底部钻具组合三维静力分析

考虑钻井液和钻头的工作扭矩对钻柱横向变形的影响，分析了扶正器与井壁间的作用，用传递矩阵方法建立了定向并中底部钻具组合的三维力学模型，研制了相应的计算机程序，能有效地计算钻柱对钻头的横向作用力和确定钻头轴线的方向。     

传统底部钻具组合上切点边界条件的正确性

传统的底部钻具组合受力分析的上切点处的边界条件表达为:1.与下井壁接触;2.转角与井眼轴线的一致;3.曲率与井眼轴线的一致。该表达方法已经采用了多年,应用效果良好。近来,有文章否定该边界条件,文中例证了传统底部钻具组合上切点边界条件的正确性。     

确定底部钻具组合上切点位置的新观点

在计算底部钻具组合的受力和变形时,以前一般都是按弯矩为零的条件来确定其上切点的位置。提出了一种新观点,即按照钻柱与井壁的接触力为零的条件来确定这一位置。推导了相应的计算公式,给出了算例,并通过算例的结果证明了该观点的合理性。     

下部钻具组合——不等截面、近钻头稳定器问题的分析

本文是在“纵横弯曲法对钻具组合的三维分析”的基础上,对钻井过程中常遇到的不等截面问题、钻具与井壁之间的接触问题(包括失稳)以及近钻头稳定器问题用纵横法理论作了进一步研究.提出了此类问题的求解方法,扩展了“纵横法”的应用范围.并根据这些方法较为洋细地分析了钻压、井斜角、间隙和井眼曲率等主要因素对钻头侧向力的影响.这些分析在现场进行了验证,达到了预期的效果.     

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。      

带双心钻头底部钻具组合的分析

针对使用双心钻头钻进时扩孔尺寸不理想、钻具工作不稳定、井斜趋势引起钻头工况对钻压非常敏感等问题,对底部钻具组合的受力、变形和运动状态等方面进行了分析研究表明,由于双心钻头几何设计的独特性,工作时钻头上受有不平衡力,这使得钻头切削不稳定,且影响钻柱变形。钻柱变形后,钻头相对井底偏转,偏转的方向和角度影响钻头的有效切削面积;钻柱的运动方式,即自转和公转,也影响扩孔尺寸和钻头稳定性。通过简单试验,认为钻头的不平衡力使钻具倾向公转;另外井斜、井眼弯曲也对钻具运动状态有很大影响,表现为钻具稳定性对钻压的变化非常敏感。     

用纵横弯曲法对弯接头——井下动力钻具组合的三维分析

对弯接头-井下动力钻具组合进行三维分析,可确定钻头上的变井斜力和变方位力,以满足对定向井井眼轨道进行定量预测和控制的需要,本文用纵横弯曲法建立了弯接头——井下动力钻具组合的力学模型,提出了关于连续条件的一般命题和处理弯接头弯角的两种等效方法,提出了等效钻铤假设并用力学实验方法确定动力钻具的等效抗弯刚度,推导了装置角为任意值时的计算弯角公式,建立了在三维井身条件下弯接头-井下动力钻具组合受力分析的普遍方程以及在一维、二维分析中的简化形式.这些结果可用来定量计算各种带有动力钻具的井底组合在各种井身条件下的钻头变井斜力和变方位力、钻头倾角、各点挠度、支点处内弯矩和转角值等.本文进一步分析了钻具结构参数、井身几何参数和工艺操作参数对钻头侧向力的影响,其中影响最大的是下部组合长度、弯角和装置角.现场验证证实了上述理论分析的正确性.     

下部钻具组合的动态分析

本文用三维直梁单元将下部钻具组合离散化,建立了数值分析模型来模拟下部钻具组合在钻井过程中的瞬时动态特性。考虑了钻压、转速、摩擦及井眼弯曲等对钻具组合的影响,建立了动力微分方程,采用威尔逊-θ法求解。把钻柱与井壁的接触视为瞬时碰撞,采用一种新的方法确定碰撞时刻,对动态分析的结果作了全面的讨论,用井斜力和方位力的时间平均值来预测钻头的走向,并与静态分析的结果作了比较,吻合较好。本文所提供的动态分析方法和计算机程序可供定向井钻井部门参考使用。     

井眼弯曲平面倾角对钻头侧向力的影响研究

井眼轨迹的空间形状是影响钻头侧向力特别是方位力的一个主要因素。文中利用弯曲平面倾角来描述井眼轨迹的弯曲方向,并探讨了弯曲平面倾角对钻头侧向力的影响及其规律。结果表明,弯曲平面倾角和井眼曲率的有机结合可以很好地描述井眼轨迹空间形状对钻头侧向力的影响。当弯曲平面倾角为0°时,钻头上的方位力近似为零,而当弯曲平面倾角接近90°或270°时,钻头上的方位力绝对值最大。在不考虑地层因素的影响时,井眼的弯曲平面倾角及弯曲程度是产生钻头方位力的一个主要因素。在现场井眼轨迹控制过程中,应充分考虑这一特点。     

