三牙轮钻头井底横向力的计算机仿真

在定义钻头的井底横向作用力后，建立了钻头结构参数、钻井参数和岩石性质与钻头井底横向力的定量关系、相应的仿真模型和仿真程序。用计算机仿真实验得到井底轮廓和任意时刻井底岩石对钻头的横向作用力。实验结果表明，钻头旋转一周的井底横向作用力矢量统计平均值始终很小，说明钻柱作用在钻头上的横向力为零时，井底横向力表现为扩眼力。     

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在建立牙轮钻头与井底岩石互作用模型的基础之上,建立了基于钻柱和岩石互作用下的牙轮钻头横向振动动力学模型。该模型将钻头在钻井过程中与井底岩石互作用产生的力或位移作为钻柱横向嗥牟下端边界条件,采用数值计算方法－龙格库塔法求解该动力学模型,并开发了基于钻头与岩石互作用下的钻头动力学仿真分析条件。为提高钻头、钻柱的使用寿命,改进钻头、钻柱的设计方法提供了新的理论依据和方法。     

钻井液对钻柱固有振动特性的影响

钻柱在钻井过程中主要进行旋转向下的运动，同时伴随纵向、横向、扭转和耦合振动。振动是导致钻柱失效的主要原因，而钻井液又是影响钻柱振动的关键。利用ANSYS软件建立钻柱整体有限元模型，采用Block Lanczos法进行固有振动特性分析，得出钻井液密度对钻柱纵向、横向和扭转振动固有频率及振幅的影响规律。钻井液密度降低，导致钻柱固有振动频率升高，振幅增大；钻井液的阻尼作用导致钻柱横向振动从钻头处开始向上逐渐减弱，直到井口处完全消失；当外界激振频率达到某种程度时，钻柱发生纵向和横向、横向和扭转耦合振动，导致振动更加剧烈。     

水平井直井段钻柱固液耦合横向振动分析

针对钻柱共振导致的钻具疲劳失效问题,以西南地区某水平井直井段钻柱为研究对象,采用流体数值计算软件,建立了钻柱内、外壁压力关于井深的函数。基于动力学理论,考虑钻柱内、外不同密度钻井液与钻柱耦合作用,通过有限元软件进行了水平井直井段钻柱横向振动分析,研究了钻铤长度和减震器安装位置对钻柱横向振动固有频率的影响规律,指出钻柱长度一定时,钻铤越长,钻柱横向振动的固有频率越大;安装减震器时,减震器安装位置与钻头距离增加,钻柱横向振动的各阶固有频率增大。研究结果可为水平井施工提供一定的指导。     

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在钻井作业中，钻头与岩石的作用产生的振动实际上是随机振动，是造成整个钻柱系统振动的根源，也使得钻头与井底间的实际钻压产生较大范围的波动。由于钻头的横向振动使钻头中心实际运动轨迹偏离井眼中心，当钻头横向振动的振幅较大时，钻头将与井壁发生碰撞，这是造成钻头损坏的重要原因之一。文章利用较为简单的室内试验初步确定了钻头与井壁发生碰撞时恢复系数及碰撞力的大小。实验结果表明，牙轮钻头与J2s^2砂岩碰撞的恢复系数约为0．1；碰撞力与碰撞速度呈近似的线性关系，碰撞发生的时间较短。实验结果对于完善钻柱动力学研究，以及改善钻头的设计均有着重要的意义。     

钻柱振动录井的研究现状及发展趋势

钻进过程中钻头破岩会引起钻柱的轴向、横向和扭转振动,这种振动携带了井下钻头、所钻地层和钻柱的信息.利用在钻柱顶部测量的振动信号,监测井下钻具的工作状态,获取钻头下方地层特性的技术称之为钻柱振动录井.对钻柱振动录井技术的基本原理、钻柱振动特征、测量仪器、数据处理方法和存在的主要问题及发展趋势作了系统分析,认为:钻柱振动录井可用于井下工况监测、地层评价与钻前预测,具有很好的发展前景;钻柱的传播效应使井下振动信号发生了强烈畸变,发展钻柱振动录井的关键是引入新型信号分析方法,分离钻头、钻柱、地层信息,有前景的方法包括反褶积、小波分析、独立成分分析等;无线传输、多参数、多分量钻柱振动测量手段的应用将有助于信号分析和井下信息提取.     

