新疆油田稠油水平井杆柱防脱扣研究

简要分析了新疆油田稠油水平井杆柱防脱扣情况,对水平井抽油杆柱脱扣原因进行力学分析和脱扣机理的分析,并提出了改进方案,现场应用取得明显效果。     

多级复合杆柱的等效计算方法分析

API等效计算方法在等效杆柱的变形量和体积保持不变的前提下 ,计算出等效杆柱的弹性模量和密度 ,进而按单级杆柱的计算方法计算复合杆柱中声波的传播速度和复合杆柱的基本固有频率 ,因此与实际情况相差较大。为此 ,提出一种新等效杆柱计算方法 ,即按要求计算出多级复合杆柱的基本固有频率 ,再按给出公式计算平均波速及等效面积 ,其余计算与API等效计算方法相同。     

水平井受压钻杆稳定性研究

本文基于弹性稳定理论中的能量原理提出了实用的工程计算方法，并给出了弯曲井段临界压曲载葆的直接求解方法，理论计算模型与国外发表室内试验数据相一致。     

斜井眼中具有初弯曲管柱的稳定性

利用能量法推导出斜井眼中具有初弯曲管柱稳定的轴向临界压力计算公式，讨论了初弯曲对轴向临界压力的影响。研究表明，轴向临界压力随初弯曲最大挠度的增大而减小，初弯曲对临界压力的影响随管柱所受侧向力的增大而增大，随管柱长度的增加而增加。当初弯曲最大挠度比较大时，对于受侧向力作用的较长管柱，初弯曲对管柱轴向临界压力影响很大，必须加以考虑。     

在水平井眼中存在下凹初弯曲钻柱的屈曲分析

分析了水平井眼中存在下凹初弯曲钻柱屈曲的性质和可能的屈曲形式,认为钻柱在初弯曲所在平面内不会发生屈曲,而只能在垂直初弯曲所在的平面方向发生屈曲。在此基础上利用能量法对其稳定性予以研究,推导出下凹初弯曲钻柱临界压力的计算公式。研究表明:在水平井眼中,当钻柱存在下凹初弯曲时不但不会减少钻柱的临界载荷,反而会增加其临界载荷,而且初弯曲程度越大,临界载荷增加的幅度越大;在水平井眼钻进中完全可以采用钻杆构成钻柱来传递压力,即使由于井眼弯曲造成钻柱发生下凹初弯曲时也不会影响钻柱的稳定性。     

水平井段受压钻杆稳定性研究

结合长庆油田塞平－１水平井钻井工程设计，建立了水平井段受压钻杆稳定性分析的力学模型，给出了临界屈曲载荷计算公式，并对塞平－１井受压钻杆极限钻压进行了理论预测，预测结果与现场实测结果吻合。     

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。     

水平井眼中管柱的屈曲和分叉

运用最小势能原理和变分方法,导出了描述水平井眼中管柱屈曲变形的微分方程——一个含有参数β的四阶非线性微分方程。求得了该非线性系统的两个分叉点(β₁=1, β₂=1.47)及相应的两个临界屈曲载荷F_crs和F_crh;并对其三种不同性态的分枝解进行分析。当β<β₁时,微分方程有零解,对应于管柱的直线稳定状态;当β₁≤β≤β₂时,微分方程有周期解,对应于管柱的正弦屈曲状态;而当β≥β₂时,微分方程有螺线解,对应于管柱的螺旋屈曲状态。本文的结果对水平井钻井、完井和增产改造等井下作业管柱的正确设计和作业参数的合理选择等具有重要的参考价值。     

弯曲井眼中钻柱的稳定性分析

用力法对弯曲井眼中钻柱的稳定性进行了分析计算，推导出了弯曲井眼中钻柱挠曲线方程的表达式。研究表明，弯曲井眼中的钻柱无论初弯曲的情况怎样微小，其承载能力总是比Euler临界载荷小，钻柱初弯曲的情况越严重，其承载能力越小。     

水平钻柱屈曲载荷的分析计算

文章把水平钻柱看作位于弹性支撑上的两端铰接的轴心受压杆件,利用平衡法对水平井眼中钻柱所能承受的临界载荷进行了分析计算,推导出了水平井眼中钻柱临界压力的计算公式。研究表明,水平钻柱所能承受的临界载荷与屈曲时的半波数有关。而半波数则与钻柱长度、几何参数,材料性质及地层弹性系数有关。     

水平井眼中受压钻柱的临界载荷计算

对水平井眼中钻柱所能承受的临界载荷进行了分析计算，推导出了水平井眼中钻柱临界压力的计算公式。研究表明，水平井眼中钻柱所能承受的临界载荷和所使用钻杆的单根长度有密切关系。钻杆的单根长度越长，钻柱所能承受的临界载荷越小。     

