存在上凸弯曲的水平井眼中钻柱的屈曲分析

在铅垂平面内水平井眼轨迹为一条上下起伏的波浪线，因此在某一段井眼轨迹会呈现上凸弯曲，受其约束位于其中的钻柱也会存在上凸初弯曲。利用能量法对水平井眼中存在上凸初弯曲钻柱的屈曲问题进行了分析研究，推导出了屈曲载荷的计算公式。公式表明，水平井眼中当钻柱存在上凸初弯曲时其屈曲载荷的大小不仅与钻柱的长度、截面尺寸、材料以及钻柱与井眼之间的间隙等有关，还与钻柱上凸初弯曲的程度有关系，不可忽略其影响。算例分析表明，水平井眼中钻柱存在的上凸初弯曲会使其屈曲载荷减小，上凸初弯曲程度越大，屈曲载荷减小的幅度越大。     

弯曲井眼中钻柱屈曲的非线性有限元分析

建立了弯曲井眼中的钻柱模型,在模型中考虑了重力、钻井液浮力、曲率半径、井眼轨迹等因素,用有限元法对钻柱屈曲过程进行分析,通过调整扶正器安放位置,得到超刚性钻具组合,并与满眼钻具组合计算结果进行比较。结果表明,超刚性钻具的最大挠度比满眼钻具的最大挠度小,说明超刚性钻具的刚度比满眼钻具的刚度大,受钻压和转速的影响小,抗地层造斜能力强;钻压和转速对钻柱挠度都有影响,但转速影响比钻压大得多。     

管柱在水平井眼中的屈曲分析

管柱在水平井眼中的屈曲方程是一个含有小参数的四阶非线性常微分方程。屈曲方程有两个临界点，一个对应于正弦屈曲，另一个对应于螺旋屈曲。本文利用线性化分析方法和小参数摄动分析方法，求得了两个相应的临界屈曲载荷。其结果与他人用能量法导出的结果和用实际数据拟合的结果非常吻合。本文还对管柱屈曲后与井壁之间的法向接触力、弯矩及应力等进行了分析。     

水平井弯曲段套管下入可行性分析

根据弹塑性理论,应用数值仿真技术建立了套管下入水平井弯曲段的有限元模型;分析了套管在不同曲率、不同井眼扩眼率以及不同载荷情况下的变形、应力及下入位移的变化情况;揭示了φ177.8 mm套管在φ216 mm水平井弯曲段的下入规律及井眼参数对套管下入性的影响。对在水平井内安全下入套管具有指导意义。     

考虑初弯曲时水平井眼中杆柱的稳定性

利用能量法研究了水平并眼中杆柱的稳定性，推导出水平并眼中具有初弯曲的杆柱稳定性轴向临界压力的计算公式，讨论了失稳变形曲线正弦半波数的确定方法，分析了初弯曲对轴向临界压力的影响。计算实例分析表明，轴向临界压力从r随初弯曲最大挠度a0的增大而减小，当a0较小时，Pcr减小幅度不大；当a0较大时，Pcr的减小较大。认为在分析杆柱的稳定性时，若初弯曲较大，就不能把杆柱当作直梁来处理，必须考虑初弯曲的影响。     

水平状态下钻柱的屈曲分析

在现有的水平状态下钻柱屈曲研究中,一般把钻柱看作均匀的等直径杆,认为钻柱在其自重的作用下,紧贴下井壁,因而通常把水平状态下的钻柱简化为在整个长度上受到井壁均匀支承的轴向受压的简支梁。而实际上处于水平状态的钻柱是由一些钻杆连接而成,每根钻杆都有两个接头。由于钻杆接头的直径较钻杆本体部分直径要大,并且为了抗磨,在钻杆接头附近装有抗磨衬节,因此只有在钻杆接头这一段才会和井壁接触,受到井壁支承,而钻杆本体并不受井壁支承。因此文中将整个水平钻柱看作是一个两端简支轴向受压的连续梁,而将钻杆接头这一段简化为连续梁的中间支座。在此基础上利用矩阵传递法对处于水平状态钻柱的屈曲进行了分析研 究,推导出了水平状态下钻柱稳定计算的特征方程,求出了水平钻柱的临界压力。计算表明,在水平状态下构成钻柱的钻杆的长度对钻柱的屈曲载荷有很大影响。     

水平井下套管过程中套管与井壁接触状态有限元分析

针对水平井套管下入过程中的摩阻问题,使用有限元数值模拟计算方法,分析了二维平面状态下套管下入过程中与井壁的接触情况。结果表明,套管下入过程中与井筒内表面并非均匀接触,接触压力(摩擦力)较大区域主要是在造斜段,包括造斜段起始、中间及结束点附近,直水平段与井壁接触压力分布较均匀,管端部位的接触压力大于其他部位的接触压力。     

