底部钻具组合参数设计的评价方法

考虑钻具的设计参数对钻进趋势的影响,提出了钻进趋势角的概念,以此作为底部钻具组合设计效果的评价指标。结合底部钻具的力学分析方法与钻头和地层各向异性理论,建立了一套钻具参数设计效果的评价方法。该方法可分析钻具结构参数、地层参数、钻井施工参数等对钻进趋势的影响规律,从而可以为适应不同井眼条件对钻具性能的要求,提供合适的钻具结构设计参数和操作参数。理论及应用研究表明:(1)钻头侧向力等于零的位置并不是钻具钻进趋势发生改变的位置;(2)如果稳定器位置安放合适,钻压也可以在一定范围内改变钻具的钻进趋势;(3)在直井防斜作业中,使用牙轮钻头比PDC钻头可以起到更好的防斜效果。     

底部钻具组合参数设计的评价方法

考虑钻具的设计参数对钻进趋势的影响，提出了钻进趋势角的概念，以此作为底部钻具组合设计效果的评价指标。结合底部钻具的力学分析方法与钻头和地层各向异性理论，建立了一套钻具参数设计效果的评价方法。该方法可分析钻具结构参数、地层参数、钻井施工参数等对钻进趋势的影响规律，从而可以为适应不同井眼条件对钻具性能的要求，提供合适的钻具结构设计参数和操作参数。理论及应用研究表明：（1）钻头侧向力等于零的位置并不是钻具钻进趋势发生改变的位置；（2）如果稳定器位置安放合适，钻压也可以在一定范围内改变钻具的钻进趋势；（3）在直井防斜作业中，使用牙轮钻头比PDC钻头可以起到更好的防斜效果。     

随钻扩眼工具井底钻压分配的实验研究

为了考察随钻扩眼工具钻进过程中产生的特殊结构井眼对井底钻压分配的影响,按照相似原理建立了随钻扩眼工具底部钻柱动力学特性模拟实验装置,对领眼井底与阶梯井底的钻压分配规律进行了研究.模拟实验结果表明,随钻扩眼形成的阶梯式井底岩石要比领眼井底岩石更容易破碎,实际钻压分配比小于按照几何结构定义的钻压分配比.该结果与理论模型的研究得到的结论一致.     

锐度对随钻扩眼钻具钻压分配关系的影响

随钻扩眼过程中,领眼钻头与扩眼器前后相随,同步切除岩层。由钻柱施加的钻压为二者共同承担。若钻压分配不当,则易引起钻柱剧烈振动,机械钻速降低,钻具过早损坏等复杂状况。在设计和选配领眼钻头与扩眼器时即应着重考虑钻压分配关系。然而,常规设计方法仅依赖领眼钻头和扩眼器所切除岩层的截面积来确定分配关系,所得结果较为粗糙。故提出钻具锐度的概念以表征破岩工具的切削能力,其值由室内试验测定,值越大,表示工具切削岩层的能力越强;在锐度基础上发展了计算钻压分配关系的常规方法,并说明了锐度对钻压分配关系的影响规律。该结果对随钻扩眼钻具组合的设计和选型具有指导作用。     

随钻扩眼工具井底钻压分配的实验研究

为了考察随钻扩眼工具钻进过程中产生的特殊结构井眼对井底钻压分配的影响，按照相似原理建立了随钻扩眼工具底部钻柱动力学特性模拟实验装置，对领眼井底与阶梯井底的钻压分配规律进行了研究。模拟实验结果表明，随钻扩眼形成的阶梯式井底岩石要比领眼井底岩石更容易破碎，实际钻压分配比小于按照几何结构定义的钻压分配比。该结果与理论模型的研究得到的结论一致。     

倒装钟摆钻具组合设计方法

倒装钟摆钻具组合是一种新型的直井防斜钻具组合,在小井斜角高钻压下表现出了较好的防斜特性。以311.5mm井眼为例对倒装钟摆钻具组合的设计方法进行了研究。通过对稳定器上下钻铤尺寸搭配以及不同钟摆长度的分析可知,适当增加稳定器以上钻铤尺寸,降低稳定器以下钻铤尺寸以及增加稳定器与钻头之间钻铤的长度将有助于提高倒装钟摆钻具组合的防斜能力。倒装钟摆钻具组合设计时,在钻头与稳定器之间的钻铤不与井壁接触的前提下,应该使设计的钻具组合得到尽量大的钻头转角。研究为倒装钟摆钻具组合的优化设计提供依据。     