初弯曲对钻柱横向非线性振动的影响

应用摄动法对具有一定初弯曲的钻柱横向非线性自由振动进行了研究。推导出了钻柱横向非线性振动的基频和一阶主振动的一次摄动解公式 ;讨论了初弯曲对钻柱横向非线性振动的影响。结果表明 ,初弯曲对钻柱横向线性振动没有影响 ;钻柱横向非线性振动的基频随着初弯曲最大挠度的增大而减小 ,初弯曲对钻柱横向非线性振动基频的影响随钻柱长度的增大而增大 ,随轴向压力的影响而增加。建议对于具有较大初弯曲且受有较大轴向压力的长钻柱的横向非线性振动应当考虑初弯曲的影响。     

提高深井和超深井钻柱使用寿命的途径

在钻柱失效分析的基础上，综述了提高深井和超深井钻柱使用寿命的途径。从提高钻柱质量和改善钻柱服役条件两方面阐述了提高钻柱寿命的具体措施，即一方面提高钻具材料的韧性，优化钻具结构，使用内涂层钻杆和对螺纹进行表面处理；另一方面在保证提升能力前提下优先选用低强度钻杆，使用最佳预紧扭矩，选择合适的弯曲强度比，在钻艇和钻杆之间使用加重钻杆，控制腐蚀以及加强钻具的探伤与检验。     

运用ANSYS5.4作水平井钻杆转向轨迹参数试验

在水平径向钻进中 ,钻杆在其内部高压驱动下通过转向器由垂直方向向水平方向转向 ,在约 0 3m最小曲率半径内发生大于 90°的弯曲 ,而且转向轨迹是由多个参数描述的。对此 ,井运用ANSYS5 4软件完成了所设计的α、R、δ数值试验并对数值试验数据作了处理。分析表明 ,在其它转向轨迹参数不变的情况下 ,偏角α在所设计的范围内变动时 ,钻杆通过转向器的阻力波动较小 ;最小弯曲半径R在所设计的范围内变动时 ,钻杆通过转向器的阻力随着R的增大而减小 ;矫直偏量δ在所设计的范围内变动时 ,当δ >0 ,随着δ的增大钻杆通过转向器的阻力Fz 上升很快 ,而当δ <0 ,阻力Fz 随δ的减小下降较慢     

压裂水平井产能影响因素

水平井压裂后一般形成多条裂缝，由于地应力在水平井长度方向上的差异以及压裂工艺技术的限制，形成的多条裂缝在长度、导流能力、与水平井筒的夹角等方面不尽相同，且在生产过程中各裂缝相互干扰，增加了压裂后水平井产能计算的复杂性。结合水平井压后裂缝形态和生产过程中油气在裂缝中的渗流机理，建立考虑裂缝干扰的产能计算模型，并进一步分析了压裂水平井产能的影响因素。结果表明：产量随着裂缝条数、裂缝长度和裂缝导流能力的增加而增加；裂缝与水平井筒夹角越大，产量越高；对于不同的裂缝布局，不同位置的裂缝应该尽量错开排列，根部和端部裂缝的间距小于内部裂缝的间距；由于裂缝的干扰作用，不同位置的裂缝产量不同，处在中间位置的裂缝产量低。图6表4参13     

钻井液阻尼对钻柱动力失稳的影响

人们研究钻柱动力失稳时，往往忽略钻井液阻尼的影响，实际上钻井液阻尼对钻柱的振动是一个极其重要的影响因素。据此，研究了钻井液阻尼对钻柱动力失稳的影响。推导出钻井液阻尼时钻柱动力失稳区域的计算公式，讨论了钻柱动力稳定性与钻压及钻柱长度的关系。实例分析表明，钻井液阻尼有利于提高钻柱的动力稳定性，钻井液的流速越大，钻柱动力稳定性就越好，其失稳区域越小；钻压越大，钻柱越长，钻柱的动力稳定性就越差，其失稳区域就越大。     

用矩阵传递法分析水平钻柱的稳定性

在水平钻柱稳定性的研究中,一般把水平钻柱看作均质等直杆,但实际上钻柱是由钻杆连接而成,存在直径较钻杆本体部分大的钻杆接头。鉴于此,利用矩阵传递法对水平钻柱的稳定性进行分析研究,研究中考虑了钻杆接头的影响,把每根钻杆视作一个单元,求出其单元矩阵,由于井壁在钻杆接头处给水平钻柱一弹性支承,因此应求出相应的弹性支承传递矩阵,然后通过各单元传递矩阵及弹性支承传递矩阵相乘,获得水平钻柱两端的状态向量关系,再代入两端约束条件,即可求得水平钻柱临界钻压。这种方法既适用由单一钻杆组成的水平钻柱,也适用于不同杆径、杆材组成的水平钻柱。     

扶正器作用下的钻柱横向振动分析

以往对钻往横向振动的研究大都是将钻柱假设为两端铰支的简文梁，而没有考虑扶正器的作用。基于此，采用连续梁钻柱模型，推导出扶正器作用下的钻柱横向振动的频率方程和振型函数的精确解析式。所得公式对轴向受压钻柱、轴向受拉钻柱、无轴向力钻柱和有任意个扶正器及考虑钻柱自重等各种情况都适用。比较了连续梁钻柱模型和简支梁钻柱模型在固有频率和振型等方面的不同。通过实例分析，说明了扶正器数目越多，轴向压力对固有频率的影响越小，钻柱失稳临界压力就越大，即稳定性就越好。