水平井钻柱摩阻力和摩阻力矩的计算

针对水平井的特点，提出对钻柱摩阻分段计算的方法，即对底部钻具组合（ＢＨＡ）段，采用纵横弯曲梁理论计算摩阻；对ＢＨＡ以上井段，用微单元力平衡分析法具体分析钻柱的受力，给出不同工况下水平井摩阻力计算的简化条件。探讨了泥浆粘滞力的计算公式和钻柱刚性效应的影响。在安塞油田、大港油田多口井的应用表明，在局部弯曲井段，钻柱的刚性对摩阻力有明显的影响；泥浆的粘滞力对摩阻力有一定的影响，所建模型与现场试验结果符合较好，能够为现场施工设计提供重要数据。     

滚动钻柱摩阻研究

现有计算钻柱摩阻力矩的模型是在假设钻柱自转的条件下建立的,不适宜计算钻柱出现反转时的阻力矩。通过引入滚动摩阻系数,建立了反转条件下摩阻力矩的计算方法,得出了计算公式,并给出了水平井段钻柱出现反转的判别式。该研究成果有利于直井防斜和提高水平井钻井技术。     

钻柱在水平分支井段中的摩阻力分析

钻具摩阻力计算一直是水平多分支井钻井工艺设计与施工过程中的一个关键问题.由于水平分支井眼曲率的变化,将会使钻具的摩阻力增加,钻具的通过能力下降,严重时会导致钻头无法加压、钻柱早期破坏等复杂情况,不仅关系到安全钻井,还会增加油气井的生产成本.建立了在水平分支井眼中的钻柱摩擦阻力微分方程,并得到了在起、下钻过程中钻柱的总摩阻.     

富县浅层水平井钻柱摩阻影响因素分析

目前,大位移水平井、丛式井、分支井等特殊结构井在各个油田已普遍应用,成为提高采收率最直接有效的方法,因此对特殊结构井的研究也不断深入,特别是钻柱摩阻问题已成为长水平段顺利延伸的主要研究问题之一。对于陕北富县区块,由于储层埋深浅,施工水平井存在诸多困难,因此从加重钻杆放置角度、钻具组合、钻柱屈曲等影响摩阻因素出发,结合FZF47P1井设计施工情况,对钻柱进行摩阻受力分析,获取浅层水平井钻柱摩阻规律。为今后鄂南浅层水平井施工提供参考,同时也为后期压裂、采油施工提供指导和依据。     

钻柱与实钻水平井眼接触形态及摩阻影响分析

水平井钻进过程中,地层结构、钻具振动、钻头侧向力、岩屑沉积等因素易导致实钻井眼轨迹发生连续小幅偏斜。该种偏斜虽不会引起实钻井眼轨迹的严重偏离,但将改变钻柱与井壁的接触形态。受现有测井方法的限制,该种偏斜常被忽略。通过理论分析与仿真,研究水平段井眼轨迹在井斜平面内连续小幅偏斜波动条件下的钻柱与井壁接触形态及其对摩阻的影响。研究认为,钻柱与偏斜波动水平井眼间易发生"悬跨"接触,该现象降低了现有解析法求解钻柱力学相关问题假设条件"钻柱与井壁连续接触"的合理性。钻柱自重和轴向力对悬跨钻柱弯曲位移及悬跨接触最大临界跨距的影响最大。悬跨接触将减小钻柱与井壁的接触面积、增大钻进摩阻。     

基于钻柱动力学的井筒摩阻系数预测与应用

井筒摩阻系数是钻井设计和施工阶段准确预测和控制摩阻扭矩的关键因素,对比摩阻扭矩的实测值与预测值可预防钻井事故的发生。为此,基于钻柱动力学摩阻扭矩计算模型,结合近钻头多参数测量仪实测数据,开展了大斜度井实钻条件下套管段和裸眼段摩阻系数的预测方法研究,结果成功应用于同类型邻井的三开钻进阶段摩阻扭矩分析与控制。现场应用结果表明,实钻井筒套管内摩阻系数0.27~0.29,裸眼段摩阻系数0.39~0.41,均高于经验值;案例井钩载和扭矩预测值与实际值的误差满足施工精度要求,依托摩阻扭矩预测图版实时监测实钻摩阻扭矩的异常变化,保障了该井顺利施工。研究结果可为大斜度井钻机设备优选、井身剖面优化和现场钻井施工方案决策等提供科学依据。     

