油气井钻柱系统非线性自激振动机理研究

油气井钻柱系统受到外部扰动容易引发非线性自激振动。以钻柱黏滑振动为例,建立了钻具与岩石间的非线性扰动扭矩模型及钻柱系统双自由度集中参数模型。首次提出了钻柱系统的等效阻尼扭矩公式和相对于平衡位置的能量公式,揭示了等效阻尼扭矩对激发钻柱黏滑振动所起的作用,探索了发生黏滑振动时钻柱系统能量的变化规律,分析了钻柱系统的非线性自激振动机理。仿真结果表明,在非线性扰动的作用下,钻柱系统出现负阻尼,等效阻尼扭矩对系统做正功,系统从外界吸收振动能量,破坏了系统平衡点的稳定性。钻具转速反馈作用调节能量输入使钻柱系统维持不衰减的持续振动,每个振动周期内系统输入的能量等于系统耗散的能量。钻具转速振幅较小时能量增加,转速振幅较大时能量减少,且钻柱系统吸收的能量主要转化为系统的势能。     

中原油田富县探区钻柱失效的预防技术

分析了中原油田富县探区古生界探井钻具失效的主要原因，根据地质条件和钻井需要，优选了井身结构、合理设计钻具组合、优化钻井液体系、优选钻头类型和配套钻井参数，并采取了切实可行的预防钻柱失效的措施，在富古5井上取得了很好的效果。     

竖直井底部钻具动力学特性的有限元分析

在石油钻井过程中,钻柱的运动过程非常复杂,不仅存在纵向、横向、扭转振动,而且还与井壁发生随机接触碰撞和摩擦.充分考虑钻柱与井壁以及钻头与岩石的随机碰撞作用,建立了竖直井底部钻具系统(BHA)非线性动力学有限元模型,研究了工作过程中的BHA系统的纵向、横向和扭转振动,分析了钻柱在受到井壁约束下的瞬态动力响应特性,探讨了B...     

钻井流体粘度对钻柱纵向振动的影响

针对气体钻井技术在低压油气田开发中出现气体钻井的钻柱振动和钻具破坏的问题,概述了气体钻井面临的钻柱振动问题、钻具破坏问题和解决问题的途径.介绍了位移激励法的钻柱纵向振动分析的数学模型和力学分析软件.对钻井流体粘度对钻柱纵向振动的影响规律进行了研究.数据表明,钻井流体的粘度对钻柱的纵向振动影响较大.在一般情况下, 钻井流体的粘度越小, 钻柱的振动幅度越大.钻井流体的粘度对钻柱振动的共振频率影响不大.气体钻井虽然提高了钻进速度,但同时也对钻具防破坏技术提出了更高的要求.     

钻柱与井壁振动碰撞特性的有限元分析

在考虑钻柱外钻井液的影响下，建立了钻柱与井壁碰撞的横向振动方程，并提出了分析振动碰撞特性的有限元计算模型，对碰撞力采用非线性弹簧和非线性阻尼器来描述，计算结果表明，钻柱与井壁之间的间隙，对钻柱的频响特性和碰撞力的大小有影响，本文的研究结果为实钻时避免钻柱的偏磨和钻柱寿命的预测提供了依据。     

涪陵页岩气田“井工厂”油基钻井液重复利用技术研究

油基钻井液的多次重复使用会出现低密度劣质固相含量偏高、流动性变差、失水增大等问题,会引起定向钻进托压、电测遇阻等井下复杂情况。研究油基新老浆的流变性、固相含量、固相粒度分布、重晶石的固相粒度分布情况等,发现油基钻井液重复利用的关键在流变性控制和固相控制,而微米和亚微米颗粒比例增多是影响油基钻井液流变性的关键因素。以此为基础,在室内对油基老浆的性能进行了优化,并应用于实践,有效提高了油基钻井液的重复利用率,降低了成本,增加了钻井作业安全环保性。     

