预弯曲钻具组合在软硬交错地层的应用

油气井的防斜打快问题是石油钻井面临的一大难题。川西地区中浅部地层岩性软硬交错程度显著,导致钻井易井斜的问题,前期主要通过国外垂钻系统解决该问题,钻井成本高。预弯曲钻具组合是一种低成本防斜打直技术,但是在软硬交错地层的应用尚缺乏科学的适用性评价方法。提出了一种考虑地层软硬交错特征及地层倾角影响的易斜地层预弯曲钻具选择方法,实现了软硬交错地层的造斜力计算,进而选择能提供相当防斜力的预弯曲钻具组合进行防斜应用。分析结果表明,在川西地区,地层倾角小于25°、软硬交错指数小于3时,预弯曲钻具组合可以提供足够的防斜力。应用该技术进行了现场应用,预弯曲钻具组合取得了较好的防斜提速效果,证明这种评价方法力学原理明确,模型准确可靠,应用简单,可以为软硬交错易斜地层低成本防斜打快技术提供可靠参考。     

偏轴钟摆钻具组合力学特性分析

运用纵横弯曲连续梁理论和达朗伯原理 ,建立了偏轴钟摆钻具组合动力学分析模型。该模型能够用于求解钻头处的侧向力和转角以及偏轴接头处的侧向力 ,以评价钻具组合的防斜 (纠斜 )能力和偏轴接头附近的偏磨程度。计算结果表明 ,适当降低钻压或提高转速 ,有利于纠斜 ;增加偏轴接头偏心距或将偏轴接头位置上移 ,有利于纠斜 ,但不利于控制钻铤 (或接头 )偏磨 ;扶正器位置上移基本上不利于纠斜 ,也不利于控制钻铤 (或接头 )偏磨 ;偏轴接头处存在较大的接触力时 ,适当调整钻井参数或钻具结构能够避免或减轻钻铤偏磨     

偏轴钟摆钻具组合力学特性分析

运用纵横弯曲连续梁理论和达朗伯原理，建立了偏轴钟摆钻具组合动力学分析模型。该模型能够用于求解钻头处的侧向力和转角以及偏轴接头处的侧向力，以评价钻具组合的防斜(纠斜)能力和偏轴接头附近的偏磨程度。计算结果表明，适当降低钻压或提高转速，有利于纠斜；增加偏轴接头偏心距或将偏轴接头位置上移，有利于纠斜，但不利于控制钻铤(或接头)偏磨；扶正器位置上移基本上不利于纠斜，也不利于控制钻铤(或接头)偏磨；偏轴接头处存在较大的接触力时，适当调整钻井参数或钻具结构能够避免或减轻钻铤偏磨。     

用加权残值最小二乘法计算下部组合钻具的变形和受力

下部组合钻具可简化为一受横向力和轴向力作用的多跨度的连续梁、本文用加权残位最小二乘法计算一个多扶正器钻具组合的变形和受办,给出计算钻头侧向力,扶正器的约束反力和扶正器处的内弯拒的理论公式,在计算过程中,本文考虑了扶正器不在同一直线上的情况。     

机液控制可变径扶正器的结构及应用研究

在定向钻井中，造斜、稳斜及降斜是主要的工艺过程．目前在实际钻井时，实现这几个工艺过程，需要通过起下钻具，改变钻具组合来完成，这样就使得钻井作业辅助时间增长．本文将介绍一种机液控制的可变径扶正器．该扶正器的特点是工作时直径可调节，因而，不需要起下钻就可实现钻具组合的改变，从而完成造斜，稳斜及降伴等工艺过程．使用该扶正器将大大节约钻井成本，提高钻进速度．给出了这种可变径扶正器的主要结构设计、工作原理、主要的水力计算方法及简单的应用操作．通过计算分析可知：该扶正器可在任意深度的井段内实现变径，从而完成特殊作业要求．     

压杆纵横弯曲的高阶应变理论解

将高阶应变弹性理论引入细长压杆的纵横弯曲问题中,考察了内禀长度对于纵横弯曲的行为,尤其是中点挠度、最大压力等的影响。结果表明：内禀长度对比外特征尺度不可忽略时,压杆纵横弯曲的最大压力降低;中点挠度也明显受到轴向力、横向力、材料刚度、压杆长度（即外特征尺度）以及内禀长度的影响。工作对于承受纵横弯曲作用的微尺度压杆的设计、制造及使用有一定的指导意义。     