井眼内钻柱摩阻的三维和两组模型的研究

根据定向钻井测斜计算方法中的两种假设，建立了钻柱摩阻的“斜面圆弧“和“圆柱螺线“两种三维模型，给出了详细的计算公式，并指出Ｃ．Ａ．Ｊｏｈａｎｃｓｉｋ等人所用的几何模型实际上是“螺线“而并非“圆弧“。实例计算也说明了这点。两种三维模型可根据实际的井眼情况进行选用。对于两维井眼内的钻柱摩阻问题，给出了更具普遍性和实用性的计算公式。     

调制式振动对大斜度井减摩阻影响规律

基于钻柱振动与井壁摩阻间的耦合作用研究,依据弹性杆理论,建立大斜度井激发钻柱产生轴向振动减小摩阻的数学模型,分析激振力强度、激振频率、摩阻系数和钻井液黏滞系数对钻柱振动减阻效果的影响。采用正交数值试验对各因素的影响程度进行分析。结果表明:提高激振力强度、频率或降低摩阻系数和钻井液黏滞系数均可提高振动减阻效果,其中激振频率存在最优值;各因素对钻柱振动减阻效果的影响由大到小依次为激振器强度、摩阻系数、激振器频率和钻井液黏滞系数。     

水平井段管柱屈曲与摩阻分析

利用有限差分法和Ｎｅｓｗｔｏｎ迭代法,计算了斜直井段管柱螺肇屈曲临界力、沿螺旋段分布的管柱与井壁接触力以及后屈曲平均侧向接触力。分析了钻杆接头对水平井段钻柱屈曲临界力和弯曲应力的影响,提出了计算钻柱正弦屈曲临界力的新方法。结果表明,当轴向压力较小时,钻杆接头引起钻柱弯曲应力;当轴向压力较大时,接头会抑制螺旋屈曲的发生,降低钻柱的弯曲应力,另外,给出了水平井段钻柱出现反转的判别式。     

水平井段管柱屈曲与摩阻分析

利用有限差分法和Newton迭代法 ,计算了斜直井段管柱螺旋屈曲临界力、沿螺旋段分布的管柱与井壁接触力以及后屈曲平均侧向接触力。分析了钻杆接头对水平井段钻柱屈曲临界力和弯曲应力的影响 ,提出了计算钻柱正弦屈曲临界力的新方法。结果表明 ,当轴向压力较小时 ,钻杆接头引起钻柱弯曲应力 ;当轴向压力较大时 ,接头会抑制螺旋屈曲的发生 ,降低钻柱的弯曲应力。另外 ,给出了水平井段钻柱出现反转的判别式。     

大位移井钻柱三维摩阻扭矩分析刚杆模型

大位移井井斜角大、水平位移大以及井眼弯曲等多种因素的影响,在下套管过程中存在较大的摩阻。刚杆模型在曲率较大的井眼或由刚度较大的加重钻杆组成的钻柱段条件下,其计算结果具有更高的精度。     

滚动钻柱摩阻研究

现有计算钻柱摩阻力矩的模型是在假设钻柱自转的条件下建立的，不适宜计算钻柱出现反转时的阻力矩。该研究成果有利于直井防斜和提高水平井钻井技术。     

考虑接头的钻柱摩阻扭矩分析

钻柱接头的直径大于管体直径,在通常情况下钻柱与井壁间的接触发生在接头上。建立考虑接头钻柱的力学模型,并用迭代法进行求解,成功地分析了考虑接头钻柱在钻进、起钻、下钻、空转及倒划眼时与井壁的接触力、摩阻扭矩,并能预测各接头处接触力的大小、方向。通过与现场试验数据相比较,对钩载的预测误差小于5%,对扭矩的预测误差小于7%。该模型为预测钻柱摩阻扭矩提供了一个快捷准确的方法。     

尾管固井过程中钻柱的动态摩阻力与变形研究

针对尾管固井送入钻柱动态受力和变形开展了系统地研究,主要目的是评价送入钻柱的安全性问题。首先, 根据送入钻柱的组合结构尺寸和井身结构尺寸,建立了钻柱承受摩阻力的力学模型,推导出了尾管固井过程中,由注 入流体流动引起的钻柱摩阻力和变形计算的解析数学模型;其次,根据钻柱的组合结构尺寸、钻柱内多密度和变体积 流体性质,推导出了尾管固井过程中多密度流体位置在钻柱内随注入时间变化的解析数学模型。模型已在四川龙岗 Lg63 井得到了应用,并验证了其可靠性和适用性。研究结果表明,在送入管柱内多密度流体作用下,建立的数学模型 可以实时计算出避开送入钻柱发生交变载荷作用的排量参数,并能优化出送入尾管柱安全工作的最优工作参数,为尾 管固井过程中钻柱动态摩阻力与变形引起的安全性评价提供了可靠的手段和方法。     