涡动条件下钻柱的屈曲分析

建立了涡动条件下钻柱屈曲的平衡方程。在弯曲挠度为小变形和钻柱中轴向力为0的条件下,采用理论方法分析了钻柱的弯曲挠度、屈曲应力随转盘转速变化的情况。当涡动速度增加导致钻柱的弯曲挠度增加和钻柱中存在轴向力时,钻柱的弯曲挠度以及交变应力的大小就需要通过非线性有限元来进行分析。使用非线性有限元方法求解了不同轴向拉力条件下钻柱的弯曲挠度、最大应力、最小应力和应力幅度。计算结果表明,不考虑轴向力时,理论分析结果与非线性有限元分析结果精度较高且具有一致性;当钻柱中轴向拉力大于200 kN时,由涡动引起的交变应力对钻柱的影响可以忽略;适当增大钻铤长度可以减轻钻柱的疲劳失效。     

热采水平井弯曲段套管柱失效载荷分析

热采水平井中套管柱受各种载荷耦合作用会产生应力集中而损坏。为此,采用有限元方法对热采水平井弯曲段套管柱失效载荷进行了分析。在建立套管柱受力等效模型和有限元计算模型之后,分析研究了多种载荷耦合作用下套管柱失效的临界应力和临界应变。研究结果表明,套管柱应力值和应变随着地层深度的增加和注汽温度的升高而增大,对于井眼弯曲段套管柱,井眼曲率越大,管柱应力值和应变越大。建议进行热采水平井套管柱设计时采用高强度管材,以提高材料屈服极限,减小轴向应变。     

恒定曲率井眼中的钻柱／连续油管的弯曲分析

本文提出了一种新的分析钻柱在恒定曲率井眼中（例如水平井的造斜段）的钻柱弯曲特性的三维管柱弯曲的数学模型,该方程能够预测钻柱维持稳定正弦形状和产生螺旋弯曲变形所需的轴向压力,简化后亦适用于井眼半径无限大的斜井。     

两种全尺寸弯曲试验设备的对比分析

全尺寸弯曲试验是研究管道弯曲变形的重要实物试验方法。针对不同类型的全尺寸弯曲试验设备开展分析研究,对其加载方式、空间布局、功能特点等内容进行对比。结果表明:全尺寸弯曲试验设备一般采用双臂弯曲(两点弯曲)或四点弯曲加载方式。双臂弯曲加载对试验管影响小,但对动力油缸要求高;四点弯曲加载对油缸能力要求低,但加载时的管道变形均匀性差。按照空间布局设备可分为水平和垂直布局两类。水平布局形式结构简单造价低、但占地面积大;垂直布局设备占地面积小,但结构复杂、造价高。根据功能的不同、设备还可以分为仅能完成弯曲试验以及可完成复合加载试验两种。前者结构原理简单、造价低但功能单一;后者试验能力强,但配套机构多、造价及维护成本高。     

水平钻柱的稳定性分析

在目前的水平钻柱稳定性研究中，都没有考虑构成水平钻柱的单根钻杆长度对钻柱稳定性的影响。普遍认为这一因素对水平钻柱的稳定性没有影响，但现场钻井资料表明构成水平钻柱的单根钻杆长度对水平钻柱的承压能力影响很大。在考虑这一因素的情况下对水平井眼中钻柱所能承受的临界载荷进行了分析计算，提出了水平钻柱临界压力的一种新的计算方法。研究表明水平钻柱所能承受的临界载荷和所使用的单根钻杆长度有密切的关系，单根钻杆的长度越短，其临界压力越大。     

摩阻与扭矩分析在水平井钻井设计中的运用

摩阻与扭矩对水平井钻井施工的影响非常大,决定了起下钻及钻进施工能否正常进行,因此,在钻井设计中提前进行摩阻与扭矩分析,对成功完成钻井作业具有积极作用。文章就摩阻与扭矩对钻具屈曲、当量米塞斯应力、侧向载荷和扭矩等进行了校核,即在滑动钻进时不发生屈曲:当量米塞斯应力校核的安全系数需要在1.67以上、低于屈服极限的60%;侧向载荷必须低于1 000 N/m;扭矩必须低于IADC推荐钻杆最大扭矩的90%。文章通过实例阐述了摩阻扭矩分析在造斜段螺杆钻具组合滑动钻进、复合钻进及水平段旋转导向钻进时的钻具屈曲校核、当量米塞斯应力校核、侧向载荷校核和扭矩校核的具体作法和步骤,以及滑动钻进的极限井深。通过实例井实钻效果分析,认为摩阻扭矩分析是钻井设计阶段水平井钻具组合可行性论证的不可或缺的重要步骤,是安全、优质、高效钻井的基本保证,可以为国内钻井设计部门和定向井技术服务公司在水平井设计中提供参考和借鉴。     

