超深水平井钻柱动力学研究及强度校核

超深井钻井过程中钻具失效事故频繁发生,钻柱动力学特性研究对增加钻具安全性具有重要作用。考虑真实井眼轨迹、钻头与地层相互作用、钻柱与井壁接触及钻井液黏滞作用等因素的影响,建立了全井钻柱动力学特性仿真模型,模拟了不同钻压及转速下钻柱不同截面轴向力、扭矩、位移及等效应力等随时间的变化,采用第四强度理论计算了井口钻具的安全系数,校核了超深水平井钻具强度。分析结果表明,井口轴向力和等效应力表现为低频变化,MWD处等效应力和加速度表现为高频振动且其横向振动比轴向振动更加剧烈;在钻压和转速较小的情况下,钻压和转速对井口轴向载荷、井口扭矩、井口等效应力及井口安全系数影响不大;MWD处等效应力随钻压的增加而增大,其横向加速度随转速的增加幅值显著增大;对于井深超过8 000 m、井眼尺寸φ120.65 mm及φ114.3 mm的G105钻杆,动力学分析得到的井口安全系数大部分时间内在1.2附近波动,钻具总体是安全的。     

侧钻开窗过程中铣鞋受力分析

在侧钻开窗过程中,选择动力钻具、确定钻压和转速等参数的重要依据是铣鞋在开窗过程中的受力状态。建立套管-铣鞋的相互作用模型,并编制计算程序对铣鞋受力情况进行分析,获取不同施工参数(如钻压、切入角度和转速)对开窗铣鞋的受力和钻进速度的影响;并进行多组套管开窗实验验证所建立套管相互作用模型以及仿真结果的正确性。结果表明:在整个开窗过程中,随着铣鞋铣入套管的深度加深,侧向力逐渐变小,变为0后反向增加;钻压越大铣鞋上的扭矩和钻进速度越大;切入角度越大铣鞋上的侧向力和扭矩越大。     

钻井平台液压伺服系统中的电液施力控制

钻井综合试验装置是研究井下工具,钻井基础理论和应用技术的仿真试验设备,在仿真试验中,钻具承受的工作压力（钻压）是重要的工艺参数,给出了针对试验操作要求及钻压伺服系统的非线性,不确定性的钻压伺服控制系统。     

用SAP5模拟分析井下钻具主轴强度

针对使用井下钻具时经常出现主轴在退刀槽附近突然断裂的问题。应用SAP5通用程序中的读入刚度单元模拟构造了接触单元，用有限元法对井下钻具主轴系统的结构强度进行了分析。计算结果表明，井下钻具被破坏的主要原因之一是不合理的上扣扭矩和钻压使主轴的退刀槽附近产生超过屈服极限的应力，在SAP5基础上用有限元模型对弹性接触问题进行了分析。这进一步开发了SAP5程序功能。     

钻软硬交错地层时钻头弯矩及转角的计算方法

本文详细地分析了从软地层钻入硬地层前后,钻头上产生弯矩的原因及计算方法。根据软硬地层的可钻性不同,钻速及相应的地层对钻头的反作用力也不同的原理,推导了在钻过交界面前后钻头的转角、钻具的反力矩及软硬地层中不同钻速与时间的关系式及微分方程,给出了方程的解。求解结果表明,钻头的转角和弯矩是随时间的延长而逐渐增大,在全部钻完交界面时达到最大值;钻头弯矩与交错层的可钻性、下部钻具的结构和钻头的几何尺寸有关,并且与所加的钻压成正比。     

定向井钻柱稳定性分析

在定向深斜井钻探中,一般采用钻铤和加重钻杆的浮重大于钻压的原理,来保持钻柱的稳定.但钻杆会因此承受过大的扭矩和拉力,加速早期疲劳失效.为此,基于斜井中井眼对钻杆具有弹性支承和约束的理论,通过定向井井眼尺寸及井斜角对钻柱稳定性影响分析,讨论保持钻杆稳定的边界条件和确定其底部钻铤柱的设计原则.结果表明,当井斜角大于45°时,有意让钻杆处于受压且不失稳状态下运行,既可使底部钻铤柱得以优化设计,又可大幅度地减少底部钻铤重量从而减小作用在钻杆上的扭矩和拉力,延长其使用寿命.     

