柔性钟摆钻具纠斜的理论分析

在井斜控制技术中，钻头侧向力是衡量井斜控制效果的关键参数。本文利用纵横弯曲理论对柔性钟摆钻具和钟摆钻具的钻头侧向力进行计算，从理论上说明柔性钟摆钻具比钟摆钻具具有更好的纠斜效果。     

柔性钟摆钻具纠斜的理论分析

在控制井斜技术中，钻头侧向力是衡量控制井斜效果的关键参数。本文利用纵横弯曲理论对柔性钟摆钻具和钟摆钻具的钻头侧向力进行计算，从理论上说明柔性钟摆钻具比钟摆钻具有更好的纠斜效果。     

双扶正器钟摆钻具组合的优化设计

为了提高钟摆钻具的防斜侧向力,本文应用纵横弯曲连续梁理论,研究在井斜角很小的垂直井中,对双扶正器的钟摆钻具组合如何使用优化方法合理选择钻具参数。采用“对分法”和“伸缩保差法”作为搜索方法,得出防斜侧向力最大的并随着钻压增加而增大的“双扶正器柔性钻具组合”(即两扶正器之间为柔性钻杆)。又对“双扶正器刚性钻具组合”(即两扶正器之间用刚度较大的钻铤)进行优化设计,从而取得了对不同造斜地层打钻时进行参数优选的规律性。优化设计后具有双扶正器的柔性和刚性钟摆钻具可较光钻铤钻具的防斜侧向力有显著的提高(可提高40～60%)。     

计算弯曲井眼内双扶正器钟摆钻具受力的加权残数法及扶正器位置的优化设计

钟摆钻具是石油井工程中重要的组合钻具之一，本文用加权残数最小二乘法分析弯曲井眼内的多扶正器组合钻具的静力问题，推导出能适用于任何下部组合钻具的变形和受的理论公式，将其具体应用扶正器钟摆钻具，给出了双扶正器钟摆钻具的钻头侧向力，扶正器处的内弯矩和侧向力等计算公式，采用伸缩保差的优化方法计算纠斜侧向力为最大时对应的最优扶正器位置，实际算例说明此方法是可行且实用。     

气体钻井双稳定器钟摆钻具的模拟仿真分析

针对气体钻直井的井斜控制问题,设计了一套气体钻井专用稳定器,用有限元仿真软件对气体钻井专用双稳定器钟摆钻具的力学特性进行模拟分析。从钻具本身的结构参数、井眼参数以及钻井参数等方面考虑,分别讨论了上下稳定器间距、下稳定器与钻头的距离、钻压、井斜角以及上下稳定器尺寸与钻具钟摆力的关系,分析了各个参数对钻具钟摆力的影响程度。计算结果与相同条件下纵横弯曲梁理论得出的结果相对比,两者基本吻合。通过分析可知,使用该专用稳定器的钟摆钻具组合在用气体钻井时具有较强的防斜纠斜能力,能够有效地控制气体钻井井斜问题。     

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随着油气田勘探开发工作的不断深入，所钻遇的地层构造越来越复杂，对地质中靶的要求也越来超高，特别是高陡构造的防斜打快问题更是钻井技术小的难点和重点。传统的满眼钻具组合和钟摆钻具组合只是以钻具侧向力作为井斜控制的理论依据，具有较大的局限性。发展中的偏心钻具、偏轴钻具、柔性钻具、反钟摆钻具、导向钻具等防斜技术，在有效地控制钻具侧向力的基础上，增强了钻柱的公转效应，削弱了钻头倾角的增斜作用，可以较好地控制井斜、提高机械钻速。但是，钻具组合的内在力学性质决定了它们仍然没有抵抗地层造斜力的功能，因此对于高陡构造和强造斜地层，其井斜控制效果仍难以得到充分的保证。要从根本上解决防斜打快问题，除了有效地控制钻具侧向力和钻头倾角之外，还必须具有足够的抵抗地层造斜力的能力。只有同时考虑这三方面的因素，并使之相互协调，才能真正地解决高陡构造和强造斜地层的防斜打快问题。     

新型钻直井的钻具组合及油田试验结果分析

分析了控制钻头侧向力的有效技术途径,阐明了设计钻具组合的基本方法,为钻县组合的综合提供了理论依据。针对钟摆钻具和满眼钻具在防斜纠斜过程中的不足,设计了新型钻直井的柔性防斜纠料钻具,并用纵横弯曲法分析了其力学特性,说明了该钻具的施工工艺特点。试验表明,该钻具能有效地控制井斜,提高机械钻速6倍多。     

反钟摆防斜打快技术在江苏油田的应用

江苏油田属于复杂小断块油田,在直井段存在打不直、机械钻速慢的现象。常规钟摆钻具组合以牺牲钻井速度和钻井效益为代价来防斜。介绍反钟摆钻具组合防斜打快机理及其钻柱受力分析的影响因素,反钟摆钻具组合受稳定器位置和尺寸的影响。通过江苏油田现场应用情况分析,并与同一区块邻井相同井段没有使用该钻具组合的钻进效果情况对比,实践表明,反钟摆钻具组合解决了防斜打快的瓶颈问题,由于解放了钻压,充分发挥钻头的攻击性,提高了作业效率,缩短钻井周期,使钻直与钻快统一起来。对控制井斜,提高井身质量具有一定的指导意义。     