基于纵横弯曲梁理论的水平井管柱摩阻扭矩分析方法

在非常规油气藏水平井钻进过程中,井壁稳定性差导致井眼不规则,钻柱受力复杂,摩阻扭矩计算误差较大。根据纵横弯曲连续梁理论,在井斜平面、方位平面内对钻具组合进行管柱受力及变形分析,从而建立了一种含有虚拟接触点的改进纵横弯曲梁模型分析钻井管柱摩阻扭矩。优点在于指定接触点时不用考虑是否为真实接触点,由此可将接头或接箍、扶正器等直径较大的部位指定为接触点。对于非真实接触点可以按虚拟接触点考虑,从而使模型的应用和求解更加方便、可行。实例分析结果表明,套管下入、旋转钻进、滑动钻进、复合钻进状态下管柱摩阻扭矩理论计算值与实测平均值基本相同,且变化趋势一致,验证了计算模型的准确性。     

推靠式旋转导向井眼轨迹预测与控制方法

旋转导向钻井系统是现代导向钻井技术的发展方向。通过导向机构调节导向参数来预测和控制井眼轨迹,是旋转导向钻井系统的关键技术之一。为解决推靠式旋转导向钻具的导向力和工具面角对井眼轨道的控制问题,对导向力分别在井斜平面和方位平面进行解耦;并应用了纵横弯曲理论建立了底部钻具组合三维力学分析模型,得出了导向参数与钻头侧向力和转角的定量关系。在考虑钻头和地层的各向异性因素的影响下,利用在UPC模型基础上提出的有效钻力的概念,通过计算钻头有效钻力来预测实钻过程中的钻进趋势。在此理论基础上,计算了按设计的井眼轨道钻进所需要的导向参数,并讨论了井眼轨迹参数、钻压、钻头各向异性参数和地层参数对钻具导向性能的影响;分析了其中的规律,并得出只有综合考虑上述各项因素,才能准确计算出导向参数,确保钻头沿设计轨迹钻进,也为旋转导向井眼轨迹控制提供了理论依据。     

半开式桁架桥上弦杆平面外屈曲临界力研究

基于阶梯形分布的上弦杆轴力假定,考虑斜腹杆的抗弯刚度和横梁高度对上弦杆侧向弹性支撑的影响作用,采用能量法推导了上弦杆的平面外屈曲临界力计算公式,并以一座半开式桁架桥为例,对影响桁架桥上弦杆稳定性的因素进行了分析.结果表明:较之现有规范中的轴力分布假定,按照阶梯形轴力计算的上弦杆屈曲临界力更符合实际状态;桁架桥的跨径不变时,随节间数量增大,侧向弹性约束刚度与上弦杆的平面外屈曲临界力接近于线性增大,斜腹杆对侧向刚度的作用也随着节间数量的增多而增大,在计算当中节间数量较多时不应忽略斜腹杆的抗弯刚度;横梁高度增大则上弦杆的平面外屈曲临界力也相应增大,但对于本文算例,当横梁高度大于0.4m时继续增大横梁高度对侧向刚度的影响可以忽略.     

偏轴钻具组合防斜打快的强度分析

针对偏轴防斜打快技术中所用的钻具组合的受力状态复杂,对整个钻柱系统的安全性有较大影响的问题,考虑安全、有效的钻井施工特别需要对偏轴接头及接头附近的钻铤强度进行分析,找出钻具组合的危险点,以便于校核钻具组合的强度和改进偏轴钻具组合的结构设计的实际。以下部钻柱为研究对象,将钻头以上部分分成多个梁单元,进行结构离散,建立力学模型,采用有限元分析方法,进行偏轴接头强度分析。研究表明,偏轴钻具防斜钻具组合的最大复合应力发生在偏轴接头与下部钻铤的结合部位,主要由弯曲载荷和轴向力产生。在应力最危险部位,应特别注意钻具的强度安全问题。     

套管扶正器间距计算

套管居中是提高固井质量的必要前提和重要条件。本文对斜直、弯曲和变方位弯曲三种井眼条件下装有扶正器的套管柱进行了力学分析,精确考虑了静水压力的作用,研究了套管自身弯曲和套管扶正器受压缩二种变形。用最小势能原理,推导出上述三种情况下套管偏心距的计算式及套管扶正器间距的计算式。     

