测控钻头是智能化底部钻具组合的关键部件

由于现有模式不能预测振动，且精确重现井下复杂情况的地面测量不能实现，目前井下振动仍然是个亟待解决的问题。本文叙述了用加速计、应变仪和接触传感器实现ＰＤＣ钻头的仪表化。通过这些传感器有可能实现时间及频率范畴内的直接测量：如瞬时转速、沿三个轴线的加速度、井下钻压（ＷＯＢ）、井下扭矩、钻头所消耗的功率、井眼偏心度以及钻头中心轨迹；还能间接测量出预计的井下钻速（ＲＯＰ）、磨损量以及比能。具有最新技术的军用     

底部钻具组合力学行为的钻头边界效应研究

通过对钻头处受力情况的深入分析,否定了以前在分析底部钻具组合时,将钻头处的边界条件看作铰支 (即弯矩为零)的一惯做法,提出了应先将钻头处看作是固支 (即转角为零),只有当弯矩达到一定值时,才能出现转角的新观点,并给出了计算弯矩最大值的公式,通过算例对比了 2种处理方法的差别。     

底部钻具组合的井底实际钻压分析

将弯曲井眼中的底部钻具组合作为空间梁处理 ,采用两个力学过程模拟指重表所示的指示钻压。利用“施加”与“放松”约束的方法求解钻柱与井壁间的接触摩擦非线性问题 ,并考虑了钻柱与井壁之间摩擦力的影响。在此基础上 ,建立了对弯曲井眼中的钻柱进行井底实际钻压分析的基本方程及相应的迭代求解格式。通过数值算例和工程算例得出结论 :(1 )由于钻柱与井壁之间存在摩擦 ,井底实际钻压比指示钻压小 ,在工作钻压较大时实际钻压比指示钻压小 1 5%～4 0 % ;(2 )井眼曲率对井底实际钻压的影响较小 ,而钻柱与井壁之间的摩擦系数对实际钻压影响较大 ,因此改善钻井液性能 ,降低摩擦系数十分重要 ;(3 )随着井深的增加 ,井底实际钻压与指示钻压的差值增大 ;若井眼曲率增大 ,实际钻压减小 ,指示钻压越大 ,其减小趋势越大 ;随着摩擦系数增大 ,实际钻压减小的趋势增大。     

水平井变刚度下部钻具组合的弹性稳定性

针对目前水平井及大斜度井中常采用变刚度钻具组合的特点，从现场实际情况出发，应用弹性变形能量法，建立了变刚度管柱的三角级数挠曲变形方程。同时，还根据水平井及大斜度井旋转钻进和滑动钻进的特点，考虑了与实际操作有关的钻头扭矩、钻压、转速、钻柱的几何尺寸、自重以及井斜角等主要参数的影响，研究了变刚度钻具组合的弹性稳定性问题及临界钻压的计算方法。最后进行了两口井的现场应用实例计算及分析。     

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。     

小间隙套管程序使用的底部钻具组合

减小分层套管柱之间的间隙能有效降低钻井成本。在海上深井钻井作业中 ,为维持表层套管和防喷器足够的额定压力 ,需要使用小间隙套管程序。小间隙套管程序采用的井底钻具组合主要有随钻扩眼器和可膨胀稳定器。详细介绍了新型随钻扩眼器和可膨胀稳定器的结构特点 ,并重点阐述了随钻扩眼器上反向喷嘴的功能。最后用实例说明了随钻扩眼器及可膨胀稳定器在墨西哥湾的应用情况 ,指出这种井底钻具组合的成功应用将促进小间隙套管程序的推广使用     

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。     

三维井身底部钻具组合受力分析计算方法

推导出了在一跨内在两个平面上由一个端点的弯矩和转角计算另一个端点的弯矩和转角的计算公式，然后根据空间解析几何的有关知识，利用上下两跨钻柱在节点处切线方向向量相同的条件，先将上一跨的端点处转角合成为方向向量，再在下一跨进行分解，从而推导出了上下两跨钻柱在节点处的转角关系；又利用向量投影法则，将上一跨在井斜平面和方位平面的弯矩及扭矩分别向下一跨的井斜平面和方位平面及扭矩轴进行投影计算，推导出了上下跨间的弯矩关系公式。给出了带弯接头结构钻具组合的处理方法及扭矩的计算方法。     