可回收式井下钻具组合在套管钻井中的应用

套管钻井技术的核心是可回收式井下钻具组合。介绍了Tesco公司和Sperry-Sun公司研制的可回收式井下钻具组合的结构原理及其工作过程,现场应用结果表明,可回收式井下钻具组合的下入成功率已达100%,但平均回收率仅为70%左右。总结了可回收钻具组合在起下过程中的经验和教训,并提出了合理化建议。     

滑动式导向钻具组合复合钻井时导向力计算分析

复合式滑动导向钻井方式在定向井、水平井井眼轨迹控制中有其独特的优点。对目前油田常用的复合式滑动导向钻具组合的导向力进行了计算分析。结果表明,并不是所有的复合式导向钻具组合都具有稳斜或微增效果,有的钻具组合可能具有降斜特性,因而在使用复合式导向钻具组合前,应对其进行仿真分析。在现场使用时,可以用装置角为90°或270°时的造斜力近似作为该导向钻具组合在复合钻井时的导向特征。同时,在使用复合式导向钻具组合进行井眼轨迹控制时,应注意螺杆钻具的质量,并采用合理的施工参数,以免发生钻具断脱事故。     

气体钻井钻具组合瞬态动力学特性初探

钻柱转动时切向摩擦力会引起钻柱侧向位移,但采用钻井液钻井时其摩擦系数较小,因此该位移常被忽略不记。但在气体钻井时,其摩擦系数增大,该部分位移则不得不考虑。以弹性力学、材料力学为基础,考虑切向摩擦力对钻柱变形的影响,建立了转动钻柱在斜直井中三维瞬态动力学模型及力学方程,并采用龙格-库塔法求解方程数值,分析了钻井参数、滚动摩擦系数、滑动摩擦系数及井眼结构参数等对下部钻具组合变形的影响。分析结果表明:钻压增大,钻柱的变形量加大,钻柱变形节距减小,钻柱振动加剧,但对下部钻具的摩擦扭矩影响不大;井斜角增大,钻柱与井壁的接触力及摩擦扭矩增大,钻柱的变形节距减小;环空间隙减小,钻柱变形角增大,钻柱变形节距减小;钻井流体的密度越大,下部钻柱变形角越小;井斜角增大,不仅影响下部钻柱变形的大小,而且影响着变形方向。     

再论“钻头处的边界条件”

由于现在人们对底部钻具组合的受力和变形分析研究仍主要处于静态阶段,认为在纯静态的分析中加入一点动态的影响,即考虑钻头在钻进时弯矩不断变化的事实,将钻头处的边界条件按固支和铰支各计算1次,最终结果取这2次结果的平均值,这可能比只按固支或铰支所得结果更接近真实值。     

水平井钻柱摩阻力几何非线性分析研究

针对石油钻井技术的特点,探讨了编制钻柱力学有限元专用程序所遇到的问题;并在国家级重点攻关课题"水平钻井"中,首先提出引入非线性力学分析的论点。在接触非线性分析中,使用了"约束-放松法";在几何非线性分析中,首次考虑了四次非线性对钻具弯曲应力的影响;还建立了一个方便于钻柱分析的坐标转换系统;据此编制的计算机程序,为大港油田官H1水平井提供了较为准确的力学参数预测。     

滑动导向钻具组合连续导向钻井技术

滑动导向钻具组合连续导向钻井技术具有低成本，易实施等优点，在定向井，水平井和大位移井的钻井过程中发挥了重要作用。对该技术的发展历程。主要技术内容。计算方法，评估标准及存在问题等作了系统阐述。     

浅层定向井连续控制钻井技术

介绍了浅层定向井的技术特点、连续控制钻井技术的原理、方法以及在辽河油田的应用情况,并对经济效益进行了分析.现场应用表明,连续控制钻井技术有效地提高了井眼轨迹的控制能力和控制精度,简化了钻具组合,减少了起下钻次数,从而可以提高钻井速度和井身质量、缩短钻井周期,具有显著的经济效益.     

单稳定器钻具组合特性分析及应用

运用纵横弯曲理论对定向井中单稳定器钻具组合的力学特性进行了分析,根据分析结果优选了单稳定器增斜、稳斜、降斜钻具组合。从4个方面论述了单稳定器钻具组合的特性,阐明了稳定器外径、钻压、井斜角与钻头井斜力的关系,分析了钻铤对稳定器钻具组合的影响。通过在陇东、陕北地区200余口定向井、丛式井的应用,取得了较好的使用效果,既满足了定向井轨迹控制的需要,又达到了快速、安全钻井的目的。