井下闭环钻井系统的研究与开发

根据现代钻井工程技术的发展规律，综述了井下闭环钻井系统的可行方案、主要特征及技术发展背景，给出了井下闭环钻井系统的分类和适用范围。同时从钻达能力、经济效益两个角度论述了发展井下闭环系统的必要性。分析认为，以地质导向为特点的旋转式井下闭环钻井系统将成为未来井下闭环钻井系统的发展模式。     

斜直井眼中转速对钻柱动力学特性的影响

针对钻柱和井壁之间的接触非线性特点,运用节点迭代有限元法计算钻柱的动态响应,研究了转速对钻柱动力学特性的影响,计算了钻柱涡动速度、涡动轨迹和横向加速度、纵向加速度。结果表明:钻柱和井壁之间碰撞频繁,过大的横向加速度、纵向加速度会使钻柱进入涡动状态甚至混沌运动状态,使钻柱产生较大的交变应力,导致钻柱的过早失效和井下测量工具的损坏。通过转速优化,可较大幅度地减弱钻柱的振动,降低钻柱的动态工作应力。该方法和结果对于工程实际具有指导意义,并为现场操作提供理论依据。     

适合特深井的双台肩钻杆接头副台肩间隙的确定

为了满足越来越苛刻的钻井工况的要求,全球各大钻具制造厂商不断开发出具有更优越性能的特殊螺纹钻杆接头,普遍增加了副台肩结构形成双台肩钻杆接头。但是面对超深井和特深井复杂工况,现有钻具接头的副台肩间隙是否满足要求至今未被关注。为此,通过建立具有不同副台肩间隙的双台肩钻杆接头三维弹塑性有限元模型,分析了副台肩间隙对接头应力分布特征和抗扭性能的影响,确定了适合特深井的双台肩钻杆接头合理副台肩间隙。研究结果表明:①不同轴向力(对应不同井深)工况条件下,副台肩间隙对双台肩钻杆接头主台肩、副台肩、螺纹牙的承载比例有着很大的影响;②大轴向力条件下主、副台肩的承载相对较小而螺纹牙的承载较大,减小副台肩间隙可有效降低螺纹牙承载比例;③所考察的NC50双台肩钻杆接头,当轴向力小于3 000 kN(井深小于9 000 m),建议副台肩间隙选择0.40 mm;④当轴向力大于3 000 kN(井深大于9 000 m),建议副台肩间隙选择0.20mm。结论认为,根据井深特点使用具有更合理副台肩间隙的双台肩钻杆接头,可以有效地提高接头的使用性能、降低接头失效风险。     

复杂载荷作用下海洋非黏结柔性管道 三维受力特征分析

针对海洋柔性管道结构特征复杂、受力分析困难、复杂载荷作用下力学机理不明确的问题,考虑各功能层层内和层间的摩擦接触行为,建立某海洋非黏结柔性管道三维非线性有限元模型,分析其在内压、外压、轴向力和扭矩作用下的受力特征。研究结果表明：海洋非黏结柔性管道在外载荷作用下容易产生波节性变形特征;外压主要由外侧抗压铠装层承担,内压主要由内侧抗压铠装层承担,轴向力主要由抗拉铠装层承担,扭矩主要由与其旋向相反的抗拉铠装层承担。参考该分析结果,可有针对性地对某特定功能层进行优化设计以提高海洋非黏结柔性管道的预期力学性能。     

深部地层应力测量技术

对深部地层应力的测量技术进行了分析和综述，并对其未来发展趋势作了展望。     

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目前的井眼轨迹方位角测量技术主要靠磁通门传感器,这种技术受地磁场及测量体周围金属管体的制约。文章提出一种新的方位角测量技术,利用六个单轴传感器进行方位角的测量。每3个相互正交安装的加速度计组成一组测量单元,两个单元之间相距30 m,并相对固定。在一次测量过程中,两组测量单元可以测出各自所在位置的井斜角和相对扭转角,由此可计算出两个单元之间的方位角变化。这种技术的机理可概括为井眼轨迹井斜和方位的联合变化,造成井眼轴线具有空间挠曲和弯曲特性。弯曲主要体现为狗腿度,挠曲就体现为井眼的扭转。这种空间挠曲和弯曲特性可以通过测量轴向不受钻压作用的下部钻具组合的变形来描述。钻柱的副法线的角度变化就是钻柱的扭转角。文中给出了详细的测量原理、计算模型和计算实例。称利用这种方法测量的井斜方位角为重力方位角,其在地热井、地磁场有异常、已下套管的井眼中有特殊的用途。     

古城2井复合钻井防斜打快技术

古城2井是在塔里木盆地中央隆起塔东低凸起古城构造带古城2号构造高点上钻探的一口预探井。该井钻进过程中钻遇断层,地层倾角突然增大,井斜增长很快,造成填井侧钻纠斜。在用1.5°弯接头定向纠斜无效果后,换用2°弯接头纠斜效果明显,纠斜完成后换用转盘钻,井斜又增加,如果不更换组合将反复多次起钻纠斜,增加起下钻次数。现场分析研究采用1°单弯螺杆导向组合复合防斜打快,在2885~3115m和3166~3380m井段实施,井斜控制理想,实现了定向降斜和连续快速钻进作业,提高了机械钻速,减少了起下钻次数。对该井复合钻进应用情况进行了分析研究,为今后同类井的施工作业提供借鉴。     

浅层水平井管柱可下入性分析及下入过程的可视化

浅层水平井作业管柱下入过程中经常遇到管柱下入遇阻,甚至无法下入或者下入到目的层后井下工具无法正常工作的情况,因此有必要在作业管柱下入前对管柱的可下入性以及下入后井下工具的工作情况做出评估,尽可能减小风险。针对这些问题,文中采用有限元节点迭代方法对具有超长细比管柱的下入过程进行了分析,阐述了以测量数据和计算数据为依据的管柱下入过程的三维显示方法。结果表明,采用文章提出的方法不但可以对管柱的可下入性进行分析,而且实现了管柱下入过程的三维可视化。     

柔性短节对RSBHA导向力特征的影响分析

旋转导向系统是实现井眼轨迹精确控制的核心工具,代表了当前井眼轨迹控制技术的最高水平.在带旋转导向工具的底部钻具组合(RSBHA)中,都带有柔性短节,但至今未发现有关柔性短节对旋转导向工具控制效果影响的文献.文章在建立了带位移工作方式旋转导向工具的底部钻具组合(RSBHA)的三维小挠度力学分析模型的基础上,加入柔性短节的连续条件,采用加权余量法对模型进行了求解.分析了柔性短节位置及长度对RSBHA侧向力的影响规律,并对RSBHA进行了实例计算分析.静力学结果表明,在不同的RSBHA工作模式下,柔性短节长度和位置对钻头侧向力的影响规律不同,柔性短节材料对钻头侧向力的影响较小,而稳定器间距具有较大影响,国外公司的RSBHA结构已经过优化.     

定向井抽油杆柱扶正器位置设计新方法

考虑了抽油杆柱的超长细比及井眼的非线性约束特征,以节点迭代法计算了受油管内壁约束条件下
抽油杆柱的空间变形,用搜索迭代法设计了抽油杆柱扶正器位置。结果表明,这种方法能较好地反映出扶正器与
抽油杆柱的耦合作用,并能计算出添加扶正器前后抽油杆柱的整体空间构形,给出较为合理的扶正器位置。文章
所述方法和结果对确定抽油杆柱的防偏磨措施具有较好的指导作用。