陕北油田钻具失效原因分析及对策研究

统计资料表明，陕北油田钻具失效的主要原因是钻具在井下承受的交变应力较大。从钻具、钻压和转盘转速、钻井液性能等方面优选了适合该地区安全钻进的钻具组合和工艺技术，从而降低了钻具失效事故的发生。     

水平井钻井钻压补偿装置设计与仿真

由于水平井水平段距离较长钻杆摩阻较大,使得钻头钻压难以控制。为保证钻头钻压稳定,设计了一种水平井钻井钻压补偿装置,该装置由钻压补偿系统、减震系统、密封系统组成。钻压补偿系统可补偿由于钻杆形变造成的钻压波动;减震系统可减小由于钻压的变化引起的钻压补偿装置的轴向震动;密封系统可防止钻杆内与环空中的钻井液进入钻压补偿装置内部造成装置的腐蚀及磨损。采用有限元法对上接头主体、下接头主体、钻压补偿器进行了强度校核,并使用ADAMS对钻压补偿器的运动进行了动力学仿真。分析结果表明:上接头主体、下接头主体、钻压补偿器的强度符合要求,钻压补偿器的运动行为满足要求。     

气体钻与泥浆钻全井段钻柱动力学对比研究

全井段钻柱在井内运动过程是一个非常复杂的非线性动力学问题,不可能得到比较完美的解析解,如果采用室内试验或者现场试验研究,其成本又会很高且很难实现。因此,在弹塑性力学、岩石力学和钻柱力学的基础上,以四川某井基本钻井参数和钻具组合为依据,采用有限元法建立了塔式钻具钻至1486m井深时的全井段三维钻柱模型和相应的井筒模型,并且建立了钻头与岩石以及钻柱与井筒之间的随时间变化且有摩擦系数的接触关系和相对应的泥浆钻井模型,对比分析了钻柱在动态钻进过程中的井口参数、钻头上压力和转动速度以及全井段钻柱的弯矩扭矩变化等结果,得出气体钻井与泥浆钻井全井段钻柱的运动规律以及钻铤失效机理的差异。为认识气体钻井全井段钻柱的运动规律提供了新的研究方法,对气体钻井中钻柱力学、井斜控制和设备等方面的研究都有较好的现实意义。     

大斜度稳斜段导向钻具复合钻进特性模拟分析

利用纵横弯曲连续方法建立了导向钻具复合钻进特性分析模型,分析了导向钻具结构参数、上稳定器位置和直径、钻压等因素对导向钻具组合复合钻进效果的影响.结果表明：适当减小导向钻具的弯角和稳定器直径有利于提高复合钻进稳斜效果;上稳定器直径和位置对复合钻进效果影响均比较明显,上稳定器安放位置可以依靠短钻铤长度来调节;转盘转速对复合钻进效果影响不明显,钻压则较为明显;常规Φ215.9 mm井眼,复合钻进时的增斜趋势随钻压的增加而变弱,适当增大钻压有利于提高复合钻进稳斜效果.     

超声波在石油钻杆损伤检测中的应用

腐蚀疲劳与应力损伤是石油钻杆损坏的最主要原因,钻杆损伤检测可以有效地预防和减少钻具因失效而引起的质量事故。阐述了石油钻杆健康监测中损伤识别的关键问题,介绍基于超声波的损伤定位定量方法。根据其基本结构和受力特点,以石油钻井中常用5〞钻杆为对象进行损伤研究,用超声波纵波直接接触法检测钻杆,并对探伤结果进行分析和应用。结果表明,超声波可对已定位损伤的石油钻杆的损伤进行定量分析,通过实例验证了其对结构损伤诊断的有效性。     