抗高温低固相钻井液在桩古斜411井的应用

桩古斜411井是胜利桩西潜山油藏的一口探井，该区块为高温低压油藏，前期使用的低密度低固相钻井液高温稳定性差，在钻井过程中，易出现流变性调控难、电测遇阻及储层污染严重等难题。针对该区域的地质特征和钻井要求，研发出抗高温低固相钻井液，并进行室内评价实验。实验结果表明，形成的钻井液抗温≥200℃,具有黏度低、切力高、稳定性强等优点，同时体系封堵性能强，滤失量小，能最大程度地减少钻井液固相颗粒和滤液进入储层，滤液表面张力≤26 mN/m,水锁损害小，渗透率恢复值≥90%。现场应用表明，桩古斜411井施工过程中没有出现严重的复杂情况，电测一次成功率均达到100%。平均机械钻速为9.86 m/h,钻井周期提前7.75 d,有效减少了钻井液对储层的浸泡时间，体系油气层保护效果显著，试油时产油量为34 m³/d,产气量超出9 900 m³/d,增产效果明显。     

车古208-斜1井四开小井眼钻井液技术

车古208-斜1井位于济阳坳陷埕南断裂带车古20潜山车古208区块,设计井深4 818.58 m,实钻井深4 888.00 m.四开井眼尺寸小,容易井漏.斜井段容易形成岩屑床,井眼净化难度大,容易造成砂桥卡钻.施工中钻具紧贴井壁运行,井壁稳定及润滑防卡难度大.通过使用低固相钻井液体系,施工中井壁稳定,井下安全.车古208-斜1井四开小井眼的钻探成功表明低固相钻井液体系适应本区块地层特点,有助于本区块的进一步勘探开发.     

下部钻柱有限元动力学仿真研究

针对下部钻柱在钻井过程中的振动状态,分析了振动机理,并建立下部钻柱组合节点单元三维动力学模型,运用强迫频率理论和高斯列主消元法对动力学方程组进行求解,得到不同转速下的最大径向变形及弯曲应力,绘出相应的幅频响应曲线,确定相应的临界转速.研究表明,钻柱转速对钻柱振动影响较大,通常钻柱工作转速要避开钻具组合谐振频率,可减缓钻柱振动,保护钻柱.     

垦古22-平1井钻井液技术

垦古22-平1井是胜利油田的一口重点水平井,首次采用多套钻井液体系在垦古区块施工,并取得了成功。该井上部地层泥岩易造浆缩径、砂岩疏松、成岩性差;下部地层岩性脆硬、易掉块、坍塌。目的层为奥陶系,地层压力系数低。根据地层特点和井身结构,二开选用聚合物-聚磺钻井液体系,该体系具有良好的防塌性、抑制性、携砂悬浮能力好,采取混原油提高润滑性;三开地层压力系数低,先期优选无固相钻井液体系,机械钻速高;钻遇严重漏失地层时,采用泡沫钻井液体系,达到了防漏和保护油气层的目的。     

气体钻井钻柱损伤疲劳寿命预测模型研究

针对气体钻井钻柱频繁断裂失效问题,以现代损伤力学研究为基础,分析钻柱损伤演化过程,建立气体钻井钻柱损伤疲劳寿命预测模型。由钻柱损伤疲劳寿命模型得出损伤度是影响钻柱疲劳寿命的主要因素,引入损伤梯度并进一步通过算例研究钻柱所受轴向载荷、损伤度及应变之间的关系。根据理论与算例分析可得,随着轴向载荷增大,损伤度与应变逐步由空间周期关系转变为类周期关系,出现损伤局部化,导致钻柱的疲劳失效。     

新型扭转振动工具动力学模型与降黏特性

在油气开采过程中，随着钻井深度的增加，岩石硬度加大，井下摩擦阻力较大，钻柱系统易发生粘滑振动，这将导致部件过早发生故障，钻井作业效率低下，因此对于粘滑控制技术的研究具有重要意义。结合钻井过程中的实际工况，提出了一种新型扭转振动工具，建立了基于该工具的钻柱系统扭转振动模型以及非线性动力学模型，分别进行了算例分析与实验测试以研究工具的降粘效果。算例分析时采用控制变量法，首先在给定转盘转速、钻压的情况下，对比分析了有/无工具时的钻柱系统各部件角速度，然后在相同钻压、不同转盘转速和相同转盘转速、不同钻压的情况下，分别对钻柱系统中有/无工具时的钻头角速度进行了求解；在实验过程中，对同一口井进行了有/无工具的测试，并结合未使用该工具的相邻井录井数据，分析了该工具的降粘效果。研究结果表明：在相同工况条件下，使用该扭转振动工具，可明显消除或抑制粘滑振动，同时，适当增大转盘转速，适当降低钻压可在一定程度上抑制钻柱的粘滑振动；在误差允许范围内，理论计算结果与测试结果相符合，验证了理论模型、求解方法以及算例分析的正确性。所提出的新型扭转振动工具、建立的动力学模型与研究结果对于减少粘滑振动、提高破岩效率具有重要参考意义。     