光钻铤大钻压防斜技术在徐家围子深井的应用

大庆徐家围子深井具有地层硬、倾角大（最大可以达30?）等特点易井斜,采取轻压吊打的方法严重影响钻进效率,延长钻井周期。为了提高效率,该地区采用了光钻铤大钻压防斜打快技术,实践证明,光钻铤钻具组合在大庆徐家围子深井钻井中可提高机械钻速20%以上、延长钻头寿命30%以上、纠正井斜。本文通过对光钻铤钻具组合防斜打快机理进行分析,建立其运动学模型和动力学模型,推导出钻头侧向力求解公式,得出光钻铤大钻压防斜打快技术的原理及其适用性。     

偏轴钻具组合防斜效果的实验室评价

运用底部钻具组合运动状态模拟实验装置,在实验室内评价了偏轴钻具组合的防斜效果。根据钻头与地层相互作用模型,提出了以井斜趋势角为指标的综合评价方法,利用模拟实验数据对直径为311mm井眼中4种偏轴钻具组合的防斜效果进行了评价。结果表明,井斜趋势角可以作为综合评价钻具组合防斜效果的指标;使用扶正器可以提高偏轴钻具组合的防斜效果。     

偏心钻头底部钻具组合稳定器的适宜安放位置研究

采用静力分析的方法 ,建立了偏心钻头底部钻具组合的力学模型 ,并对力学模型进行了求解。对单稳定器及双稳定器钻具组合的力学分析结果表明 ,在设计钻具组合的稳定器位置时 ,应该以偏心块位于上方时计算的稳定器与钻头的最小距离为参考值。在钻具组合设计过程中最好使用钻压分配比一定且该值较小的钻头。采用双稳定器钻具组合时 ,钻头侧向力大于零的下稳定器与钻头的最小距离比单独采用一个稳定器时要小 ,且下稳定器位置的变化对钻头侧向力的影响要比上稳定器大得多。因此 ,在钻具组合的设计过程中对下稳定器安放位置的要求应该比上稳定器更为严格。     

偏心钻头底部钻具组合稳定器的适宜安放位置研究

采用静力分析的方法，建立了偏心钻头底部钻具组合的力学模型，并对力学模型进行了求解。对单稳定器及双稳定器钻具组合的力学分析结果表明，在设计钻具组合的稳定器位置时，应该以偏心块位于上方时计算的稳定器与钻头的最小距离为参考值。在钻具组合设计过程中最好使用钻压分配比一定且该值较小的钻头。采用双稳定器钻具组合时，钻头侧向力大于零的下稳定器与钻头的最小距离比单独采用一个稳定器时要小，且下稳定器位置的变化对钻头侧向力的影响要比上稳定器大得多。因此，在钻具组合的设计过程中对下稳定器安放位置的要求应该比上稳定器更为严格。     

底部钻具组合造斜率预测新方法

基于钻头与地层相互作用模型及钻进趋势评价指标,提出一种底部钻具组合造斜率预测的新方法——平衡趋势法,认为底部钻具组合的造斜率应与钻进趋势角为零时的井眼曲率相等。结合钻具组合受力分析模型和钻头与地层相互作用模型,推导出钻进趋势角的计算表达式,建立平衡趋势法求解底部钻具组合造斜率的计算方法。实例验证表明,该方法具有较高的计算精度,能够实现钻头和地层的各向异性、地层倾角及倾向等各种因素对底部钻具组合造斜率的定量评价,为今后底部钻具结构的合理配置以及钻井参数的优选提供有力的理论依据和分析手段。     

塔河油田同心随钻扩眼钻柱动力学研究

老井侧钻是解决塔河油田含水率增加的主要技术,但井眼直径变小会对后续作业产生很大的影响,应用随钻扩眼技术可以解决此问题。但也存在钻柱动力学稳定性差、扩眼效果不理想和钻速低等问题。基于弹性力学理论及有限元分析方法,考虑弯曲井眼中钻柱受力、钻柱结构和领眼钻头与扩眼工具处钻压扭矩分配等因素的影响,由该区一口实例井扩眼参数建立了侧钻井同心随钻扩眼钻柱瞬态动力学模型。并研究BHA在小井眼中的运动状态,全钻柱关键位置动应力变化、井口轴向力、井口扭矩、钻柱轴向加速度和钻柱等效应力随加载时间的变化,模拟结果可为研究同心随钻扩眼钻柱的动力学性能和优化随钻扩眼施工参数提供了理论支持。     

推靠式旋转导向系统底部钻具组合动态安全评价方法

推靠式旋转导向钻进时巴掌对井壁的间歇性推靠致使钻柱处于非线性阻尼激励的复杂工作状态,剧烈的振动易引发钻柱的疲劳失效。建立考虑巴掌与井壁的接触碰撞及动态激励的底部钻具组合动应力计算模型,分析钻柱转速对钻柱动应力和钻头侧向力的影响。结果表明:钻井过程中底部钻具组合动应力和钻头侧向力处于剧烈波动状态,尤其在临界转速下运动的钻柱将产生剧烈的振动及较高水平的动应力,导致钻柱出现疲劳破坏;通过调节钻柱转速至两阶相邻转速中间值,可显著降低钻柱的振动加速度。现场试验验证了通过调节钻柱转速提高底部钻具组合动态安全的可行性,为推靠式旋转导向及同类工具安全钻进参数的优化设计提供了依据。     