考虑扭矩影响的弯曲井眼内钻柱屈曲特性分析

分析了弯曲井眼内钻柱屈曲特性,推导了考虑扭矩影响下的弯曲井眼内钻柱屈曲微分方程和屈曲临界载荷计算模型。针对ϕ215.9 mm井眼内的ϕ127.0 mm钻杆,建立了增斜和降斜井段钻柱的有限元模型,对比分析了考虑和不考虑扭矩影响时的钻柱屈曲特性。结果表明,钻柱正弦屈曲构型与扭矩无关,而只与钻柱所受轴向载荷有关,扭矩对螺旋屈曲构型影响较大。数值模拟得到的弯曲井段不同造斜率下的钻柱屈曲临界载荷与解析解的相对误差在15%以内,证明了数值模拟的可靠性。弯曲井眼内施加扭矩后,螺旋角位移增大,正弦和螺旋屈曲临界载荷降低。钻柱正弦屈曲形态变化较小,扭矩对螺旋屈曲变形的影响更大。增斜井段钻柱从顶部开始发生正弦和螺旋屈曲,钻柱底部保持平衡状态;在降斜井段,不考虑扭矩时,初始正弦和螺旋屈曲均首先出现在钻柱下部,考虑扭矩影响时,降斜段初始正弦屈曲出现在钻柱上部,初始螺旋屈曲同时出现在钻柱上部和下部。相对于增斜段,降斜段钻柱屈曲临界轴向载荷非常小,说明增斜井段发生屈曲的可能性相对较小,降斜井段则很容易发生屈曲。结果有望为水平井、大位移井弯曲井眼内钻柱设计、屈曲控制与强度校核提供参考。     

半潜式钻井平台锚系留力分析

半潜式钻井平台是一种常用的平台结构形式,主要依靠锚泊系统将船定位在海面进行钻井作业。本文详细论述了锚的分类、半潜式钻井平台锚系留力的分析方法,并通过实例分析进行了验证,为半潜式钻井平台海上作业的安全稳定提供分析依据,同时对锚系留力的分析方法应用提出了建议。     

浅析钳工实习钻孔精度的保证方法

钻孔是钳工的一项基本操作技能,在机械加工中占据着不可替代的地位。为了达到钳工实习实训中钻孔精度,通常使用钻头刃磨、划线位置找正、钻孔位置找正、切削液的选择等行之有效的方法来进行保证。本文通过对以上四种方法的进行解析,可以让学习者更好的了解和掌握它们,从而在实际生产中发挥最大的作用。     

钻井布局优化设计

讨论了勘探部门在钻井过程中如何利用旧井资源的问题,通过对已有的条件进行分析研究,建立了数学模型,并通过计算机利用增值搜索的方法,对可能出现的每一种情况进行了搜索和统计,找到了“撒网”的最佳位置。     

天然气水合物藏井眼蠕变缩径研究

天然气水合物作为储量丰富的清洁能源备受世界各国的关注,但水合物储层的不稳定性使得其钻井和开采都存在困难.当井眼钻开后,水合物储层的蠕变特性会造成井眼缩径,进而影响水合物井的钻井安全.对冻土水合物地层在井眼钻开后的井眼缩径进行分析.结果表明:缩径发生时井眼不同方位地层将以不同速率进行缩径,但随着时间的增加,不同方位处的缩径速率趋于相同;随着水合物层埋深的增加,井眼的蠕变量将呈近线性增加;井眼的蠕变缩径速率将随着地应力非均匀性的增大而增大;随着水合物饱和度的增加,井眼的缩径速率降低.研究结果可为水合物地层钻井液密度的选取提供理论依据.     

宁国凹陷复杂工况关键钻井工艺

为探索下扬子地区海相沉积地层油气钻探的关键技术,结合皖油地1井的钻井施工情况,讨论了宁国凹陷的复杂情况,特别是易坍塌地层、石膏层和裂隙漏失层交互存在,钻井液密度窗口窄等情况下的施工工艺。通过对复杂工况钻井工艺的研究,形成了一套适宜的井壁稳定性控制方法、石膏层钻头泥包处理方法和窄钻井液密度窗口条件下的钻进方法,保障了本井的顺利完井,为该地区的下一步钻井作业提供参考。     

振动钻削加工过程的监控系统

讨论振动钻削监控系统的工作原理．此系统采用８０９８单片机和上位微机通讯方式，通过对振动钻削过程中动态切削力信号的采集和分析，实现对加工过程的在线监测，提出合理的报警条件．通过钻削实验，优化切削参数和振动参数，改善钻头的工作状况，得到最佳的切削效果．     

海上钻井方式的演变与不同类型移动式钻井平台的特点

目前在海洋油气资源开发中所使用的移动式钻井平台主要包括:坐底式平台、自升式平台、半潜式平台和钻井船四种类型,不同类型的钻井平台在它们进化过程中表现出了一种传承和演变的关系。对不同类型的移动式钻井平台的演变过程与特点进行了综述。