基于ANSYS的钻柱纵向振动固有频率影响因素分析

基于ANSYS软件对钻柱纵向振动固有频率影响因素进行了分析,通过建立有限元模型,对钻柱的纵向振动固有频率进行了模态分析。讨论了不同钻井液流速对钻柱纵向振动的影响,并当钻井液流速一定时,模拟不同钻杆长度、钻铤长度以及减震器的不同型号对钻柱纵向振动固有频率的影响。研究表明:当钻井液流速变化时,对钻柱纵向振动的固有频率没有影响;当钻井液流速一定时,随钻柱长度增加,钻柱纵向振动的固有频率增加;随钻铤长度的增加,钻柱纵向振动的固有频率有所下降,各阶下降幅度有所不同;减震器能够起到一定的减震的作用,但效果不大。     

基于ANSYS软件的钻柱横向振动分析

采用ANSYS分析软件对2000m以内钻柱在垂直孔、不考虑接头影响和忽略钻头几何尺寸条件下的整体横向振动进行分析,得到钻铤长度、钻柱长度对固有频率的影响及具有意义的一些认识,同时获得钻柱横向振动的1、2、3、4、5阶固有振型。结果表明:钻柱的横向振动低阶固有频率随钻铤长度的增加而增加,而高阶固有频率随着钻铤长度的增加很快又降低;固有频率随着钻柱长度的增加而减小。为实际钻进工程提供理论依据。     

钻柱内钻井液密度对钻柱横向振动的影响分析

在钻井过程中,钻柱振动很容易发生,强烈的振动将引发钻井事故。钻柱横向振动危害较大,影响因素比较多。从理论上分析了钻柱内钻井液密度对钻柱横向振动频率的影响规律,为现场计算钻柱共振转速提供依据,减少钻柱剧烈共振发生。根据最小作用量原理,采用欧拉法建立了考虑钻柱内钻井液密度影响的钻柱横向振动微分方程,得出了钻柱横向振动频率数学模型,分析了钻井液密度对频率的影响规律。并用ANSYS软件建立振动模型模拟分析钻柱振动,求解出振动频率,与模型计算结果规律基本一致。     

基于钻柱振动下的反井钻机凿岩系统研究

通过有限元法对反井钻机在凿进几组不同井深时钻柱系统的振动特性进行了仿真求解;并采用最小二乘法对所求固有频率进行了数值拟合,得到随成井深度钻柱系统固有频率的分布情况,在此基础上提出了钻柱系统振动激励输入安全图。结果表明,随着成孔深度增加,钻柱系统各阶振动固有频率降低;外部输入激励安全区域发生显著变化。     

基于ANSYS软件的钻柱纵振模态分析

采用ANSYS软件对钻枉的纵向振动特性进行了分析,建立了钻柱的实体模型和有限元模型、通过模态分析技术,计算出钻柱的纵向振动的各阶固有频率,为实际钻进工程提供了有利的数据。     

空气钻井钻柱疲劳寿命预测研究

空气钻井采用具有极大压缩性的空气作为循环介质,可大幅提高机械钻速、有效发现及保护油气层、高效治理恶性井漏,因而获得快速发展.然而空气钻井经常发生钻具失效断裂事故,增加了钻井周期和成本,给后续钻井作业带来了困难.针对这一问题对钻柱进行了三向应力分析,改进了钻柱疲劳寿命计算模型.该模型反映了运动状态对寿命的影响,可用于无裂纹和有裂纹钻柱的疲劳寿命预测,计算结果和现场实际情况基本相符,对空气钻井的现场运用具有一定的指导意义.     

钻柱振动特性的仿真分析

钻进过程中,钻柱振动是不可避免的,而且钻柱产生振动的原因是多方面的。随着研究的深入,人们不仅认识到钻柱振动对钻井作业产生的负面影响,还认识到利用振动可以得到许多井下信息。运用一根钻杆模型,分析了其在不同工作状况下的振动特性,得到了钻杆在横向、纵向、扭转振动的多阶振型,以及对应的应力应变图。对照振型和应力应变图,联系钻井实践中各种钻柱失效形式,以期从中找出一些振动与钻柱失效的关联,更好地利用振动去解决生产问题。     