定向钻井PDC钻头三维钻速预测方法

综合考虑PDC钻头的切削作用、钻具组合的力学作用和地层岩石可钻性各向异性,根据钻头力平衡原理,建立一种新的PDC钻头三维钻速预测方法。在钻头瞬态力平衡计算中,不仅考虑钻具组合的力学作用,还考虑钻头冠部的侧向不平衡力和保径受力对PDC钻头切削作用的影响。结果表明:井眼轨迹的预测结果与实测结果有较高的吻合度,说明方法合理;根据具体的钻头结构参数和地层可钻性各向异性,通过数值计算可获得钻头的轴向和侧向钻速,不需要取得地层法向钻进效率;在钻头瞬态力平衡计算中,钻头侧向不平衡力过大将增大井眼轨迹控制的难度,对PDC钻头布齿参数的进行优化设计可以减小钻头的侧向不平衡力,进而减小钻头漂移角和工具面变化范围,增强井眼轨迹控制能力。     

基于机械比能理论的钻井效率随钻评价及优化新方法

在原有破岩机械比能理论基础上,分析水力能量对破岩与井底净化起到的积极作用,建立水力参数条件下破岩比能模型,并完善相关理论。基于破岩比能模型与钻井参数和机械钻速的相互关系,通过分析钻进中井底工况,判断施加钻井参数的合理性,提出相应优化措施,并利用该模型预测机械钻速。结果表明:建立的破岩比能效率评价体系能够在钻前准确预测机械钻速、钻进中随钻诊断井底工况及优化参数、钻后优选钻头;该理论评价方法诊断准确率高、优化效果好且流程识别简单,具有良好的应用与推广价值。     

空气冲旋钻井机械钻速仿真算法

钻井机械钻速预测是难题.以前,研究者们常根据现场数据或试验数据,用统计拟合分析方法得出机械钻速的经验或半经验关系式.这些经验或半经验公式包括一些很难确定的系数准确性和可靠性差.为此,作者结合三牙轮钻头有关的理论,建立了空气冲旋钻井钻头的真实数学模型、真实井底模型和钻头牙齿与井底岩石互作用模型,用计算机仿真方法预测出了空气冲旋钻井机械钻速.使用表明,该模型可靠,计算结果与实际机械钻速基本一致,研究成果可用于冲旋钻头改进、优化设计和钻井参数优选.     

气体钻井上返岩屑对井斜影响的分析

气体钻井井眼环空的气固流动状态给固体岩石颗粒冲击井壁提供了条件。高速气流携带的岩屑与井壁碰撞的频率和剪切应力较大,因而井壁岩石更易破碎,井径扩大更为严重。井径的扩大导致底部钻具组合(BHA)受力状态发生变化,从而造成控制井眼轨迹的难度增加,引起井斜。同时,井壁岩石颗粒碰撞剥落在下井壁形成岩屑垫层,同样影响底部钻具组合力学特性,造成增斜力,从而影响井斜。为分析气体钻井上返岩屑对井斜的影响,根据气体钻井环空流动模型与颗粒碰撞的能量关系,建立了气体钻井条件下的井径扩大判别模型。实例计算表明该模型准确、有效,可以为气体钻井设计和井径分析提供依据。     

下部钻具三维大挠度静力分析

根据下部钻具的实际受力状态，建立了下部钻具的三维大挠度静力分析的数学模型，选用加权余量、加权目标函数和最优化方法确定了钻柱与井壁的切点位置，削弱了切点处边界条件不完全确定的影响．解决了多元非线性微分方程组和多无非线性方程组的求解问题，较为准确地分析了钻具的受力和变形．     

金刚石排列模式对钻进时效的影响

 研究金刚石宏观排列模式与金刚石钻头碎岩的时效关系, 不仅有助于设计有序排列金刚石钻头, 而且有利于更好地理解金刚石有序排列下岩石的破碎机理。本文应用ANSYS-LSDYNA 有限元软件对3 种不同金刚石排列模式(弧形排列、均匀排列和射线排列)的平底孕镶金刚石钻头进行孔底碎岩模拟研究, 考察金刚石的排列模式对其钻进时效的影响, 并对采用钎焊法试制的3 种有序排列金刚石钻头进行室内钻进试验。研究表明, 3 种钻头的钻进时效由高到低分别为弧形排列、均匀排列和射线排列钻头, 室内钻进试验结果与数值模拟结果吻合较好。