基于ABAQUS的底部钻具组合下垂误差校正分析

井眼轨迹姿态计算精确度受井斜角、方位角以及测深三个关键参数影响,其中底部钻具组合下垂误差是影响井眼轨迹计算精度的主要误差源,对底部钻具组合下垂误差的精确校正能够使井眼轨迹更接近真实值.参照实钻井眼钻具组合,借用ABAQUS仿真软件构建重力场下底部钻具组合受力变形分析模型,求解钻柱轴线各点下垂误差值并获取测点位置下垂误差...     

底部钻具组合力学性能分析及优化

深井段复杂地层倾角大,井斜控制难度大,严重影响了安全钻进。为准确控制井眼轨迹,提高钻具的造斜能力,采用纵横弯曲梁法建立力学计算模型,分析井眼曲率、地层倾角、各跨长度和外径、柔性短节、稳定器外径、翼肋推力、钻压和井斜角等因素对多种底部钻具组合力学性能的影响,优化底部钻具组合。研究结果表明：弯螺杆相比于直螺杆有更好的防斜纠斜能力,更适合在深部造斜力强的地层使用;当方位角在25°与205°时地层侧向力最小;定向井段井眼曲率对2种螺杆钻具组合的导向力影响最大,井斜角次之,钻压影响较小;翼肋推力对弯螺杆推靠式旋转导向钻具组合(RSBHA)的造斜力和造斜性能影响最为显著,钻压次之,井斜角的影响较小。研究结果可为复杂地层井斜规律的研究和控制提供参考依据,钻井工具的合理组合及优化对减少井斜问题、顺利完钻起着重要作用。     

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。     

传统底部钻具组合在S形定向井中的应用

东海平湖油气田某S形定向井 ,在直径 311mm及 2 16mm井眼钻进中多次使用了传统非导向旋转底部钻具组合 ,均获得较好的使用效果 ,以简单的底部钻具组合有效地控制了较复杂的井眼轨迹。文中分析了底部钻具组合结构、钻井参数、地层特性及井眼几何特性等因素对底部钻具组合使用效果的影响 ,其结果可供类似井作业借鉴。     

定向井常用钻具组合

介绍了定向井钻井过程中“直-增-稳-降-稳”阶段常用的钻具组合,结合现场所用钻具,分析了各个阶段所用钻具的特点,并优选了钻具组合。     

自动防斜钻井钻具设计

目前所使用的各种钻具主要是靠钻具本身的重力来产生降斜力,在井斜角很小时,降斜力一般很小,在某些区块钻井时不能满足防斜要求。据此,设计了一种自动防斜钻井钻具,该工具包括钻铤体、偏心套筒、钢球、活塞及螺栓等。偏心套筒通过钢球挂在钻铤体外表面上,该偏心套筒一端部的内壁上有一环槽,并且该端部上位于薄边处还沿轴向延伸出一个凸台,该凸台内有一与有环槽贯通的两端封闭的弧形半环槽。在钻铤体上,与环槽对应处有与该钻铤体内腔贯通的通孔,与半环槽对应处有导流孔,该导流孔通过流道与钻铤体上的活塞腔相连通。在活塞腔内有一活塞。该钻具根据不倒翁原理和千斤顶原理,能够自动利用液压力量来产生降斜力,从而防止了井眼的偏斜。     

井眼间隙对下部钻具组合横向振动的影响

将下部钻具组合看成钻头处铰支的细长梁，同时考虑井眼间隙与钻压波动对下部钻具组合的作用，应用有限单元法建立下部钻具组合的动力学基本方程，采用数值模拟的方法得到下部钻具组合动态响应，并进行频谱分析。对不同井眼间隙时的下部钻具组合的横向振动数值模拟结果表明，振动幅值随稳定器与井壁之间间隙增大而增大。并且可能存在稳定器与井壁之间的间隙的临界值，当达到该临界值时，钻具组合的振动剧烈。     

铰接式钻具组合的动力学分析

应用有限单元法对铰接式钻具组合进行了动态分析,推导了铰接点单元的刚度矩阵和载荷列阵,同时考虑钻头的轴向激振和钻柱与井壁的相互作用,用Newmark法在时域里分析了一种铰接式钻具组合的横向振动,并在频域里进行了讨论。分析表明,轴向扰动激起铰接钻具组合多阶谐波分量,钻头侧向力动态分量的幅值与井斜曲率成正比。数值结果表明,井眼扩大是钻具组合动态响应的一个重要影响因素,如果井眼扩大较小,钻具组合的振动表现有周期性,而当井眼扩大较大时,振动不再是周期性,且钻头侧向力动态分量的幅值增加。     

新型铰接式钻具组合特性分析

对一种新型铰接式钻具组合进行有限元分析,采用自由度凝聚法缩减铰接点的转动自由度并对铰接式钻具组合进行单因素影响分析,如井斜曲率、钻头稳定器的磨损量、结构弯角、钻压、井斜角、钻头稳定器与钻头之间的距离等对钻头侧向力的影响.结果表明,为了获得较好的铰接钻具造斜率,应考虑2种途径1)在实际操作过程中,应仔细控制稳定器的磨损量,控制井眼扩大;2)在钻具结构设计中,应优化结构弯角和钻头稳定器与钻头之间的距离这些参数.     

