钻头各向异性对底部钻具组合力学特性的影响

本文结合岩石—钻头相互作用模型,应用两维底部钻具组合(BHA)力学特性分析程序(用半解析法求解,文中略)分析结果,分析计算了钻头各向异性指数对有效钻力的影响;并根据三种典型的增/降/稳斜钻具组合的力学分析结果具体计算了不同钻头各向异性指数对有效侧向钻力的影响,并据此结果作出了相应的关系曲线,进而分析了钻头各向异性指数对井眼轨迹的影响,得出了具有不同钻头各向异性指数值钻头对钻具组合力学特性的影响规律。     

直井眼钟摆钻具纵向振动特性的实验研究

为了了解直井眼中底部钻柱的纵向振动特性,利用根据相似理论设计出的钻柱动力学模拟试验装置,对不同参数组合下的钟摆钻具组合纵向振动特性进行了模拟实验研究。实验结果表明,钻柱的纵向振动主要与转速和钻压有关。转速一定时,提高钻压有利于减轻钻柱纵向振动;钻压一定时,降低转速有利于减轻钻柱的纵向振动;当对钻具施加的名义钻压一定时,随着转速的增加,平均钻压有减小的趋势。另外,在减小直井底部钻柱纵向振动的问题上存在钻压与转速的优化组合。     

直井眼钟摆钻具纵向振动特性的实验研究

为了了解直井眼中底部钻柱的纵向振动特性,利用根据相似理论设计出的钻柱动力学模拟试验装置,对不同参数组合下的钟摆钻具组合纵向振动特性进行了模拟实验研究.实验结果表明,钻柱的纵向振动主要与转速和钻压有关.转速一定时,提高钻压有利于减轻钻柱纵向振动;钻压一定时,降低转速有利于减轻钻柱的纵向振动;当对钻具施加的名义钻压一定时,随着转速的增加,平均钻压有减小的趋势.另外,在减小直井底部钻柱纵向振动的问题上存在钻压与转速的优化组合.     

底部钻具规则涡动轨迹的内摆线描述方法

为了认识和控制钻井过程中的钻柱涡动,基于几何学原理提出内摆线描述方法.该方法将涡动视为规则运动,从分析钻柱外缘固定点的运动特性入手,求解底部钻具(BHA)与井壁的摩擦接触的运动轨迹方程,确定轨迹上各点的速度,分析钻柱自转和公转速度对底部钻具运动轨迹的影响.结果表明:底部钻具的涡动可能造成钻柱以远高于其自转速度的角速度沿...     

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。     

基于应力分析的钻具设计方法优化

钻具钻进过程中不断振动,其产生的交变应力促使钻具发生疲劳失效。钻具组合设计时多是考虑轴向应力对钻具的影响,很少考虑到振动的影响,考虑因素单一。为提高钻具钻进过程的安全性,基于钻柱所受轴向应力,考虑钻柱振动时所受动态应力,结合疲劳失效原理,建立了一种应力安全分析模型,并通过室内试验验证模型的合理性,进而分析钻柱整体在不同钻进条件下的安全系数和存在的危险位置,总结提出钻具组合优化方法。结果表明：转速对钻具的安全系数影响较大,钻压的影响程度较小;除了钻具井口位置,加重钻杆底部、钻铤底部均存在疲劳失效的可能;钻具优化方法可以提高钻具整体安全性。本文从应力方向角度分析了钻具的安全情况,提出了优化方法,为以后的钻具设计提供了参考。     

下部钻具组合的几何非线性分析

根据虚位移原理推导了两结点三维直梁单元几何非线性的单元切线刚度矩阵,建立了下部钻具组合(BHA)有限元分析的基本方程,考虑了井壁对下部钻具组合的约束,对BHA受力和变形问题进行了静力线性及非线性有限元分析,编制了相应的程序.利用该程序,计算和分析了曲率及钻压对钻头侧向力的影响及其非线性效应,得到了有关影响规律.     

柔性短节位置对带旋转导向工具底部钻具组合动力学特性的影响

针对具有超长细比特征的底部钻具组合(BHA),运用有限元结点迭代方法,研究柔性短节在不同位置对带位移工作方式旋转导向工具RSBHA的三维动态变形和动态应力的影响,并且分析在不同钻压和转速情况下柔性短节位置的变化对最大动态应力的影响。结果表明:在合理的位置加入柔性短节能够减小RSBHA的横向动态位移,并且使得最大动态应力明显下降,起到减振的效果,反之将会明显增加动态应力;柔性短节位置对最大动态应力的影响远大于钻压和转速,合理地确定柔性短节位置对提高井下工具的安全性和测量数据的准确性有重要作用。     

应用相似方法模拟研究底部钻具组合的公转运动规律

应用相似理论及相似转换法,推导出了模拟实验研究底部钻具组合(BHA)运动状态所遵循的相似指标及相似准则,简单介绍了如何应用该相似准则建立底部钻具组合运动状态模拟实验装置.本文采用BHA运动微分方程为基本方程推导相似准则,推导出的相似准则物理意义明确,可以用来指导BHA运动状态实验研究.     

下部钻具组合的大变形分析——有限元动坐标迭代法的应用

把动坐标迭代法应用于下部钻具组合(BHA)的非线性有限元分析。为BHA的非线性分析提供了一种简便而又有效的数值计算方法.给出了动坐标迭代法三维分析时有关变量的计算公式,编制了相应的计算程序,研究了不同井斜曲率和方位曲率对钻头侧向力的影响以及线性分析和非线性分析结果对比.