仿真技术在井底钻具组合受力与变形中的应用

文章根据力学原理，运用纵横弯曲法，分析井底钻具组合受力与变形，建立仿真模型，利用计算机强大的数学计算功能，进行计算机仿真，在油气田开发中优化钻具组合，加快工作进度。     

随钻扩眼钻具组合与钻井参数优化研究

鉴于国内现有随钻扩眼系统钻具组合与钻井参数优化研究缺乏,同时考虑领眼钻头及扩眼器几何结构、地层岩石强度及钻井参数等3种影响因素的计算模型少有报道,以及扩眼系统扭矩分配比计算方法缺失等现状,通过建立模型分析了领眼钻头钻压和扭矩分配比随钻具组合、钻柱转速及地层强度的变化规律,进行了钻前不同扩眼钻具组合对比与优选以及随转扩眼...     

井底光钻铤钻具组合旋转及钻压波动规律模拟研究

利用根据相似理论设计出的底部钻柱动力学研究试验装置,进行了井底光钻铤钻具在不同钻压、转速条件下旋转及钻压波动规律的试验研究.试验结果表明:光钻铤钻具组合在井底的旋转大部分为正向涡动及谐波振动,要想使其产生反向涡动必须合理选择钻进参数;使用光钻铤钻具组合时井底钻压振动幅度较大;单从减轻钻柱振动危害方面讲,不建议采用光钻铤钻具组合,但从利用井下钻柱纵向振动能量提高深井机械钻速的角度看,该钻具值得推荐;光钻铤钻具组合的防斜机理有待于进一步研究.     

下部钻柱反向涡动机理研究

钻井过程中，下部钻柱通常处于反向涡动状态，易造成钻具和钻头的损坏。因此，分析研究下部钻柱的涡动机理十分必要。考虑下部钻柱与井壁之间的碰摩作用，应用转子动力学理论建立了下部钻柱的反向涡动机理分析模型，探讨了下部钻柱反向涡动的原因和形成备件，以及下部钻枉反向涡动频率与自转频率的关系等，并利用室内模拟试验验证了下部钻柱反向涡动的机理及规律。     

PDC钻头钻进时扭矩影响因素研究

分析了钻压、每转进尺、切削齿磨损和岩性对ＰＤＣ钻头扭矩的影响，并用力平衡和能量守恒原理推导了ＰＤＣ钻头扭矩与这些因素的关系式。通过钻头台架试验证明ＰＤＣ钻头扭矩模式计算与试验结果相符，可用于指导井下动力钻具选用和设计。     

旋冲钻井参数对破岩效率的影响研究

通过理论和试验相结合的方法,分析了旋冲钻井参数对破岩效率的影响及钻井参数与冲击器性能参数间的关系,讨论了石油钻井中常遇到的泥岩、砂岩、灰岩的基本特性参数与冲击器的冲击功和冲击频率的关系,给出了岩石强度、可钻性及硬度与冲击器性能参数的关系.     

底部钻具组合力学特性模拟试验研究

底部钻具组合(BHA)的力学特性直接影响井身质量、钻井安全与钻速,因此,需要从理论和试验2个方面去研究BHA的力学特性,然而目前试验方面的研究很少。根据相似理论,利用底部钻柱力学装置,模拟研究了钻压和转速对井斜力、方位力、钻头合侧向力及其方向角的影响规律。结果表明:合侧向力随钻压的增大而增大,转速对合侧向力的影响较小;随钻压增大,井斜力增大,转速越大,井斜力越大;方位力随钻压增大而增大,转速对方位力的影响较小;合侧向力方向角随钻压增大而减小,随转速增大而增大。研究结果可为井斜控制机理研究和防斜打快提供理论依据。      

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。     

直井底部钻柱运动状态的实验研究

根据相似理论,设计并建立了底部钻柱动力学研究试验装置,利用该装置进行了直井底部钻柱在不同钻压、转这条件下运动特征的实验。实验结果表明,底部受压钻柱在不同转速条件下表现出规则摆动、无规则摆动和规则反向涡动三种运动状态。随转速的增加,钻柱的横向运动逐渐由规则摆动向无规则摆动和规则反向涡动转化。钻压和转速是影响钻柱运动状态的两个主要因素,转速越高,越容易形成规则涡动;增加钻压会阻碍底部钻柱无规则摆动和规则涡动的形成。实验结果表明,在防料问题上也存在最优钻压-转速配合的问题。