地层出砂及射孔对套管屈曲损坏的影响分析

油藏出砂后,上覆地层重力转移到套管轴向上,当轴向载荷超过套管临界屈曲载荷后,套管发生屈曲损坏。建立了考虑射孔的套管屈曲损坏有限元力学模型,旨在探讨射孔参数对出砂引起套管临界屈曲载荷的影响,从而确定合理的射孔参数,提高套管临界屈曲载荷,为预防出砂引起的套管屈曲损坏提供理论支撑。计算结果表明,在出砂严重的地层,应选择合理的射孔孔密和相位,避免选用相位180°射孔。如果出于产能考虑,必须要采用180°相位射孔,射孔孔密严禁超过44孔/m。当射孔密度大于22孔/m时,应选择90°相位射孔。     

基于非线性屈曲分析的井架承载能力评估方法

介绍了井架承载能力的评估方法,分析了小井架轴向载荷与一阶固有频率平方之间的关系,认为在轴向载荷较小时结构的非线性程度较低,可以忽略非线性的影响,但是当轴向载荷接近临界载荷时其非线性程度不能忽略,需要用非线性屈曲分析来获得结构的临界载荷。为此,提出了一种基于非线性屈曲有限元计算与模态试验相结合的井架承载能力评估方法,即利用模态试验结果对有限元模型参数进行修正,通过ANSYS的非线性屈曲分析功能确定井架结构的临界载荷。计算结果表明,基于模态试验修正后的有限元计算结果更接近结构的实际临界载荷。     

定向井降斜井段中管柱的屈曲分析

在定向井的降斜井段井眼呈现上凸弯曲状态,位于其中的管柱受其约束必然存在上凸初弯曲。这就使管柱屈曲的性质和井眼轨迹为直线时管柱屈曲的性质就有很大的不同,有必要对其进行专门分析。为此,利用能量法对定向井的降斜段中存在上凸初弯曲管柱的屈曲问题进行了研究,推导出了其屈曲载荷的计算公式。研究表明在定向井的降斜井段,井身的上凸弯曲会造成管柱屈曲载荷的下降,弯曲的程度越大,管柱屈曲载荷下降的幅度越大。当井身上凸弯曲曲率达到一定程度时管柱有出现屈曲的可能性。     

套管柱在水平井弯曲段的可下入性

套管柱在水平井弯曲段随井眼弯曲产生较大的弯曲应力和受到较大的摩擦阻力，有可能产生强度破坏、密封失效、稳定性破坏而不能下入。下套管前应对套管柱通过弯曲段的可能性加以判断，其准则是：（１）下套管通过弯曲段时，套管柱在直井段的浮重应大于总摩阻；（２）弯曲应力与拉应力之和小于套管的最小许用应力；（３）在弯曲段套管柱不发生屈曲变形；（４）螺纹密封不应失效。经判断套管柱不能通过弯曲段时，可用不封固井底的完井方式（如裸眼完井及其变种形式）。     

漂浮下套管技术在ZJ油田页岩气水平井YH1-6井的应用

YH1-6井属于ZJ油田昭通国家级页岩气示范区太阳大寨区块,曾有3口水平井采用漂浮下套管成功下到预定井深。YH1-3井井深2251 m,常规下套管最深仅下至2225.4 m,针对同平台的YH1-6井相对井深更深、垂深浅、偏移距大,采用漂浮下套管,仍在1278 m发生下套管遇阻,后破裂盘提前失效。结合昭通页岩气地区工程地质特点,分析对比模拟YH1-6井下套管施工方案,创新提出了一种先根据不同磨阻系数,优化制定了“上加压,下增浮”优化方案,第二次下套管前通过软件模拟计算摩阻系数、优选漂浮段长、合理优化配重,保证了再次下套管顺利到底,初步形成了适合ZJ油田太阳大寨区块一套页岩气水平井漂浮下套管技术。     

漂浮下套管技术在吉木萨尔页岩油水平井的应用

漂浮下套管技术主要应用于大位移井和水平井中,它是在套管柱下部封闭一段空气或低密度钻井液,以减轻整个管柱在钻井液中的重量,从而达到减小摩阻、将套管顺利下入的目的。2019年7月新疆油田公司在吉木萨尔页岩油区块进行了首次漂浮下套管技术实验,本文通过理论与实际结合的方法介绍了漂浮下套管技术原理,以及吉木萨尔页岩油J10028-H水平井的漂浮下套管技术方案、各项施工参数和附件的确定,及最后现场下套管、固井施工的作业情况。虽然最后该井由于井壁失稳垮塌造成套管最终没有下至预定位置,但不可否认的是,漂浮下套管技术仍然是大位移水平井及长水平段井下套管作业的有力保障。该井的漂浮下套管技术作业也为新疆油田后期大位移及类似长水平段井的下套管技术提供了现场经验参考。     

下古地层裂缝方解石的成因分析及在水平井地质导向中的应用

靖边气田下古主力储层马五13岩性以白云岩为主,储集空间主要为溶孔,局部可能发育裂缝.通过对靖边气田下古气井岩心观察发现裂缝充填方解石多见于奥陶系顶部风化壳附近,这对判断沟槽是否存在具有一定的指导意义.从分析方解石在地层中形成机理入手,根据水平井实钻过程中出现的方解石岩屑反向推理方解石所处的地层特征,进而指导水平井地质导向工作.