预弯曲动力学防斜打快钻具组合动力学模型

建立了预弯曲动力学防斜打快钻具组合的动力学模型,对其动力学特性进行的仿真研究。结果表明,这种模型可以较好地反映出钻具组合在井下的涡动轨迹、涡动速度和涡动方向,同时能近似地计算出这种钻具组合的动态相对防斜力大小。钻具组合的涡动使得钻头对下井壁的动态侧向冲击力明显大于对上井壁的动态冲击力,从而使钻头具有较大的动态防斜力。通过合理设计结构参数和施工参数,可以有效地改善预弯曲动力学防斜打快钻具组合的涡动特征,从而使这种钻具组合具有较好的防斜效果。预弯曲动力学防斜打快技术的使用钻压比钟摆极限钻压提高50%以上,相应地提高了机械钻速。     

预弯曲动力学防斜快钻技术的试验研究

预弯曲动力学防斜打快钻井技术主要利用预弯曲动力学防斜打快钻具组合在井眼中的涡动特征，在钻头上形成一个远大于钟摆降斜力的防斜力，从而使井眼保持垂直。预弯曲动力学防斜打快钻具组合是一种带预弯曲结构的特种钻具组合，钻进时，其在井眼内形成特定的涡动轨迹，引起钻具组合以较大的不平衡几率向下井壁方向振动，从而实现向下井壁的冲击力。常规钟摆和满眼钻具组合的工作原理都是力求钻具组合发生尽可能小的变形，减小钻具组合因变形引起的增斜力。预弯曲动力学防斜打快钻具组合在胜利油田史138-6井进行的试验表明，这种方法具有很好的防斜打快效果。与邻井常规钟摆钻具组合相比，这种钻具组合的钻压提高50％以上，机械钻速则提高120％。文中给出了钻压和转速对预弯曲动力学防斜打快钻具组合防斜力的影响规律。     

预弯曲动力学防斜打快技术初探

防斜打直技术应该朝着防斜打快方向发展,为此,提出了一种新型的防斜打快方法——预弯曲动力学防斜打快技术,并利用专用软件系统SABHA对带有单弯螺杆钻具的滑动导向钻具组合在小井斜井眼中复合钻井时的导向力进行了仿真计算.结果表明,这种导向力具有明显的降斜特征,并远远大于钟摆力.现场试验进一步证实了这种方法的有效性.文中给出了复合钻井导向力计算方法和现场试验的有关数据.     

常规钻具组合防斜打快钻压优选与应用

对于常规钻具组合防斜打快,目前国内主要采用轻压吊打和大钻压预弯曲被动防斜技术来实现复杂地层井斜的有效控制。然而较低的钻压导致机械钻速低,大钻压预弯曲技术使钻柱容易失稳而导致井下复杂,因此如何平衡防斜打直、机械钻速、钻柱失稳三者间的关系,合理选取钻压是常规钻具防斜打快的关键。为此,基于纵横弯曲梁及管柱弯曲理论,充分考虑地层造斜力对井斜的影响,以钻头综合作用力最小为准则,建立了常规钻具组合直井防斜打快钻压的优选模型,编制了计算机程序,并以伊拉克米桑油田BUCS-44H井为例,开展了现场试验。结果表明:不同倾斜程度的地层具有不同的钻压适用范围,在高陡构造中使用降斜特性较强的钻具,并在钻柱预弯曲的条件下,施加大钻压钻进可以平衡机械钻速与防斜打直间的矛盾;充分考虑地层造斜特性及钻具自身造斜特性选取的最优钻压,既能避免钻柱失稳,也能实现防斜打快,对现场井斜控制具有一定的指导意义。     

预弯曲动力学防斜技术在空气钻井中的应用

针对高陡构造地层自然造斜能力强、空气钻井井斜控制难度大的难题,文章基于空气钻井条件下的钻具组合动力学特征研究,将预弯曲动力学防斜技术应用于空气钻井中,利用带预弯曲结构的特种钻具组合空气钻井时在井眼内形成特定的涡动轨迹,引起钻具组合的统计质心向下井壁方向震动,从而实现向下井壁的冲击力。预弯曲防斜钻具组合在A井试验表明,该方法纠斜防斜效果明显,最大井斜仅1.14°,满足钻井设计要求,与邻井相比机械钻速提高了273%。     