牙轮钻头动力学特性仿真研究

研究了钻井过程中钻柱、钻头、岩石相互作用下的牙轮钻头动力学特性.根据汉弥尔顿原理和有限单元法,建立了全井钻柱纵向、横向扭转耦合振动动力学模型.在大量单元实验的基础上,建立了牙轮钻头与岩石相互作用力学模型.从系统动力学的角度出发,建立了基于钻柱、岩石相互作用下的牙轮钻头动力学模型.研究了牙轮钻头非线性系统模型的数值求解方法,编制了钻头动力学特性仿真分析软件,在不同钻井操作参数、钻具(钻柱、钻头)几何参数、地层性质条件下,对牙轮钻头动力学特性进行了仿真.明确了钻井过程中井下钻柱及钻头的运动规律、动力学特性、失效机理,为科学合理地预测和控制井眼轨迹提供了理论依据和技术手段.     

深井钻柱的横向振动浅论

全面探讨了钻柱底部横向振动的产生、传播和消失过程。分析表明,横向振动只发生并存在于钻柱底部;底部钻具的屈曲、动力失稳和钻柱与井壁的碰撞是引起横向振动的直接原因;由钻头与地层相互作用引起的振动能,很大部分被螺旋屈曲段钻柱消耗;涡动和碰撞引起的中性点及中性支以上的振动,在向上传播过程中被钻井液阻尼抑制;钻柱轴向力影响振动频率和波的传播;中性点是危险点,但不是能量陷落点。     

水平井及大斜度井下部钻具组合的弹性稳定性

应用能量法研究了水平井及大斜度井钻柱的弹性稳定性。在研究压杆弹性稳定性的能量方程过程中，根据现场作业情况，分析了钻柱转速、钻头扭矩、井斜角以及钻柱的几何尺寸、钻柱自重引起的横向均布载荷等参数对下部钻柱弹性稳定性的影响，并由此导出了在水平井及大斜度井中下部钻具组合临界钻压的计算公式。这对指导水平并及大斜度井的现场施工、正确选择钻井参数和选配钻具组合、确保井下钻具安全有着十分重大的意义。     

旋转钻柱运动原理的研究

作者通过在钻柱模拟实验装置上进行的实验,提出了以反转运动为主要特征的旋转钻柱运动原理,分析了钻柱的受力与变形,指出反转运动会加速钻柱的弯曲疲劳破坏,加快钻杆接头和套管的磨损,消耗转盘功率和使钻头横向摆动。而采用具有润滑性能的钻井液是改善钻柱应力状态的根本途径。     

下部钻具组合横向振动固有频率的计算

根据下部钻具组合的动力学方程，推导出下部钻具组合横向振动固有频率的计算公式，该公式可适应不同形式的下部钻具组合。指出下部钻具组合横向振动频率取决于下部钻具组合的结构型式，并且受钻压、转速和钻井液密度等操作参数的影响。     

MDT测井技术在川东北地区多井解释中的应用

在高度非均质的碳酸盐岩地层中，常规测井资料无法解释的一些疑难问题（如常规测井资料无法确定储层纵横向上的连通性、气水界面判断不准、疑难层的流体性质判断不清等）可以通过电缆试地层测试资料的应用得以解决，并见到了较好的地质效果。MDT（模块式地层测试）测井新技术能够及时、快捷、准确地获取储层流体、压力资料，把许多需要在试油及勘探评价阶段才能解决的问题通过MDT测试就得以了解、认识，从而有效地减少试油工程的投入，也为气藏的储量计算提供了较准确的参数。用MDT测试的压力资料结合常规测井资料，以及区域地质、地震、试油的地层压力资料，对川东北罗家寨、磙子坪、铁山坡等气田进行多井压力分析，较好地解释了各个气藏及气水之间的关系，准确地确定了气藏的气水界面，为储量计算提供了依据。     

