井眼间隙对下部钻具组合横向振动的影响

将下部钻具组合看成钻头处铰支的细长梁，同时考虑井眼间隙与钻压波动对下部钻具组合的作用，应用有限单元法建立下部钻具组合的动力学基本方程，采用数值模拟的方法得到下部钻具组合动态响应，并进行频谱分析。对不同井眼间隙时的下部钻具组合的横向振动数值模拟结果表明，振动幅值随稳定器与井壁之间间隙增大而增大。并且可能存在稳定器与井壁之间的间隙的临界值，当达到该临界值时，钻具组合的振动剧烈。     

下部钻具刚度与井眼相容性分析

本文讨论了水平井钻井作业中螺杆钻具与井眼的相容性问题和带稳定器旋转钻下部钻具组合与井眼相容性问题，并在文章最后给出了五条结论。     

YBZW遥控变径钻井稳定器结构原理及应用研究

YBZW遥控变径钻井稳定器可实现井下稳定器外径的遥控可调,从而实现不需起下钻就可调整钻具组合的目的,满足不同钻井作业的需要,大大减少了钻井作业辅助时间,提高钻井效率,降低钻井成本.详细介绍了该稳定器的结构、工作原理及主要技术参数,给出了由其组成的常用钻具组合.     

钟摆钻具组合非线性屈曲的有限元分析

钟摆钻真组合是一种应用较为广泛的防斜技术。文章采用有限元分析软件ANSYS首先建立了钻柱的非线性屈曲有限元分析模型,确定了加载条件。通过对大、小两种钟摆钻具组合的实例计算,确定了以钻压、转速为代表的钻井参数对钻柱屈曲后最大挠度的影响.计算结果表明,影响下部钻柱屈曲的因素较复杂,除钻压外,转速的影响也是一个重要因素。本研究成果为合理选取钻井参数,优化钟摆钻具组合降斜能力提供了理论依据。     

空气锤钻具组合稳定性动力学因素分析及优化

空气锤钻井过程中由于活塞轴向冲击锤头进行破岩工作,钻柱会产生轴向振动,其中下部钻铤振动常发生以钻铤螺纹断裂为主的失效故障。文章以某井空气锤钻井钻具组合及钻井参数为例,通过有限元法,建立了空气锤钻井全井段钻柱动力学模型,从动力学出发研究下部钻具组合动力学特性,优化空气锤气体钻井钻具组合。研究结果表明：空气锤钻井主要影响下部300 m钻柱,在冲击振动弯扭共同作用下,钻铤螺纹容易产生疲劳失效,模拟结果与现场失效　情况相符。优化方案为KQC275空气锤钻井过程中上部接Ø279. 4 mm 钻铤,此时钻柱系统轴向振动最小,全井段钻柱动态钻进稳定性好,对现场空气锤钻井钻具组合方案进行了优化,预防了钻柱失效。该研究对空气锤钻井钻柱动力学行为有了明确认知以及提供了钻柱振动失效预防措施     

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斜井旋转钻进中,井斜控制主要由稳定器与钻铤组成的增斜、降斜、稳斜钻具来实施。文中通过下部钻具力学分析,应用近期研制的“井下稳定器安放位置调节器”组配的钻具组合,在正常钻井时,稳定器到钻头距离保持不变,钻具井斜性能相对稳定;停钻后,通过地面调整泵压或钻压来改变调节器伸缩量,使井下稳定器到钻头距离和钻具井斜性能发生变化。经现场应用表明,这种调节器能够由地面简单操作改变井下稳定器的安放位置和钻具井斜性能,避免起下钻重新组配钻具组合,可实现斜井旋转钻时的井斜连续控制。     

旋转导向钻井偏心稳定器横向振动研究

旋转导向钻井偏心稳定器横向振动研究是国家863“可控(闭环)三维轨迹钻井技术”课题研究的部分内容。选取偏心稳定器的心轴作为研究对象,以偏心稳定器心轴连续梁系统的横向振动模型受力分析为基础,根据课题研究中所设计的心轴结构形式,建立了与实际情况较为接近的三铰支点的连续梁系统横向振动方程;并分析了偏心稳定器横向振动对钻井工具和钻具系统的影响,为合理进行心轴设计以及偏心稳定器样机在现场的正确使用和钻井参数的合理选择,提供了科学的理论依据和实用的计算方法。计算实例表明,当钻压范围选择在80~250kN时,215.9mm井眼钻进中的确存在19~20、61~63、162~163r/min前三阶横向共振转速区间,因此在选择钻井参数时应通过钻压与转速的配合,尽可能避开横向共振转速,以保证下部钻具组合系统及作业安全。     