带旋转导向工具底部钻具组合的动力学特性分析及参数优化

带旋转导向的底部钻具组合（RSBHA）在钻井过程中发挥着极其重要的作用,现场更多关注的是其导向能力,对它的工作状态平稳性没有严格要求。为防止RSBHA的剧烈振动和失效事故,建立了RSBHA的动力学模型,运用有限元法分别计算分析了不同结构、不同转速、不同钻压条件下的底部钻具组合的动力学特性,求得了动态位移和动态弯曲应力。结果显示:合理安放稳定器能够有效地减弱RSBHA的横向振动,降低其动态弯曲应力;转速对RSBHA的动态弯曲应力影响很大,当转速为100 r/min时应力水平最低,180 r/min时应力水平最高;带旋转导向的钻具组合结构合理时,增大钻压时,其横向位移变化较小,动态弯曲应力分布比较合理。该结果为进一步研究RSBHA提供了理论依据。     

阶梯水平井钻井技术

阶梯水平井是在水平井完成第1水平靶区后,通过降斜、稳斜、增斜段的调整,进入并完成第2水平靶区井段的水平井钻井技术。该技术将水平井技术又推上了一个新的高度。使水平井的应用扩展到常规油气层,连续薄油层、断块油层等复杂油气田。文中从施工难点、优化工程设计、井眼轨迹控制3方面论述了阶梯水平井的钻井技术。列举了TZ406井、YX2P1井、LN61-H1井3口阶梯水平井的施工数据。针对TZ406井施工经过、施工要点、施工技术措施,对阶梯水平井的设计、轨道控制技术、施工难点经验、体会和认识,做了全面的论述。现场应用表明:阶梯水平井显著地增加了产量,大幅度地提高勘探开发的综合经济效益,必将成为油气田开发的重要手段之一。     

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。     

导向钻具组合在江苏油田的应用

导向钻井技术是井眼轨迹控制的一项领先技术。江苏油田在定向井钻进中应用了导向钻井技术,取得了较好的经济效益。文中着重介绍了导向钻具组合的结构,钻头、钻井参数的优选,优化井身剖面设计,井身轨迹控制技术,导向钻具组合应用等,并总结出了适合江苏油田?2 15.9mm井眼的导向钻具组合系列。对其它采用导向钻井技术的井眼轨迹控制技术有着现实的指导意义。     

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。     

靖平2井钻井技术

靖平2井是长庆石油勘探局独立完成的第1口水平井,由于该井优化井身结构,简化施工程序,造斜点低,靶前距短,水平段长,施工难度大,因此采用了防斜快钻技术。详细介绍了靖平2井的地质情况与井眼轨迹设计,斜井段轨迹控制方面的难点、要求和措施,给出了取得的技术成果和几点建议。     

赵东F-1大位移定向井钻井技术

赵东F-1井是大港油田第一口对外反承包的四段制定向探井,是我国陆上迄今为止水平位移最大的定向井,共有4个靶点。完钻井深4420m,垂深3329.02m,水平位移2624.70m,最大井斜52.48°;中靶精度高,靶区偏差最大17.94m,井眼轨迹与设计线最大偏差仅2.3°。应用电动钻机和顶部驱动钻井设备,优化钻具组合,完善钻井液性能,仅用79d就安全优质地钻成了这口大斜度高难度定向井。详细介绍了施工过程及技术措施。     

公转下部钻具受力与轨道控制的初步分析

地面驱动的带弯角或偏轴的导向钻具和防斜钻具已经广泛地应用于水平井、大斜度井、大位移井、分支井和直井钻进中。由于对该类钻具的力学特性和轨道控制理论研究不足,使得应用效果不稳定。要解决该类钻具的轨道控制问题,必须解决下部钻具的稳定性判别、下部钻具各点的运动状态判别和参数分析、下部钻具动力学分析的数学模型、钻头与地层动态作用模型和井眼轨道预测方法。文中初步探讨了问题的性质、可能遇到的问题和解决问题的途径。     

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。     

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。