下部钻具组合稳定性有限元分析方法及应用

下部钻具组合的具体方式将直接影响其所能承受临界失稳载荷的大小.以有限元分析为基础,对不同组合的下部钻具建立了特征值屈曲分析分法,在此基础上进行了实例计算.计算结果表明,对于同样的钻具组合,通过调整下部钻铤尺寸以及扶正器的安放位置,可以实现尽量大的临界失稳载荷,从而达到防斜打快的目的.研究方法为基于非线性动力学的超刚性钻具组合防斜打快技术研究奠定了理论基础.     

偏轴钻具组合防斜打快的强度分析

针对偏轴防斜打快技术中所用的钻具组合的受力状态复杂,对整个钻柱系统的安全性有较大影响的问题,考虑安全、有效的钻井施工特别需要对偏轴接头及接头附近的钻铤强度进行分析,找出钻具组合的危险点,以便于校核钻具组合的强度和改进偏轴钻具组合的结构设计的实际.以下部钻柱为研究对象,将钻头以上部分分成多个梁单元,进行结构离散,建立力学模型,采用有限元分析方法,进行偏轴接头强度分析.研究表明,偏轴钻具防斜钻具组合的最大复合应力发生在偏轴接头与下部钻铤的结合部位,主要由弯曲载荷和轴向力产生.在应力最危险部位,应特别注意钻具的强度安全问题.     

钻柱稳定器材料性能及尺寸参数分析

常规的、不可变径的钻柱稳定器现在依然是井斜控制井底钻具组合中不可缺少的组件.但是,国内的相关资料贫乏,结构过于单一.通过对国外资料的综合分析,介绍了稳定器材料性能及尺寸参数,并着重介绍了稳定器所用的非磁性钢.同时,列出了三种套装式稳定器(即二件式、三件式、卡箍固定式)的结构和相关的尺寸参数,以及稳定器螺纹接头特点.这些内容有助于对国外稳定器有一个较全面的了解,也可作为稳定器设计、制造和使用的参考.     

钟摆钻具扶正器理想安放高度的通用计算公式

钟摆钻具是一种常用的纠斜钻具组合,在钻井作业中应用极为广泛。本文对石油工业部1987年颁布的“直井下部钻具组合设计推荐方法”中的钟摆钻具扶正器理想安放高度计算公式进行了推导,对推荐公式的简化条件、力学模型进行了分析,并结合实例探讨了推荐公式的实际应用价值。这对进一步理解钟摆钻具扶正器理想安放高度的设计方法和指导现场应用具有一定的参考价值。     

气体钻与泥浆钻全井段钻柱动力学对比研究

全井段钻柱在井内运动过程是一个非常复杂的非线性动力学问题,不可能得到比较完美的解析解,如果采用室内试验或者现场试验研究,其成本又会很高且很难实现.因此,在弹塑性力学、岩石力学和钻柱力学的基础上,以四川某井基本钻井参数和钻具组合为依据,采用有限元法建立了塔式钻具钻至1486m井深时的全井段三维钻柱模型和相应的井筒模型,并且建立了钻头与岩石以及钻柱与井筒之间的随时间变化且有摩擦系数的接触关系和相对应的泥浆钻井模型,对比分析了钻柱在动态钻进过程中的井口参数、钻头上压力和转动速度以及全井段钻柱的弯矩扭矩变化等结果,得出气体钻井与泥浆钻井全井段钻柱的运动规律以及钻铤失效机理的差异.为认识气体钻井全井段钻柱的运动规律提供了新的研究方法,对气体钻井中钻柱力学、井斜控制和设备等方面的研究都有较好的现实意义.     

提高川东复杂地质深井超深井机械钻速的研究

针对川东高陡地质构造复杂,钻井中深井、超深井机械钻速低,建井周期长,钻井成本过高的问题,分析了川东地区钻井速度低的原因,介绍了岩石的各种性质,钻头选型依据以及如何评判钻头井下使用情况等方面的知识,阐述了合理使用钻头的方法,提出了在川东地区高陡构造地层中提高钻井速度的三种措施:(1)采用以偏轴-钟摆钻具组合为主的钻井方式进行钻进;(2)开展喷射钻井,促进机械钻速提高;(3)开展水力加压器的应用.以期不断优化和强化钻进技术来提高钻井速度确保井身质量.     

非正常井眼对气体钻井下部钻具受力影响研究

提出了气体钻井中有井壁坍塌的非正常井眼下部钻具受力影响的研究,根据现场井眼坍塌形状,将该非正常井眼简化为椭圆截面的坍塌井眼,建立了下部钻具有限元分析的力学模型,开发了其有限元分析的ANSYS-APDL程序,可以方便地对钻具进行有限元力学分析.研究了4种非正常井眼情况下,下部钻具的受力情况,得到了钻具在坍塌井眼附近的变形位移、钻具弯矩、钻具内的应力分布大小以及钻头的偏转角等,为气体钻井坍塌井眼的井斜机理研究提供了研究方法和为其防斜打快提供了理论依据.     

牙轮钻头侧切试验研究

在定向井、水平井的造斜和扭方位作业中,钻头的保径侧切功能是影响钻井速度和井身质量的重要因素之一。模拟三牙轮钻头保径侧切齿形刮切破碎井壁岩石形成过渡带的运动,建立了试验装置;选择典型岩石,组合不同齿形、不同布齿结构、不同试验参数,进行了牙齿破岩及受力分析。研究结果对研究开发保径侧切功能强的造斜扭方位专用钻头具有实用价值,为合理确定保径侧切齿的齿形及布齿结构提供了技术依据。该项成果已在国内开发的第一种造斜扭方位专用钻头的设计中应用,并获得了成功。     

用等效外径法对塔式钻具组合防斜问题探讨

针对气体钻垂直井中塔式钻具组合防斜效果具有不确定性,在三弯矩方程的基础上,提出等效外径法对不等截面的塔式钻具进行力学特性研究,以等效外径法计算为依据,开发了简易的VB程序实现塔式钻具组合的力学分析以及对钻具组合优化设计和钻井参数调整,同时用ANSYS有限元软件二次开发ADPL语言编程实现塔式钻具组合侧向力的计算,这样不仅可以得到等效外径法计算的钻具侧向力大小,也可以得到有限元软件计算出的侧向力数据,并进行两种结果的对比分析.通过实例分析,所编写的VB程序能得到比较准确而且高精度的计算结果,同时探讨了影响钻具防斜效果的原因和改进方案.     

钻柱稳定器结构特点分析

稳定器是井斜控制井底钻具组合中的重要组件。在钻井中，目前广泛使用的仍然是常规的、不可变径稳定器。在查阅这类资料时，全面反映我国稳定器设计的相关资料太少。而美国稳定器却有多姿的结构、丰富的资料，特别在稳定器的整体结构和扶正段结构上很有借鉴的价值。通过对稳定器的资料综合与整理。较为全面地介绍稳定器结构类型和扶正段结构特点，为国内同仁对稳定器的设计、制造和使用提供参考。推进我国稳定器的进步。