解简便实用，可用于预测和计算水平井的起下钻悬重规律。文中采用这些公式对长庆油田塞平－１水平井所用典型钻柱结构的悬重规律进行了理论计算，计算结果与实测数据较吻合，验证了本文理论模型的合理性。     

扭矩和边界约束对水平井钻柱静力分岔的影响

分析了轴向力和扭矩对钻柱弯曲变形的影响,推导出在井孔约束下水平井段钻柱的非线性静力分岔微分方程。采用Galerkin方法对其简化形式的研究表明,在钻井工程中,水平井段钻柱的静力分岔主要取决于钻压和井孔尺寸,扭矩产生的影响可以忽略。在不计扭矩情况下,用解析法求得的两端铰支模型钻柱的临界钻压与用能量法得到的结果相同。对铰-固模型钻柱静力分岔的研究表明,当钻柱屈曲后形成的半波数达到4以上时,两种模型计算的临界钻压差别很小。因此,对水平井段较长的钻柱可用比较简单的两端铰支模型计算其临界钻压。     

短半径水平井钻柱强度和应力计算

短半径水平井中钻柱的受力和强度计算问题是一几何非线性和边界非线性相互耦合的双重非线性问题，推导了非线性梁单元的力与位移的关系，建立了空间梁单元切线刚度矩阵的精确表达式，给出了结合随动坐标系（Corotation)对短半径水平井钻柱的受力进行非线性有限元分析的步骤。实例计算分析了一口实钻短半径水平井，结果表明本文提出的方法是可行。     

侧钻水平井钻柱动力学几个关键问题研究

通过对实际钻井经验总结和钻柱动力学研究现状分析,认为反转运动是钻柱疲劳失效的一个主要原因,侧钻水平井钻柱的反转运动尤其需要进一步研究.钻柱的接触摩擦影响到井身剖面、钻柱及下部钻具组合的优化设计.目前对钻柱动态摩阻和大变形后摩阻问题研究不足,井眼中固体、流体耦合关联,钻井液阻尼对钻柱动态影响不能忽略,钻柱内钻井液可处理为附加质量,但外部钻井液则应考虑为阻尼.为了实现依据钻柱动力学的井眼轨迹控制,应特别重视钻柱振动特性与钻头受力状况的相互影响.     

大港油田侧钻井完井方式研究

侧钻井技术是降低油田开发成本、挖掘老油田剩余油潜力、提高采收率、恢复长期关停的报废井、低效井等生产能力、提高油田经济效益的有利途径.一口井完井方式的合理与否,直接关系到今后的开发开采能否顺利进行.具体的完井方式必须与储层地质特性相适应.在大港油田实施的侧钻井中,储层普遍埋藏浅、压实程度低、胶结疏松、生产时容易出砂.把油藏是否出砂、井壁稳定与否、储层是否单一作为完井方式选择的主要依据.文章根据大港油田的具体情况,提出了确定完井方式的分析方法,并结合实际情况进行了现场的应用分析.     

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。     

哈萨克斯坦北布扎奇油田侧钻短半径水平井钻完井技术

应用套管开窗侧钻短半径水平井技术对老井进行改造,可有效开发老井未受控面积内的储油和死角残余油,恢复并提高单井产量和最终采收率。2004-2005年CNPC在哈萨克斯坦北布扎奇油田浅层稠油油藏成功实施NB31、NB30两口套管开窗侧钻短半径水平井,投产后均获得高产能。针对这2口侧钻短半径水平井,从井身结构优化、剖面优选、套管开窗工艺、浅稠油层高造斜率的实现、大弯角螺杆钻具与井口的相容性分析、短半径水平井套管柱下入摩阻分析及完井工艺等几方面进行了介绍,为今后该项技术在北布扎奇油田及国内油田的推广应用提供了经验。     