钻削高强度钢的硬质合金整体群钻研究与开发

目的开发研究用于钻削高强度钢的整体硬质合金群钻钻型．方法吸收普通群钻钻型的经验,改变内外刃结构形式和参数,通过系统钻削试验优化钻刃结构及其几何参数,分析钻削效果．结果新钻型的钻削力降低１０％－２０％,钻削效率（单位时间钻孔数）提高２－３倍,加工精度和表面质量提高约１级．结论新钻型具有优良的钻削性能     

钻进中钻柱系统的辨识

在钻井过程中,钻柱振动系统是一个很复杂的动态系统,它不仅具有复杂的不确定的边界条件,而且具有显著的随机特征。在随机信号理论基础上,提出了一种用互相关辨识钻柱系统的新方法;结合输入信号和输出信号,利用钻柱系统的脉冲响应,讨论了钻柱的临界转速、钻柱共振、钻柱与井壁之间的相互作用、所钻地层岩性等钻井工程问题。     

低压及欠平衡钻井中注气量对井内压力的影响

以多相瞬变流理论为基础,建立了井筒内气液两相流动模型,并对低压欠平衡钻井中注气量对井内压力的影响关系和规律进行计算和分析。计算分析结果表明,注气量对井内压力的影响除与注气量本身大小有关外,还与井深、井眼与钻柱结构尺寸、井内液相流量和性质等因素密切相关。单纯增大注气量并不一定就必然会导致井内压力的降低,这取决于所给条件下构成井筒内气液两相流体的静液压力和流阻间的平衡关系。介绍的模型及方法对确定低压欠平衡钻井过程中各相关参数、地面压缩机组的配置、以及设计方案等有一定指导意义。     

固液耦合整体求解方法解井下流动和传热问题

将井下钻井液、地层、水泥环、套管、钻柱等中的流动和传热组合起来,作为一个统一的过程来进行求解,从而避免了不同区域间的反复迭代,有利于井下复杂的井身结构和钻柱组合的处理。数值模拟结果和现场测量数据的对比初步说明该方法是可行的。     

斜直井内多扶正器钻柱的空间弯曲变形

本文提出了斜直井内多扶正器钴柱空间弯曲变形的计算模型。通过Laplace变换,获得该问题的解答。利用本文提出的计算方法,对于确定的井身设计,根据相应的地层情况,在满足文中所叙述的条件下,可得到钻具组合以及钴井参数的选择原则。     

Exploration and determination of the principles of rotary-percussive underground slimhole drilling简

A possibility of the efficient use of rotary percussive drilling to provide drilling smaller diameter holes (40–70 mm) both in mining and prospecting is disclosed herein. A new construction designed for the nipple thread connection is described. The relative amplitude variation, change of power pulse time and energy in their propagation throughout the drilling tool are determined. A possibility of the efficient power pulse transfer along the drill string to the rock destruction tools with new nipple connections which allow automating the make-up and breakout system of drill pipe was supported by experiments.     

钻柱纵向振动模型的建立及求解方法

在牙轮钻头与井底岩石互作用模型的基础之上,将钻头在井底作纵向往复运动的位移作为钻柱纵向振动的下端边界条件,在适当简化的条件下,利用弹性杆理论和单元法建立了钻柱在钻井过程中由于钻头与岩石互作用及钻柱的弹性变形而导致钻柱产生纵向振动的动力学模型在给定初始条件和边界条件的情况下,采用数值计算方法求解了钻柱纵振模型。为进一步弄清钻头、钻柱在钻井过程中的实际运动规律和动力学性能,改进钻头、钻柱的设计方法,预防钻头、钻柱早期失效奠定了基础。     

石油钻井中钻具失效的支持向量机技术

针对钻具失效影响因素多,隐蔽性强的特点,提出了一种运用支持向量机技术分析钻具失效的新方法;建立了基于支持向量机技术的钻具失效模型,通过小样本数据优化,利用该模型对现场数据进行了模拟预测实验．实验结果与实际情况相吻合．