“单弯双稳”钻具组合的受力分析与现场应用

为了提高机械钻速,降低钻井综合成本,现场常使用＂单弯双稳＂钻具组合防斜打快。利用纵横弯曲法对＂单弯双稳＂钻具组合进行了受力分析,研究了不同因素对＂单弯双稳＂钻具组合钻头侧向力的影响。结合＂单弯双稳＂钻具组合在江汉油田部分区块的成功应用,说明该钻具组合能够很好地控制井斜,有效地提高机械钻速。同时介绍了该钻具的应用实例,为其他油田选择合理的防斜打快钻具组合提供了依据。     

现代垂直钻井技术的新进展及发展方向

直井段的防斜打直、打快对于提高深探井、超深井及各种复杂结构井的机械钻速、保证井下安全具有重要的作用，而随着深井、超深井的不断增多，垂直钻井技术得到了快速的发展和应用。介绍了偏轴组合、偏心“刚柔”钻具组合、导向钻具、反钟摆钻具、预弯曲动力学等防斜打快技术的作用原理，重点介绍了VDS、PowerV及VertiTrak三种自动垂直钻井系统的结构组成、工作原理及现场应用情况，简单列举了其他自动垂直钻井系统，展望了现代垂直钻井技术的发展方向。     

新疆油田呼探1井随钻扩眼钻具组合优选与实践

准噶尔盆地南缘深探井属于山前构造,地层倾角大、油层埋深深,普遍采用五开非标井身结构设计.在四开井段的随钻扩眼施工时,需考虑钻具组合的防斜性能.采用纵横弯曲法对随钻扩眼钻具组合力学分析模型进行求解,以钻头侧向力和钻头转角为指标评价变井斜率大小.理论分析表明:双心钻头配合钟摆钻具组合能够在随钻扩眼中起到防斜打快效果,随着扶...     

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针对易斜地区防斜打快问题,文章提出了利用单弯螺杆钻具配合转盘钻进行井斜控制的下部钻具组合设计及使用方法。采用有限元分析方法，建立了这种下部钻具组合的力学模型，利用该模型定量分析了其控制井斜的力学特性，从理论上分析了这种下部钻具组合控制井斜的主要影响因素，为优化这种钻具组合和施工参数设计提供了理论依据。在新疆油田易斜地区应用实践表明，这种钻具组合可在小钻压、低转速条件下有效地控制井斜，提高机械钻速，且不会影响下部钻具组合的安全，为在易斜地区防斜打快提供了新的方法。     

预弯曲动力学井斜控制技术在长宁构造气体钻井中的应用

长宁构造韩家店～石牛栏层段岩性以砂岩、灰岩为主,研磨性较强,常规钻井钻速偏低,采用气体钻井提速存在井斜控制难题,运用预弯曲动力学井斜控制技术,仿真分析215. 9 mm井眼气体钻井条件下八种预弯钻具组合的钟摆力,优选出了适合该层段地质特点的预弯曲钟摆钻具组合,设计并加工了165. 1 mm-0. 75°预弯曲短接,在长宁构造Ha、Hb平台应用5井次,气体钻井井斜较常规钟摆钻具降低50%以上,井斜控制效果得到显著改善。     

预弯钟摆BHA在不同钻井介质中的动力学特征及其应用

带预弯结构的钟摆钻具组合（简称预弯钟摆BHA）既可适用于气体钻井,也适用于泥浆钻井,并在直井控斜、提速方面得到了较好的应用。但在不同钻井介质中,预弯钟摆BHA的应用效果体现出了较大的差异。从动力学角度出发研究钻井介质对预弯钟摆BHA力学特性的影响鲜有报道。通过研究钻井液附加质量引起的非线性惯性力及流体阻力特征,分析了气体钻井和泥浆钻井中预弯钟摆BHA动力学模型的差异。基于旋转Rayleigh梁模型,推导了预弯钟摆BHA钻头上的动态侧向力和动态轴向力,研究在不同钻井介质中预弯钟摆BHA的运动特征及受力特征,分析其对实际钻井的控斜、提速效果的影响,并研究了弯角大小对不同介质中预弯钟摆BHA的动力学特征的影响规律。结果表明,预弯钟摆BHA在不同钻井介质中的动态特征差异显著,气体钻井中的运动特征更为稳定,动态侧向力和轴向力较高;不同介质中的弯角影响规律有其各自的特点,在现场实际应用中,应根据需要进行合理的选择。     