单稳定器组合气体钻水平段轨迹控制效果分析

针对气体钻水平井技术存在的问题,以单稳定器钻具组合结合转盘钻进方式解决气体条件下的水平段稳斜钻进问题,结合现场试验进行理论模拟分析,为该技术的进一步研究奠定了基础。依据现场试验条件,应用纵横弯曲连续梁理论,分析了单稳定器组合气体钻水平段时,稳定器位置、稳定器直径、井眼直径以及钻压参数等对井眼钻进趋势的影响。分析表明,在气体钻井条件下,采用单稳定器钻具组合钻进水平段,稳定器位置及直径、钻压以及井眼扩大率等是影响井眼轨迹控制的敏感参数。在现有技术装备条件下,采用单稳定器钻具组合实施气体钻水平段可以实现井眼轨迹的有效控制。针对具体应用条件下的钻具组合钻进趋势模拟分析是有效应用这一技术的基础。     

气体钻井双稳定器钟摆钻具的模拟仿真分析

针对气体钻直井的井斜控制问题,设计了一套气体钻井专用稳定器,用有限元仿真软件对气体钻井专用双稳定器钟摆钻具的力学特性进行模拟分析。从钻具本身的结构参数、井眼参数以及钻井参数等方面考虑,分别讨论了上下稳定器间距、下稳定器与钻头的距离、钻压、井斜角以及上下稳定器尺寸与钻具钟摆力的关系,分析了各个参数对钻具钟摆力的影响程度。计算结果与相同条件下纵横弯曲梁理论得出的结果相对比,两者基本吻合。通过分析可知,使用该专用稳定器的钟摆钻具组合在用气体钻井时具有较强的防斜纠斜能力,能够有效地控制气体钻井井斜问题。     

垂直钻井系统配合单稳定器力学性能研究

国内外研发的垂直钻井系统在防斜快速钻进过程中表现出良好的优越性,在高陡构造地层得到了越来越广泛的应用。在充分调研垂直钻井系统配合单稳定器钻具组合的结构特征和工作原理的基础上,应用三弯矩方法建立了垂直钻井系统配合单稳定器钻具组合的力学模型,推导出钻头侧向力和钻头转角的计算公式,编制了计算程序,采用宣页1井的现场施工数据进行数值求解,分析了垂直钻井系统导向块与稳定器配合位置、井斜角、井眼扩大率、钻井液密度、稳定器外径、钻压、井眼曲率等因素对垂直钻井系统配合单稳定器钻具组合造斜特性的影响规律,并以井斜趋势角为衡量参数,讨论了主动力与最大钻压的关系。     

长庆油田短靶前距水平井钻井关键技术

短靶前距水平井钻井技术在井眼轨道优化设计、下部钻具组合造斜能力预测等方面存在着难以准确预测最大造斜率和恒定曲率等技术难点。针对这些难点进行了分析,明确关键技术攻关方向为井眼轨道设计中靶前距与造斜率对摩阻扭矩的影响分析及下部钻具组合造斜能力预测方法的优选,提出了短靶前距水平井井眼轨道设计的主要思路,即采用单增剖面,考虑稳定器与结构弯角、井眼扩径、钻压等因素建立了基于平恒曲率法的下部钻具组合造斜能力预测方法,结合实例,论证了上述关键技术的可行性,证明所建立的预测方法能够有效地指导实钻条件下对下部钻具组合造斜能力的要求。     

遥控变径稳定器在胜利油田钻井中的应用

详细介绍了遥控变径稳定器的结构、工作原理、技术特点和主要技术参数,以辛100-斜49井和梁20-29井为例介绍了遥控变径稳定器在胜利油田钻井中的应用情况。现场应用表明,遥控变径稳定器实现了井下稳定器外径的遥控可调,从而不需起下钻就可调整钻具组合,能满足不同钻井作业的需要,大大减少钻井作业辅助时间,提高钻井效率,降低钻井成本,并且遥控变径稳定器变径自如可靠,操作简单,使用方便。同时还解决了由于使用常规稳定器造成的卡钻、起下钻中遇阻卡和＂拔活塞＂的问题。     

顺北油气田超深高温水平井井眼轨迹控制技术

顺北油气田储层埋藏深、井底温度和压力高,导致MWD仪器故障率高,超深高温水平井下部高温井段有时无MWD仪器可用,井眼轨迹控制难度较大。为了降低该油气田超深高温水平井轨迹控制难度并提高钻井效率,对水平井井眼轨道设计与井眼轨迹控制进行一体化规划,将顺北油气田超深高温水平井井眼轨道设计成造斜率“前高后低”的多圆弧轨道,优化钻具组合和钻进参数;对于下部无MWD仪器可用的高温井段,采用单弯单稳定器螺杆钻具组合进行复合钻进,以控制井眼轨迹。研究和应用结果表明,采用单弯单稳定器螺杆钻具组合进行复合钻进,根据复合钻进井斜角变化率预测结果优化钻具组合和钻进参数,可以解决顺北油气田超深高温水平井下部高温井段无法应用MWD控制井眼轨迹的问题,降低井眼轨迹控制难度,提高钻井效率。     