水平井钻柱设计

从分析斜直井钻铤受力特点入手,论述了水平井钻柱的受力特点、设计原则和设计方法。设计实例表明,设计水平井钻柱时,在大斜度井段和水平井段使用加重钻杆或普通钻杆,而在垂直井段使用少量钻铤,以降低旋转扭矩和提升载荷,减少压差卡钻的可能性,以及简化钻柱结构。     

水平井变刚度下部钻具组合的弹性稳定性

针对目前水平井及大斜度井中常采用变刚度钻具组合的特点，从现场实际情况出发，应用弹性变形能量法，建立了变刚度管柱的三角级数挠曲变形方程。同时，还根据水平井及大斜度井旋转钻进和滑动钻进的特点，考虑了与实际操作有关的钻头扭矩、钻压、转速、钻柱的几何尺寸、自重以及井斜角等主要参数的影响，研究了变刚度钻具组合的弹性稳定性问题及临界钻压的计算方法。最后进行了两口井的现场应用实例计算及分析。     

牙轮钻头滑动轴承混合润滑时的载荷计算

牙轮钻头滑动轴承实际工作时摩擦副之间处于混合润滑状态，此时金属微凸体和油膜一起承担载荷。文中给出了计算混合润滑时油膜和微凸体承载比例的计算方法，并以８１／２ＸＨＰ滑动轴承牙轮钻头为例，分析了钻头运转参数和最小油膜厚度对轴承摩擦副间载荷分配的影响，结果表明：钻头的运转参数直接影响轴承摩擦副间的润滑状况，在一定范围内，提高转速能够改善润滑状况。混合润滑时最小油膜厚度有一个下限门槛值，若低于此门槛值，则这种载荷分配计算方法不再适用。     

牙轮钻头钻进岩石过程的数学模型和模拟方法——承力区假说与旋转压入法

根据“承力区假说”,建立了牙轮钻头钻进岩石过程的数学模型和模拟方法。利用这种模型和方法,可在计算机上实现对实际钻进过程的仿真和对牙齿载荷时间历程等的模拟。换言之,也就是借助于计算机仿真的手段,可把钻头机械钻速、牙齿载荷谱等与钻头结构设计参数、齿形和岩性联系起来。这对于牙轮钻头的研究无疑具有重大意义。     

钻柱力学研究中几个值得探讨的问题

钻柱力学主要研究钻柱的强度和井眼轨迹控制问题。近年来，在钻柱稳定性研究和下部钻具静动态力学分析方面，有些研究人员采用的钻柱在钻头处不受弯矩的边界条件、几何非线性分析方法、斜井段钻柱的稳定性分析方法和下部钻具组合动力分析的定解条件值得探讨。通过分析，指出了某些不确切的提法及症结所在。确切的提法应是：（１）钻柱在运动开始之前处于静力变形状态；（２）钻柱在井底钻头处为铰支座约束。     

PDC钻头与动力钻具的优化匹配和钻进特性研究

动力钻具配合PDC钻头钻井，可以大大地提高机械钻速、降低成本、缩短钻井周期。螺杆钻具的高转速可以为PDC钻头提高切削速度提供井下动力保障。在动力钻具与PDC钻头配合钻井时，首先选择配合较好的动力钻具和PDC钻头．然后根据其性能和要求选择合适的地层。文章从金刚石钻头破岩的机械和水力参数出发．分析了金刚石钻头与动力钻具的优化匹配问题。