干热岩钻井钻具磨损及防磨技术研究

为了明确干热岩钻井过程中的钻具磨损机理,并采取合适的防磨技术方案来降低钻具磨损,首先分析了井眼内钻柱的运动状态,描述了钻柱与井壁的接触关系,并采用有限单元法建立了钻柱动力学有限元理论分析模型;然后以某干热岩典型实钻井为例,通过求解钻柱动力学模型,分析了钻具与井壁的接触状态;最后以降低钻具与井壁间的接触作用力为目标,探讨了钻具组合和钻进参数对钻具动态特性的影响规律,并进行了钻具组合优化和钻进参数优选,给出了钻具组合、钻进参数防磨推荐技术方案。该防磨技术在某干热岩井钻井作业中进行了试验,进尺116.00 m,稳定器外径磨损3.0 mm,取得了较好的钻具防磨效果。研究给出的钻具组合、钻进参数防磨技术方案,为解决干热岩钻井钻具磨损问题提供了新的技术手段。      

下部钻具组合应力水平影响因素的敏感性分析

钻具组合在井下所承受的应力水平是影响其疲劳寿命的一个关键因素。因此定量分析研究钻具在井下所承受的应力水平及其影响因素,是研究钻具疲劳失效的一项重要内容。现文以固体力学有限元理论为基础,建立了带扶正器下部钻具组合在弯曲井眼或斜直井眼中的有限元力学模型,求解并得到了下部钻具组合的应力场。并着重对影响钻具组合应力水平的影响因素即井眼曲率、钻压、钻柱稳定器的安放位置等进行了敏感性分析。揭示了下部钻具组合失效的力学机理。     

φ139.7套管内侧钻水平井弯螺杆钻具通过能力分析

考虑φ139．7套管内侧钻水平井环空间隙小，基率大等因素，应用间隙元法对下部钻具组合进行非线性静力学分析，求得钻具的变形，应力，摩阻力的接触力，结合φ139．7套管内弯螺杆钻具的提放试验结果，建立了弯螺杆钻具组合通过能力的判定条件和计算公式，并在大庆油田侧钻水平井中得到应用和验证。     

双偏防斜钻具在准噶尔盆地西北缘断层井的成功应用

井斜是钻井工作中一个较为普遍的问题,它直接影响着钻井井身质量和钻井速度。双偏防斜钻具组合是一种新的防斜钻具,它克服了常规防斜钻具组合（诸如塔式钻具组合、钟摆钻具组合）所具有的轻压慢钻、以牺牲钻井速度来保证井身质量的“缺点”。文中分析了双偏轴钻具的结构及工作原理,并优选了技术参数。文中所研究设计的双偏轴钻具组合,在准噶尔盆地西北缘断层井进行了现场试验和应用,取得了比较好的效果,既保证了钻井井身质量,又保持了较高的机械钻速,值得在同类地层中进行推广使用。     

普光3井防斜打直技术

普光3井上部地层属于高陡构造,地层倾角大,极易发生井斜,地层可钻性差,蹩跳钻严重,上部地层防斜打直是施工的难点。该井在施工过程中应用了钟摆钻具组合、大直径钻铤组成的塔式钻具组合和螺杆钻具组合。应 用效果表明,钟摆钻具组合在表层钻进时,要防斜打直要求钻压很小,这样制约了钻井速度;大直径钻铤塔式钻具组合防斜效果较好,且匹配好合适的钻井参数并优选好钻头,能有效提高钻井速度;上螺杆扭方位钻具组合是一种较积极的防斜打直措施,有必要进一步探索。     

弯螺杆钻具力学特性分析与设计

设计或选择弯螺杆钻具组合时，既要确定弯螺杆钻具的总体方案结构参数，还要预测该钻具组合的造科能力。利用结构弯角的等效角和等效横向载荷，推导了用以分析具有结构弯角的螺杆钻具组合力学特性的三弯矩方程组，并应用它确定钻具组合的平衡曲率。根据实钻结果研究了弯螺杆钻具组合造斜能力与平衡曲率间的关系，得出了平衡曲率系数的数学表达式，并将其应用于φ39．7mm套管侧钻水平井的φ89mm弯螺杆钻具总体方案设计。计算表明，这种φ89弯螺杆钻具应设计成传动轴本体上带有稳定器的单弯钻具。     

井下动力钻具串联组合及串联机理分析

分析了以两根螺杆钻具串联而成的组合钻具的工作特性及转矩、压降、排量、轴向力等问题。讨论了涡轮－螺杆串联组合钻具的工作特性和匹配问题，并将涡轮钻具、螺杆钻具和涡抢－螺杆串联组合钻具的特性进行了对比，指出在井下动力钻具尚以螺杆钻具为主的我国，不宜发展串联组合钻具。     

带扶正器弯螺杆钻具的造斜率计算及应用

介绍了单扶正器钻具组合力学模型和弯壳体螺杆钻具的理论造斜率计算方法.综合分析了带扶正器弯螺杆钻具组合的造斜率影响因素及控制井眼轨迹的方法.该方法成功应用于2根试验螺杆的设计,对现场技术服务也有指导意义.     

