侧钻水平井完井管柱及配套工具研究

分析了侧钻水平井管柱下入过程中摩阻力分析及强度校核的基本方法，对侧钻水平井完井配套工具进行了设计计算和强度校核，用力学理论对侧钻水平井完井管柱和配套工具进行了设计计算。     

开窗侧钻水平井井眼轨迹控制技术

随着油田进入高含水后期开发，越来越重视开发效果，开窗侧钻水平井将成为油田剩余油挖潜的一种重要手段。从理论研究到现场试验等多角度论述了井眼轨迹的控制技术，定量描述了钻具的造斜能力，分析了造斜率的影响因素，并结合现场实际论述了实钻控制技术和效果。     

基于侧钻水平井完井管柱的摩阻分析

分析并建立了弯曲井段的受迫弯由摩阻计算模型,对新疆百口泉油田百鸟18井、8607井完井管柱入井的井口栽荷进行了计算.计算结果表明,所建立的摩阻计算模型误差小于±10%,验证了模型的准确度.该模型具有改进完井管柱的设计、使完井管柱下入阻力减小、预测实钻井眼中完井管柱下入的可能性等优点.     

侧钻水平井钻柱动力学分析及应用

以侧钻水平井中的整体钻柱为研究对象,建立了侧钻水平井钻柱三维动力学分析模型。采用三维动力有限元理论,建立了描述空间内的钻柱振动的动力学方程。用PASCAL语言编制了 1套侧钻水平井钻柱振动分析及疲劳极限应力分析的软件,通过对大庆所钻的第 1口侧钻水平井高 16 0 -侧平 38井设计井身和实测井身数据对应的疲劳强度及响应内力的计算结果表明,该分析具有工程实用价值,对大庆及其它油田的侧钻井技术的开展具有一定的指导意义。     

侧钻水平井裸眼侧钻工艺技术

在侧钻水平井施工作业中,常因地质设计整,工具造斜率误差,造成实钻井眼轨迹不符合地质,油藏工程要求,导致注水泥回填,二次侧钻。在井下发生钻具事故后,如多次找捞失败,也需填井侧钻,与常规直井裸眼相比,侧钻水平井多在大斜度井段实施裸眼侧钻,则于井眼小、曲率大,施工难度较大。该文在详细讨论侧钻水平井裸眼侧钻施工难点的基础上,重点介绍了侧钻水平井裸眼注水泥塞工艺技术,裸眼侧钻工艺技术。     

侧钻水平井井眼轨迹控制技术

井眼轨迹控制是侧盐水平井钻井施工的关键技术，是决定侧盐水平井钻井成败、钻井费用及生产能力的重要因素。与常规水平井相比，侧盐水平井由于井眼曲率大、钻具刚度低、中靶要求高，因此要求井眼轨迹控制不仅要有较高的控制精度和预测准确度，还应对油层垂深误差、工具造斜率误差、井底参数预测误差具有较强的适应能力。本文介绍了φ139．7mm套管开窗侧钻水平井井眼轨迹设计、钻具组合设计与井眼轨迹控制施工工艺，包括初始造斜侧钻、井眼轨迹测量、井眼轨迹控制软件及造斜段、水平段轨迹控制方案。     

侧钻水平井油管接头抗弯强度与密封性能

针对侧钻短半径水平井油管柱的弯曲变形 ,设计了 4点弯曲加载试验 ,测试了 2种规格油管在不同内压和弯曲度组合条件下油管接箍的密封及其强度特性。试验结果表明 ,油管管体弯曲度 α在 4 (°) / m以内、2 5MPa的压力下 ,接箍均未发生泄漏。对于弯曲油管接头 ,首先发生管体材料的塑性屈服 ,然后才出现接头密封泄漏。因此 ,只要保持管体在最小屈服应力以内工作 ,在 2 5MPa内压条件下 ,可以保证接箍密封在短半径井眼内可靠有效。     

C2133侧钻小井眼水平井钻井液技术

针对彩南油田西山窑组储层裂缝发育，产量大幅度递减、含水量上升较快、注采矛盾突出等问题，在C2133井侧钻，以增加泄油面积。该井侧钻点井深为2120m，采用聚磺暂堵钻井液，在不同井段采取了不同的钻井液技术措施。即：在套管开窗井段，提高钻井液悬浮携屑能力，保证铁屑及时返出地面；磨铣时，钻井液密谋为1.10g/cm^3或略增高，以保持侧钻地层井壁稳定。造斜井段，提高钻井液的抑制能力，防止岩屑床的形成；加入SMP－1、KT－100和QCX－1改善泥饼质量，降低滤失量；加入足量的KWR和RH101降低摩阻，控制固相含量。水平井段，在钻井液中加入1.5FB-2、2％QCX－1、1％WC－1，保持磺化沥青含量为3％－5％，使钻井液具有较强的抑制性、稳定性和良好流变性，现场应用表明，聚磺暂堵钻井液保证了C2133侧钻小井眼水平井不同井段的钻井施工，钻进过程中井壁稳定，未发生井下复杂事故。该井前期日产油量约25t，比邻井产量高3－5倍，收到了明显的经济效果。     