柔性钟摆钻具组合的应用

在易斜地层钻进时，带扶正器的防斜钻具组合的防科效果往往不甚理想。通过不断的实践和摸索，发现柔性钟摆钻具组合可取得比较满意的效果。其特点是钟摆力强、防斜降斜效果好，而且可在常压下钻进，既保证了井身质量又提高了机械钻速。文中对其防斜、纠斜机理及应用概况作了简短的分析，并提出几点结论和建议。     

普光3井防斜打直技术

普光3井上部地层属于高陡构造,地层倾角大,极易发生井斜,地层可钻性差,蹩跳钻严重,上部地层防斜打直是施工的难点。该井在施工过程中应用了钟摆钻具组合、大直径钻铤组成的塔式钻具组合和螺杆钻具组合。应 用效果表明,钟摆钻具组合在表层钻进时,要防斜打直要求钻压很小,这样制约了钻井速度;大直径钻铤塔式钻具组合防斜效果较好,且匹配好合适的钻井参数并优选好钻头,能有效提高钻井速度;上螺杆扭方位钻具组合是一种较积极的防斜打直措施,有必要进一步探索。     

预弯钟摆BHA在不同钻井介质中的动力学特征及其应用

带预弯结构的钟摆钻具组合（简称预弯钟摆BHA）既可适用于气体钻井,也适用于泥浆钻井,并在直井控斜、提速方面得到了较好的应用。但在不同钻井介质中,预弯钟摆BHA的应用效果体现出了较大的差异。从动力学角度出发研究钻井介质对预弯钟摆BHA力学特性的影响鲜有报道。通过研究钻井液附加质量引起的非线性惯性力及流体阻力特征,分析了气体钻井和泥浆钻井中预弯钟摆BHA动力学模型的差异。基于旋转Rayleigh梁模型,推导了预弯钟摆BHA钻头上的动态侧向力和动态轴向力,研究在不同钻井介质中预弯钟摆BHA的运动特征及受力特征,分析其对实际钻井的控斜、提速效果的影响,并研究了弯角大小对不同介质中预弯钟摆BHA的动力学特征的影响规律。结果表明,预弯钟摆BHA在不同钻井介质中的动态特征差异显著,气体钻井中的运动特征更为稳定,动态侧向力和轴向力较高;不同介质中的弯角影响规律有其各自的特点,在现场实际应用中,应根据需要进行合理的选择。     

一种新型垂直钻井工具

井斜在石油钻井过程中经常发生，它的危害很大。文中介绍的垂直钻井工具的工作原理与常规的“钟摆”、“满眼”不同，它通过柱塞把侧向力直接施加在钻头上。由于侧向力大且与钻具组合和钻井工况无关，因此，防斜效果好。这种垂直钻井工具是纯机械结构，没有电子器件，所以结构简单、维护方便、工作时间长、成本低。文章介绍了该工具的结构、工作过程，通过理论分析证明原理可靠。该工具已获国家专利，专利号是2004200894716。     

水平井钻柱摩擦力的计算

本文介绍了不同工况下水平井钻柱摩擦力的计算方法。计算结果表明,起钻和井底动力钻具钻进两种工况,钻柱与井壁间有较大的摩擦力。并指出降低摩擦力的有效措施是将造斜率较大的井段放在井眼下部,采用油基钻井液及轻质材料钻杆。     

钟摆钻具组合非线性屈曲的有限元分析

钟摆钻真组合是一种应用较为广泛的防斜技术。文章采用有限元分析软件ANSYS首先建立了钻柱的非线性屈曲有限元分析模型,确定了加载条件。通过对大、小两种钟摆钻具组合的实例计算,确定了以钻压、转速为代表的钻井参数对钻柱屈曲后最大挠度的影响.计算结果表明,影响下部钻柱屈曲的因素较复杂,除钻压外,转速的影响也是一个重要因素。本研究成果为合理选取钻井参数,优化钟摆钻具组合降斜能力提供了理论依据。     

弯曲段钻柱的受力分析与现场验证

在定向井和水平井施工中,造斜段的轨道控制和钻柱设计是至关重要的。文中用考虑了钻柱与井壁之间有间隙的三个广义位移的曲梁模型和两个广义位移的直梁模型求解了包括弯曲段、悬空段和斜直接触段三个部分钻柱的变形问题,并通过算例和任平2井实测的井斜和井径数据分析,验证了这种算法的合理性和正确性,从而为合理的井眼轨道设计和钻柱设计提供了依据。     

VTK垂直钻井系统在阿北1井钻井中的应用

阿北1井四开井段地层倾角大、构造角度和倾向变化较大,采用大钟摆钻具组合和轻压吊打等措施,纠斜控斜效果不明显。为严格控制井身质量,在四开井段采用171.5 mm VTK垂直钻井系统控制井斜钻进,共计入井11次,总进尺504.92 m,平均机械钻速1.23 m/h,最大井斜2.09°,最小井斜0.11°,不仅达到了纠斜和控斜钻进的目的,同时还提高了机械钻速。     

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在丛式钻井设计中，下部钻具组合性能分析、井眼轨道控制和预测都是十分重要的技术问题，而要解决这些问题必须对下部钻具组合进行受力变形分析。本文根据丛式钻井中钻柱的实际工作状态，选取口至井底的整个钻柱为研究对象，充分考虑各种因素，首先建立了整体钻柱静力分析模型，然后根据整体钻柱的受力变形分析值，建立了修正的下部钻具组合静力分析模型。该模型与以往一些下部钻柱静力分析模型相比，简化少，考虑因素多，钻头处的变