气体正循环钻井压力模型

气体钻井是一种与传统钻井方式相比有着很大区别的欠平衡钻井。为了合理预测井内流体的流动特性,有必要推导出统一适用的理论公式。气体体积流量是保证欠平衡钻井施工的关键,由于采用具有极大压缩性的气体作为循环介质,其循环系统的体积流量与压力变化密切相关,因此气体钻井压力计算成为研究重点。按照气量从钻柱内注入沿环空上返的顺序,分别对钻柱和环空处压力公式进行了推导,建立压力随深度和温度变化的计算模型,并以空气钻井为例求解各处方程通解。根据边界条件确定常数,就可获得压力随温度和井深变化的规律,进一步计算即可确定体积流量,为合理选择空压机等配套设备,确定钻进方法提供理论依据。     

预紧力对锚杆锚固系统横向振动频率的影响分析

根据煤矿锚杆的结构和受力特点,建立锚杆横向振动的力学简化模型,分析得到锚杆固有频率、长度和预紧力等参量间的相互关系;并针对锚杆的实际工作环境,建立锚杆支护系统动力分析的数值计算模型,应用ANSYS软件分析得到不同预紧力作用下锚杆支护系统固有频率的分布特征。结果表明:预紧力锚杆以横向振动为主,系统各阶自振频率随锚杆预紧力的增大而增大,且锚杆预紧力改变对锚固系统的低阶频率影响比对高阶频率更大,并给出预紧力与系统基频之间的拟合函数,该函数与理论分析结果基本相符。研究结果为锚杆的预紧力检测提供了理论依据。     

空气钻井井下着火机理浅析

空气钻井是一种欠平衡钻井方式.在有大幅提高机械钻速、保护储层和解决井漏等优点同时,亦存在许多问题,井下着火就是其中之一.由于井下着火、燃爆的机理复杂,业界尚未建立有效的模型进行模拟、预测.借鉴燃烧学基本理论,对空气钻井井下着火、燃爆的点火机理和燃爆极限进行了分析.使之方便的判断井下是否着火、燃爆,为空气钻井的安全钻井提供保障.     

反循环钻井工艺技术及发展趋势

反循环空气钻井技术作为欠平衡钻井的重要分支,在国内处于起步阶段,相关理论计算、工艺参数设计及配套设备尚未成型。介绍了反循环空气钻井技术基本原理及技术特点,在不影响正循环气体钻井作业的前提下,分析了反循环空气钻井施工工艺参数及作业程序,并总结了反循环空气钻井技术的发展趋势。     

深井套管磨损原因及防护

深井由于钻井时间长，钻柱作用于套管内壁的侧向大等原因，套管磨损的问题越来越突出。本文从钻井状况、钻井液、钻柱与套管的材料、钻柱重量及井眼曲率和钻井方式等五个方面分析了套管磨损的原因，并从钻井工艺技术措施、套管内壁涂层、钻杆接头表面处理、钻井液成分及添加剂、钻杆保护器等五个方面提出了减少套管磨损的技术措施。     

轴向荷载对锚杆横向振动特性影响的数值分析

基于梁的横向振动理论,建立了锚杆横向振动的力学模型,得到了轴向荷载下锚杆横向振动的控制方程。考虑了轴向荷载对锚杆托盘与围岩接触的影响,通过ANSYS建立有限元模型,将接触面用实体单元替代,对不同轴向荷载下的锚杆做了有预应力的模态分析。模拟结果表明,锚杆横向振动固有频率都随轴向荷载的增大而增大,而且对不同岩性条件下的锚杆横向振动影响稍有差别,对各阶固有频率的影响规律也不尽相同,低阶规律较为明显,其中1阶、2阶、3阶随轴向载荷基本成线性增长。该结论可为煤矿、公路以及边坡锚杆轴向受力的实时无损检测提供指导。     

空气钻井选井分析

近年来,由于空气钻井工艺在技术和经济上的优势而在国内大范围试验应用,但是,作为一项新技术,其本身还具有很多的局限性,在实际使用中暴露出很多问题.通过对空气钻井现场施工过程中遇到的问题进行总结,提出了如何选择空气钻井井段,以及在实施空气钻井过程中遇到那些问题需要转换成常规钻井液钻井方式,对现场空气钻井施工具有参考价值.     