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。     

下部钻具组合稳定性有限元分析方法及应用

下部钻具组合的具体方式将直接影响其所能承受临界失稳载荷的大小。以有限元分析为基础,对不同组合的下部钻具建立了特征值屈曲分析分法,在此基础上进行了实例计算。计算结果表明,对于同样的钻具组合,通过调整下部钻铤尺寸以及扶正器的安放位置,可以实现尽量大的临界失稳载荷,从而达到防斜打快的目的。研究方法为基于非线性动力学的超刚性钻具组合防斜打快技术研究奠定了理论基础。     

直井防斜打快技术分析

钻井过程中影响井斜的因素很多,且井斜给钻井、完井等作业带来一系列的危害,并造成巨大损失。针对复杂深井钻井中多次出现井斜问题,目前在现场使用较多的除钟摆钻具和满眼钻具防斜技术外,主要发展了偏轴钻具防斜技术、螺杆钻具配合PDC钻头防斜技术等,但总体来看在直井防斜打快方面进展不大。国外近年来则研制了VDS、SDD、VertiTrak、PowerV等具有主动防斜能力的自动化井斜闭环控制系统,成功地解决了高陡构造、断层、盐层等情况下钻进时的井眼质量问题。复杂构造地区井斜问题非常普遍,因此应尽快开展新型防斜打快理论研究,研制新型工具和工艺技术势在必行。     

井壁变形和摩擦阻力对底部钻具组合的影响

将井壁变形与摩阻因素引入力学模型,以滑动摩擦为主建立了摩擦模式,用文氏弹性地基模拟井壁变形(即弹性井壁),应用有限元理论,研究了井壁与钻柱的相互作用对钻头侧向力的影响。计算结果表明,对较软地层井壁变形的影响不可忽视,尤其对三维井眼或造斜钻具,井壁变形对钻头侧向力的影响很大;摩擦与井眼弯曲共同产生了方位侧向力,而摩擦对井斜侧向力影响很小;稳斜钻具的钻头侧向力受井眼弯曲、井眼蚀变因素的影响较为突出。     

水平井套管扶正器最佳间距计算

本文根据结构分析中的虚位移原理,对装有扶正器的套管柱在具有初弯曲的井段中的受力和变形进行了系统分析,借助空间解析几何原理导出了三维弯曲井段中套管扶正器安装间距的解析计算式。在扶正器侧向载荷计算方面考虑了轴向力的影响,并将扶正器上的摩阻力引入轴向载荷的计算中。通过计算分析,本文指出了解决下套管与注水泥质量这一水平井中难度较大的工艺的研究方向。     

斜直井内多扶正器钻柱的空间弯曲变形

本文提出了斜直井内多扶正器钴柱空间弯曲变形的计算模型。通过Laplace变换,获得该问题的解答。利用本文提出的计算方法,对于确定的井身设计,根据相应的地层情况,在满足文中所叙述的条件下,可得到钻具组合以及钴井参数的选择原则。     

非正常井眼对气体钻井下部钻具受力影响研究

提出了气体钻井中有井壁坍塌的非正常井眼下部钻具受力影响的研究,根据现场井眼坍塌形状,将该非正常井眼简化为椭圆截面的坍塌井眼,建立了下部钻具有限元分析的力学模型,开发了其有限元分析的ANSYS-APDL程序,可以方便地对钻具进行有限元力学分析。研究了4种非正常井眼情况下,下部钻具的受力情况,得到了钻具在坍塌井眼附近的变形位移、钻具弯矩、钻具内的应力分布大小以及钻头的偏转角等,为气体钻井坍塌井眼的井斜机理研究提供了研究方法和为其防斜打快提供了理论依据。     

底部钻具组合二维分析新方法

提出一种用于分析底部钻具组合稳定器处的轴向力的新方法 ,即认为轴向力方向应与钻柱切线方向一致 ,其大小不应忽略井壁支反力的影响。在此基础上 ,采用加权余量法推导出一套用于计算底部钻具组合二维受力和变形的新的公式。实例计算结果表明 ,由于该公式考虑影响因素更全面 ,因而其计算结果更具合理性 ,与钻柱实际受力情况更加相符 ,且计算过程更为简便、快捷。