老井开窗侧钻水平井的尝试

本文介绍了老井开窗侧钻水平井的国外发展简况和国内的实施情况；根据大港油田集团公司１９９７年“九五”科研攻关项目所实施的第一口在φ１３９．７油层套管内开窗侧钻的小眼井、中曲率半径水平井官５０－９ＫＨ的实际施工情况，介绍了定向井技术在侧钻水平井中的应用，总结了侧钻水平井施工施工中注意的问题和对复杂情况的处理办法，对现场施工具有一定的指导意义。     

钻柱动力学研究及应用进展

石油钻井钻柱是石油工业中用量大、质量要求高的管材，处在充满钻井液的狭长井眼里工作，受力情况非常复杂。每年国内外都会发生大量钻柱失效事故，造成重大经济损失。在钻柱失效调研分析的基础上，阐明了钻柱失效的主要原因，指出了钻柱动力学研究的重要性，详述了国内外钻柱动力学研究的历史和最新进展，介绍了钻柱动力学研究的应用现状，分析了现存模型的优缺点和国内外研究的差距，总结了钻柱动力学的研究方法，强调了钻柱动力学研究急需解决的核心技术问题。现有钻具材质及结构条件下，减少钻柱疲劳破坏的最有效途径是根据钻柱的动态应力特征，优化钻柱结构和工作参数，使钻柱尽可能在低动态应力水平下工作。     

大港油田水平井完井方法的研究

大港油田女MH-1长半径水平井为尾管射孔完成,官H1中半径水平井为套管射孔完成,官H2短半径水平井为割缝与不割缝筛管加管外封隔器完成。通过实践,总结分析了水平井完井方法的特点,并对今后水平井完井方法选择进行了探讨。     

导向钻井系统在多目标大井斜定向井中的应用

详细介绍了C-D井在钻进过程中井眼轨迹的控制过程,总结了在C-D井中使用导向钻井系统的成功经验。用1根导向马达、2套钻具组合、3只牙轮钻头顺利地完成了定向、增斜、稳斜及降斜,7个目标点一次击中,且最小靶心距仅0.99m。用15d完成了这口斜深2287.09m、井斜58.40°、水平位移903.11m的多目标定向井,钻穿目标点之多、实钻井眼剖面符合率之高、施工难度之大、速度之快,在目前国内都处于领先地位。     

非线性有限元在水平井中的应用

在钻探水平井尤其是大位移水平井中,事先较准确地预测出钻柱的钻进扭矩及钻头前进的方向,是取得水平井成功的关键条件之一.文中探讨了非线性有限元在预测水平井钻井中的钻柱扭矩及钻头前进方向方面的应用.利用有限元理论,着重分析了水平井实际钻进中的钻柱大变形非线性及钻柱与井壁的接触非线性问题,导出了一套非线性有限元钻柱力学模式,在此基础上编制了一套非线性力学计算程序软件,并在海洋石油南海西部石油公司一个钻井平台水平井钻井进行了5口井的实际验证,获得了一些带启迪性的结论.     

直井中钻柱非线性螺旋屈曲准静态加载模型研究

采用有限元法对直井中钻柱非线性螺旋屈曲准静态加载模型的控制微分方程进行了求解，对钻柱螺旋屈曲准静态加载模型的合理性进行了理论验证，证明了钻柱螺旋屈曲准静态加载问题和特征值问题，力学模型中考虑了钻柱的重力，摒弃了传统分析中的小位移假设。研究表明，钻柱的螺旋屈曲过程是一个稳定的加载过程；钻柱屈曲位移的幅值随轴向载荷的增大而增大；钻柱的屈曲位移、弯矩和井壁约束力线密度都呈周期性变化；将钻柱的螺旋屈曲问题作为一个准静态加载问题来分析是合理的；采用准静态加载模型计算得到的钻柱初始失稳载荷与钻柱正弦屈曲线性特征值问题的分析结果吻合。     

官H2短半径水平井钻井技术

介绍了目前国内陆上第一口短半径水平井的设计与施工情况。总结了该井利用国产动力钻具进行水平段作业的成功经验。探讨了短半径水平井井眼轨迹控制和钻压传递问题，提出了减小井下扭矩和摩阻等对策建议，列举了短半径水平井钻井技术成果，对我国同类井设计与施工具有指导意义。