反钟摆防斜打快技术在江苏油田的应用

江苏油田属于复杂小断块油田,在直井段存在打不直、机械钻速慢的现象。常规钟摆钻具组合以牺牲钻井速度和钻井效益为代价来防斜。介绍反钟摆钻具组合防斜打快机理及其钻柱受力分析的影响因素,反钟摆钻具组合受稳定器位置和尺寸的影响。通过江苏油田现场应用情况分析,并与同一区块邻井相同井段没有使用该钻具组合的钻进效果情况对比,实践表明,反钟摆钻具组合解决了防斜打快的瓶颈问题,由于解放了钻压,充分发挥钻头的攻击性,提高了作业效率,缩短钻井周期,使钻直与钻快统一起来。对控制井斜,提高井身质量具有一定的指导意义。     

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本文采用有限单元法对下部钻柱静态力学性能进行了分析研究，讨论了静态条件下稳定器位置，井眼变化率，钻挺刚度等对钻头侧向力及其转角的影响。为现场更好地选取钻具组合和确定钻井参数提供了理论依据，为油田的定向井实践所验证。     

气体钻井钟摆钻具组合的有限元分析法

在现行的钟摆钻具设计过程中,将第一个稳定器及其以下钻铤简化为简支梁进行计算。常规钻井液钻井时,钻压常远远大于稳定器以下钻铤浮重,忽略钻柱自身重力对轴向力的影响;而气体钻井时,钻压小,钻铤浮重大,此时钻铤自身重力的影响不得不考虑。以管单元模拟钻具的物理及几何特性,以间隙单元模拟钻具与井壁接触,采用有限元法,对气体钻井过程中下部钻具组合受力及变形进行了动态数值模拟,对单稳定器及双稳定器钟摆钻具组合进行了分析。该有限元模型不仅考虑了钻铤自身重力的影响,而且考虑了钻铤自转对其变形的影响,为钻柱力学分析提供了一种有效的手段,也为气体钻井防斜打直提供了理论依据。     

井下稳定器安放位置调节器的研制与应用

井下稳定器安放位置调节器是斜井旋转钻井时实施井斜连续控制的专用工具, 安装在钻头与钻铤之间。正常钻进时, 稳定器至钻头的距离保持不变, 钻具造斜性能相对稳定; 停钻后,通过调整泵压可使稳定器至钻头的距离变长, 也可通过调整钻压使稳定器至钻头的距离缩短, 此伸缩值可由井口测出。现场应用情况表明, 这种调节器能够由地面简单操作改变井下稳定器的安放位置, 使下部钻具结构和造斜性能发生变化, 从而实现井斜连续控制, 避免了反复起下钻和重新组配钻具组合, 具有良好的推广应用前景。     

扩眼型稳定器的设计及防斜性能分析

直井钻井过程中的井斜问题一直没有较好的解决,传统的方法效率低下,而先进的自动垂钻工具成本又过高。对双稳钻具组合的力学性能进行了分析,通过设计具有切削功能的扩眼稳定器,并优化各稳定器的位置,提出了带有扩眼稳定器的双稳防斜钻具组合。经过试验测试,设计的扩眼稳定器在扩眼钻进过程中运行良好。理论分析表明,这种由小钻头、扩眼稳定器以及普通稳定器组成的扩眼稳定器防斜组合利用弯矩降斜原理,可以产生比常规钟摆钻具组合大数倍的降斜力,因此可以在较大钻压下达到防斜打快的目的。     

小间隙套管程序使用的底部钻具组合

减小分层套管柱之间的间隙能有效降低钻井成本。在海上深井钻井作业中 ,为维持表层套管和防喷器足够的额定压力 ,需要使用小间隙套管程序。小间隙套管程序采用的井底钻具组合主要有随钻扩眼器和可膨胀稳定器。详细介绍了新型随钻扩眼器和可膨胀稳定器的结构特点 ,并重点阐述了随钻扩眼器上反向喷嘴的功能。最后用实例说明了随钻扩眼器及可膨胀稳定器在墨西哥湾的应用情况 ,指出这种井底钻具组合的成功应用将促进小间隙套管程序的推广使用     

φ215mm双级变径稳定器试验研究

常规钻具在改变钻具组合特性时要频繁起钻来更换稳定器,作业周期长,效率低,同时也增大了起下钻遇阻卡的风险。研制的φ215mm双级变径稳定器,可在地面通过开停泵遥控其外径进行两级交替变化,改变钻具组合特性,不需要起钻具,提高了钻井效率,降低钻具遇阻卡的风险。现场试验表明,双级变径稳定器变径动作可靠,变径状态压差信号显示清楚,试验取得了阶段性成功。