深部地质取心钻探钻柱失效行为分析

国家的"三深一土"规划确定全面开展深地探测,而在深地探测中钻柱是最重要的连接纽带,其长期在充满钻井液的井眼内工作,受力十分复杂,且受腐蚀、磨损、温度等影响,极易发生钻柱失效事故,造成重大经济损失。研究发现,振动是引起钻柱失效的主要原因,但是深部地质钻探中除了振动引起钻柱失效外,还包括钻柱质量因素、人为因素、钻井质量、套管下入因素、测斜因素以及钻井液因素引起的钻柱失效,本文针对这些影响因素提出了对应的预防措施。同时随着地质钻探井深的不断加深,地质钻探钻柱动力学研究会变得越来越重要,这就需要地质钻探人员在充分考虑地质钻探钻柱失效影响因素的前提下,加大对地质钻探钻柱动力学的研究,以更好地保证深部地质钻探的顺利进行。     

庆深气田深层勘探钻井配套技术研究与应用

针对庆深气田深部地层的地质特点,开展深层天然气勘探钻井配套技术研究。在非储层试验深层提速配套钻井技术、空气钻井工艺技术;在储层采用欠平衡钻井、充气钻井工艺和储层保护技术。通过近2年来在庆深气田深探井试验了23口井深层提速钻井配套技术,13口井欠平衡钻井技术,1口充氮气钻井技术,1口空气和充空气钻井技术,大幅度提高了钻井速度,及时发现和有效保护了气层,取得了重大的技术突破,为松北深层徐家围子地区天然气勘探展现1000亿m3储量规模起到了关键技术作用。     

徐深21空气钻井实践与认识

徐深21井是大庆第一口空气钻井，钻井目的是提高徐深21井泉二段及其以下非储气层的钻井速度，探索空气钻井条件下的井眼稳定情况，寻找提高大庆油田深层机械钻速的新工艺新技术。该井在钻探过程中采用了空气钻井技术，选择合理的注空气量和井控技术进行欠平衡钻进，大幅度提高了钻井速度，缩短了钻井周期，初步形成了适合于大庆长垣东部深井提速的新工艺新技术。同时，介绍了徐深21空气钻井的主要设备、工艺流程以及在空气钻井过程中出现的问题和解决办法，对空气钻井现场作业具有很好的实用性和指导意义。     

绳索取心复合钻柱的动力学行为研究

绳索取心复合钻柱在岩心钻探"满眼钻进"过程中,钻杆易出现不同程度的划痕、压痕及磨痕等情况。本文利用非线性有限元方法,采用三维管单元对绳索取心复合钻柱拉压两处截面的涡动轨迹、涡动速度、横向振动、纵向振动规律进行了分析。结果表明:转速的增加和钻压的增大会显著增加钻柱与井壁的碰撞次数;在相同钻压条件下,随着钻柱回转速度的增大,钻柱与井壁的碰撞机率增加、接触轨迹增长,致使钻柱与孔壁的滑动摩擦机会增多;钻柱的涡动速度均值将随钻压和转速的增加而增大,转速大于钻压的影响;转速的增加则会加大钻柱的横向振荡频率,钻压的增大会增加钻柱横截面的纵向振荡幅值。     

气液转换技术在毛坝8井的应用

空气钻井技术在川东北地区的广泛应用,大大提高了机械钻速,解决了因井漏原因造成的复杂情况,缩短了钻井周期,节约了钻井成本。但受到地层因素的影响,必须转换为泡沫钻井、常规钻井液钻井方式。诸多井在使用完空气钻后,转换钻井液过程中,出现不同程度的下钻遏阻、井壁垮塌等问题。毛坝8井在空气钻井后,在长达2501．29m的裸眼井段中进行了气液转换,并取得良好的效果。     

钻柱动力学仿真方法及模型研究进展

钻柱长期工作在充满钻井液的狭长井眼里,受力情况非常复杂.钻柱动力学的研究对实际的钻井作业有重要的指导意义.国外钻井服务公司在深入研究钻柱动力学理论基础上开发出了各自的钻柱动力学仿真软件.重点介绍了美国Bakers Hughes、Smith Tool以及法国Drillscan公司开发的钻柱动力学软件及其理论模型,着重介绍了它们的建模方法及数值求解技术.最后指出了国内开发钻柱动力学仿真软件的重要性,指出在利用成熟商业有限元软件的基础上,通过二次开发实现钻柱动力学仿真的方法.研究结果对于在石油工程中采用数值方法分析超细长杆管柱在复杂井身结构及拟实工况下的工作行为具有一定的指导意义.