侧钻水平井机构堵水工艺技术

本介绍了大庆油田钻水平井机构堵水的工艺技术，并从工艺的可行性、安全性、经济合理性进行论证。为确保堵水管柱安全起下，对插入密封段的合理长度的理论计算，用计算机程序模拟计算了管柱起下时的受力情况，并给出了计算结果，为侧钻水平井堵水工艺的实施提供了科学的理论依据。     

水平井钻柱摩阻力几何非线性分析研究

针对石油钻井技术的特点,探讨了编制钻柱力学有限元专用程序所遇到的问题;并在国家级重点攻关课题"水平钻井"中,首先提出引入非线性力学分析的论点。在接触非线性分析中,使用了"约束-放松法";在几何非线性分析中,首次考虑了四次非线性对钻具弯曲应力的影响;还建立了一个方便于钻柱分析的坐标转换系统;据此编制的计算机程序,为大港油田官H1水平井提供了较为准确的力学参数预测。     

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。     

水平井管柱屈曲研究中的争议

在水平井管柱屈曲临界力和屈曲后管柱与井壁的接触力这两方面研究中存在着不同的结论。本文对理论和试验的不同结论进行了分析，指出产生这种不同结论的原因，一是推导方法不同，二是试验条件不规范。认为有关这方面的研究有必要在理论、试验和现场三者结合下，建立科学计算方法，以便得到更正确的结论。     

探井水平井整体钻柱摩阻力分析的间隙元法

建立了用于计算水平井整体钻柱摩阻的三维力学模型,提出用间隙元理论对钻柱摩阻力进行力学分析的方法.考虑到钻柱的抗弯刚度对钻柱受力变形和摩阻力的影响,给出了三维空间中的整体钻柱与井壁的接触力、摩擦力(包括摩阻力矩)及其沿钻柱轴线分布规律的计算方法,编制了相应的计算机软件.现场实验表明,实际应用效果良好,理论预测摩阻和现场实测结果的平均误差在5.5%以下.该力学模型和理论方法为水平井摩阻分析预测提供了理论依据,并具有较高的计算精度.     

水平井中测井管柱的力分析机理

水平井测井管柱细、重量轻,能否靠管柱自重把测井仪器下放到井底是一个十分重要的技术问题。为此,本文以水平井测井管柱为研究对象,考虑管柱与井壁的初始间隙和随机接触摩擦阻力,建立了测井管柱力分析模型,采用“多向接触摩擦间隙元”理论对该模型进行了接触非线性力学分析。经大庆油田MP1井测井管柱五种工况下的力分析表明,测井管柱井口最小悬重值为15.83kN,仍处于拉伸状态,测井仪器不需注入器,靠管柱自重完全可以下放到井底。这一结论已被工程应用和验证。由此,该研究为分析水平井测井管柱的受力机理提供了一种新的理论依据,为工程中预测测井仪器是否靠管柱自重或注入器下放到井底提供了一种技术手段。     

非线性有限元在水平井中的应用

在钻探水平井尤其是大位移水平井中,事先较准确地预测出钻柱的钻进扭矩及钻头前进的方向,是取得水平井成功的关键条件之一.文中探讨了非线性有限元在预测水平井钻井中的钻柱扭矩及钻头前进方向方面的应用.利用有限元理论,着重分析了水平井实际钻进中的钻柱大变形非线性及钻柱与井壁的接触非线性问题,导出了一套非线性有限元钻柱力学模式,在此基础上编制了一套非线性力学计算程序软件,并在海洋石油南海西部石油公司一个钻井平台水平井钻井进行了5口井的实际验证,获得了一些带启迪性的结论.     

水平井螺杆钻具的受力特征

了解和掌握水平井螺杆钻具的受力特征,是正确设计和使用水平井导向动力钻具的基础。文中针对定向钻进和导向钻进两种不同工况,分别讨论了钻具的弯曲、扭转、转子离心惯性力、转子轴向力和轴承载荷、稳定器处的松扣力矩、钻头速度分析、井眼扩径情况和钻头侧向力的分布等,给出了相应的计算公式,并结合现场发生的一些现象,从理论上给出了解释。     

垂直井螺旋弯曲管柱的摩擦和自锁分析

描述垂直井中螺旋弯曲管柱轴力分布和变形行为的力学方程是一组高阶非线性常微分方程组。求得了这组非线性方程在对称性条件下的渐近螺线解;分析了摩擦系数对整个管柱上的轴力分布、“中性点”位置、“自锁点”位置以及“自锁力”等的影响，导出了“中性点”、“自锁点”以及“自锁力”的计算公式;并绘制出对应不同摩擦系数的轴力分布曲线以及“中性点”、“自锁点”随端部轴压变化的曲线。本文研究的结果对于高温、高压深井井下作业管柱的合理设计和作业参数的合理选择等具有较大的实用价值。     

浅层水平井管柱摩阻与力学分析

针对浅层水平井的"浅"、直井段短、水平段长的特点和直井段的钻具重量不足以推动钻具前进与井眼延伸,管柱的受力及安全问题突出的难点,通过软件对楼平2井的管柱摩阻与力学进行分析,成功克服浅层水平井钻柱在造斜率高达(58°～65°)/100m中的大摩阻,合理优化井口大尺寸钻具倒装加压技术,保证了浅层水平井最大限度地实现地质设计目标,降低了井下管柱的复杂情况发生,使楼平2井的实钻位垂比达到2.51,对其它类似水平井的施工有着重要的指导意义。     

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。