大功率超长螺杆钻具设计

大功率新型螺杆钻具与普通单个或串联使用的标准螺杆钻具相比具有施工优点。经设计分析，实验试验和现场试验表明，这种新型螺杆钻具与普通单个或串联使用的螺杆钻具相比，具有机械钻速高，钻头使用寿命长和容易控制等优点。     

错断井组合钻具力学分析

建立了铣锥钻头修复过程中组合钻具和整体钻柱非线性瞬态动力学分析模型及求解方法,使钻具在井下的工作状态得以合理描述.通过对参数的多种组合工况计算,得到了钻头处侧向力和钻头轴线转角的变化规律.组合钻具经10口井的现场试验表明,扩径、磨铣工具使用寿命提高10%,修井效率提高15%以上.     

偏心防斜技术的研究及应用

设计一种新型防斜钻具组合,用静力学方法近似分析钻具组合力学特性,用半解析法解偏心短节偏心方向分别指向上,下井壁两个特殊点的钻头侧向力及转角,并结合底部钻具公转的运动特性,优化钻具组合及钻井参数,从而达到控制并斜的目的,在江汉3个区块7口井进行现场试验,取得良好的社会和经济效益。     

Austin白垩层水平钻井中旋转钻具组合的卓越性能

把可变稳定器放在螺杆钻具的下部正被逐渐用于水平井钻进中，利用这种新型的井下钻具结构庆旋转时控制井斜，而且马达的原有钻速不受影响。应用这种新型的井下钻具组合可以减少起下钻次数；增辕水平段长度，减少泥浆添加剂的使用凤及在深井、和高温井下延长ＭＷＤ和马达的寿命。另外，现场试验前的软件模拟提供了较准确的井下钻具组合，进一步减少了现场试验的费用。     

偏心下部钻具组合力学性能试验研究

使用自制的钻柱模拟试验架和测试装置对偏心下部钻具组合在直井中的力学特性进行了试验研究,分析了钻压、转速、弯接头的弯曲角度和扶正器对偏心下部钻具组合运动状态、钻头侧向力、钻柱扭转角的影响。研究结果对偏心下部钻具组合的理论研究和实际钻井作业有一定的指导意义。     

求解井底钻具组合大变形的纵横弯曲法及其在导向钻具组合分析中的应用

在中半径水平井和大斜度井中,井底钻具组合(BHA)的力学特征属于大变形小应变性质。本文在求解BHA小变形的纵横弯曲法基础上,经过理论扩展,提出了求解BHA大变形的纵横弯曲法,列出了转盘钻下部钻具组合的三弯矩方程组及钻头侧向力和倾角公式;进一步导出适用于各种结构类型的导向动力钻具组合的三弯矩方程组通式,并以单弯稳定器钻具为例进行求解。文中给出了几条分析结论,可供设计和选择导向钻具组合时参考。     

气体钻井钻具减振器的研制及现场试验

为有效缓解气体钻井钻具频繁振动带来的钻具疲劳损坏,根据可压缩性硅油体积变形减振为主,硅油流过阻尼缝隙的阻尼减振为辅的研制思路,研制出了适用于气体钻井的KPL229型减振器。对加入KPL229型减振器钻具组合的有限元分析表明,加入KPL229型减振器后,钻具受到相同轴向冲击力作用的应力水平降低。现场试验表明,在气体钻井时,与未应用KPL229型减振器的井相比,扭矩不但得到降低,而且波动幅度很小;钻时由5~40 min/m降至5~9 min/m;单只钻头的进尺得到提高,其磨损程度降低。由有限元分析及现场试验结果可知,气体钻井时应用KPL229型减振器,不但可以降低振动对钻具的损伤,延长钻具的使用寿命,而且可以增强气体钻井的提速效果。KPL229型减振器为预防气体钻井时因振动造成的钻具失效或断裂提供了一种新的解决途径,同时可以利用振动能量辅助破岩。      

河坝1井高陡构造带防斜打直技术

河坝1井上部陆相地层属于高陡构造，地层倾角大，极易发生井斜。为解决大井眼高陡构造带易井斜和机械钻速低的难题，该井在钻井过程中试验应用了偏轴钻具组合、大尺寸钻铤组成的塔式钻具组合和直螺杆钻具组合。应用效果表明，在目前的技术条件下，大尺寸塔式钻具组合是川东地区高陡构造带大倾角地层防斜打直的较好选择，但同时须优选钻头及钻井参数．并强化井身质量监测。     

铰接防斜钻具组合的设计与研究

为解决高陡构造的井斜问题,钻井界试验了很多办法,但真正能够实现大钻压降斜的技术措施仍然很少。研究了新型铰接钻具组合在大钻压下的防斜机理,推导出铰接防斜钻具组合的力学三弯矩方程组、钻头侧向力和钻头偏转角计算公式,并由此编制了计算和分析软件,得出了2种最优钻具组合;并在川东高陡构造的2口井上进行了探索性试验,取得了初步认识。     

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。     

导向钻具在冀东油田的应用研究

通过分析定向井使用常规钻具组合的局限性，提出在冀东油田定向钻井中引入导向钻具的必要性。探讨了导向钻具的配套选择、钻井参数、轨迹控制及效益评价等问题。五口试验井实践表明，在一定条件下使用导向钻具，可取得明显的经济效益。     

?310mm可移式钻具稳定器的研究与应用

目前石油钻井使用的钻具稳定器通常是整体式稳定器,通过稳定器两端的螺纹连接到钻柱中。为将其安放在钻具组合中的优化位置,需要用短钻挺调节,但也难以实现计算机优化设计的最理想的钻具组合,对于大尺寸井眼钻进更为突出。