阿北1井垂直钻井工具应用分析

为解决塔里木盆地两北地区二叠系地层底部-志留系地层采用常规钻具组合钻井时井斜严重及防斜与打快矛盾突出的难题,阿北1井进行了VTK垂直钻井系统防斜打快试验。VTK垂直钻井系统为一种闭环自动垂直钻井系统,在工作中可主动启动液压部件,通过1~2个肋板向井壁施加一定的作用力以对抗井斜趋势,以保持井眼按垂直方向钻进。现场试验结果表明:阿北1井应用VTK垂直钻井系统钻进深部易斜地层时,井斜角控制在0.14°~2.09°,大部分井段的井斜角小于1.00°;大部分试验井段(5 331.00~5 532.00和5 698.8~5 965.15 m)机械钻速可达2.34~1.17 m/h,与常规钟摆钻具组合相比,机械钻速提高17%~21%。这表明利用VTK垂直钻井系统基本可以解决塔里木盆地两北地区井斜控制困难及防斜与打快突出的难题,但为充分发挥VTK垂直钻井系统防斜打快的优势,需在钻头选型、钻井液性能优化及应对井下故障能力等方面进行进一步研究。      

元坝区块超深井钻井提速关键技术应用

元坝超深井提速受大尺寸井眼长、致密性硬地层多、同一裸眼井段压力体系多且差异大、深层地层高温、高压、高含硫等因素制约,机械钻速提高困难,钻井周期长。为此,对空气钻、个性化PDC钻头选型及井下工具、预弯曲钻具组合、钻井液体系等方面进行优化,形成了一套元坝区块超深井提速模板。现场应用表明,元坝701井通过空气钻和个性化PDC钻头实现陆相地层提速,在须家河组地层最高机械钻速达2.02 m/h。在易斜地层使用小度数螺杆的预弯曲钻具组合,相比常规钻具组合能更好释放钻压,在防斜和提速方面达到平衡。     

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。     

塔深1井超深井段弯螺杆钻具MWD定向纠斜技术

塔深1井五开从6800 m钻进到完钻井深8408 m,所钻油藏岩性以白云岩为主,岩性复杂,给井斜控制带来了极大困难,曾多次采用各种常规的防斜打直技术,都没有取得成功。后使用弯螺杆动力钻具MWD随钻测斜纠斜技术,通过控制钻压、螺杆弯度、工具面,定向与复合钻进来对井斜进行控制,用正确方法精心调整反扭角、选用抗高温高压MWD和动力钻具、下钻分段循环降温等措施克服了超深井段给工具使用带来的问题,有效地控制住了井斜,优质高效地完成了钻井任务。应用结果表明,MWD加弯螺杆动力钻具纠斜是一种高效、安全、简单实用的纠斜方法,不仅在井斜控制困难时有使用价值,在常规钻井中推广使用也能有效提高效率和控制井斜。     

深井底部钻具组合选型及防斜性能评价指标分析

基于纵横弯曲梁法和平衡趋势原理建立了深井底部钻具组合(BHA)的防斜性能评价方法,评价了3类典型BHA的防斜性能参数。结果表明: 地层是制约BHA垂直钻井能力的最主要因素,地层倾角可作为防斜钻具组合选型的首要参数。基于此,深井防斜钻具组合的优选应先根据地层特性初步选定BHA类型,然后根据钻头情况和现场施工需求进一步分析备选钻具组合的防斜性能,最终以防斜性能为指标优选实钻BHA。     

底部钻具组合力学特性模拟试验研究

底部钻具组合(BHA)的力学特性直接影响井身质量、钻井安全与钻速,因此,需要从理论和试验2个方面去研究BHA的力学特性,然而目前试验方面的研究很少。根据相似理论,利用底部钻柱力学装置,模拟研究了钻压和转速对井斜力、方位力、钻头合侧向力及其方向角的影响规律。结果表明:合侧向力随钻压的增大而增大,转速对合侧向力的影响较小;随钻压增大,井斜力增大,转速越大,井斜力越大;方位力随钻压增大而增大,转速对方位力的影响较小;合侧向力方向角随钻压增大而减小,随转速增大而增大。研究结果可为井斜控制机理研究和防斜打快提供理论依据。      

φ311mm自动垂直钻井系统在宣页1井的应用

宣页1井的地质构造具有地层倾角大、各向异性、可钻性差及自然造斜能力强等特点,采用多种传统防斜钻具组合钻进,依然无法较好地防止井斜。为此,研制了φ311 mm自动垂直钻井系统。该钻井系统包括稳定平台及防斜纠斜执行机构2部分,可以有效解决高陡构造及大倾角地层的防斜打快问题,能够完全释放钻压,在保证井斜精度的前提下,可大幅度提高机械钻速,缩短钻井周期,降低钻井成本。该系统在宣页1井的应用中总进尺210.88 m,纯钻时间64 h,机械钻速3.29 m/h,与传统钻具相比,钻速提高114%,并收到明显的纠斜效果。