小井眼长水平段水平井摩阻扭矩控制技术

小井眼长水平段水平井+ 分段压裂的开发方式在大牛地气田的开发中取得了理想效果,然而仍然存在一系 列的问题,尤其是水平段后期的摩阻扭矩控制问题。以理论分析和实钻工程特征为基础,建立了摩阻扭矩分段计算 模型,并对水平段长度、轨迹剖面、钻具组合和钻井液流变性等影响规律进行了分析,结果表明：随着水平段长度的增 加,钻进和起钻的摩阻扭矩均在增加,当摩阻扭矩不再增加时,此时便是水平段的极限长度;随着单增剖面靶前位移的 增加,摩阻扭矩增加;采用组合钻杆（?101.6 mm/?114.3 mm+?88.9 mm）既有利于水平段和大斜度井段携岩,同时又能 有效地控制摩阻扭矩;钻井液屈服值和塑性黏度越低,摩阻扭矩越小。将摩阻扭矩综合控制技术应用于DPH7 井,水 平段轨迹平稳,平均全角变化率1.79°/30 m。     

基于机械系统动力学自动分析水平井钻柱一井壁接触仿真分析水平井钻柱一井壁接触仿真分析

钻柱在高曲率、长水平段的水平井中与井壁接触状态十分复杂,接触状态又直接影响钻进过程中钻柱的摩阻扭矩,进而影响井的延伸极限。因而,较准确、全面描述全井钻柱系统与井壁的接触状态是保证钻柱摩阻扭矩分析结果可靠的前提。基于ADAMS软件,结合力平衡理论、Hertz接触理论和相似原理,建立了与真实测试试验装置具有一致钻井参数的水平井全井钻柱-井壁动态非线性接触模型,分析了全井钻柱接触力分布情况,研究了起钻速度、下钻速度、钻压和转速对接触的影响规律。结果表明：接触力峰值出现在弯曲段;起、下钻速度均对弯曲段钻柱接触状态影响明显,速度相同时起钻比下钻时接触力大;增加钻压可减小全井钻柱的平均接触力;钻柱旋转会在水平段中前部出现小幅密集接触。仿真结果为钻柱摩阻扭矩测试试验装置提供了合适的钻柱与井壁的接触力测量位置,便于利用该装置开展钻柱摩阻扭矩等相关研究。     

基桩负摩阻力的时效分析

首先采用太沙基一维固结理论计算某时刻桩侧土体的固结沉降量，并对影响其结果的关键参数一固结系数进行了深入讨论，在此基础上，引入改进的佐藤悟双折线模型，用荷载传递概念建立出基桩各段的力平衡方程与位移平衡方程，然后对桩顶位移赋初值，即可经迭代计算求出该时刻桩身负摩阻力发展情况和中性点位置．最后，利用本方法对某实例进行了计算，其与另外3种理论计算结果的对比表明，该方法能较准确地描述基桩负摩阻力随时间的发展过程．图5，参8．     

大位移井套管下入摩阻预测新方法

以往大位移井的套管柱摩阻计算没有考虑波动压力的影响,现在考虑波动压力影响的基础上优化了套管柱的摩阻计算模型,并以西江大位移井A22井为例定量计算了套管下入过程的摩阻。计算结果表明考虑波动压力的套管摩阻预测值比不考虑时更符合实测值,考虑波动压力的摩阻预测模型更适合作为指导套管下入的依据。另外在套管下入摩阻较大的关键井段,考虑波动压力的摩阻预测值比实测值仍然偏小,但偏小值在可控范围内,这可能是由于摩擦系数不合理或者井壁不光滑所致,需要进一步研究。     

基于剪切位移法的基桩负摩阻力计算

在对现有2种常用基桩负摩阻力计算方法进行分析的基础上,探讨了影响桩土间实际负摩阻力的主要因素.进而根据有效应力原理,建立出能充分考虑桩土剪切位移对摩阻力发挥程度影响的基桩负摩阻力计算分段曲线模型,并由此推导出基于荷载传递法的负摩阻力计算基本微分方程,并给出了在不同桩土相对位移条件下基桩负摩阻力计算的分段解析式.在此基础上,引进土体在均布压力作用下沉降的弹性解,从而得到了桩身轴向力、中性点的位置及基桩负摩阻力计算的改进方法.理论与工程实例试验结果对比分析表明,采用该方法所得的桩身轴力随深度的变化曲线与实测曲线吻合良好.     

水平井套管摩阻解析分析

套管摩阻是大斜度定向井和水平井固井工艺设计及施工的重要研究内容之一．对大斜度定向井及水平井下套管过程中的套管摩阻进行了理论研究，建立了套管摩阻微分方程，并经过严密的数学推导得到了套管摩阻的解析解，该解析解简便实用，可用于预测和计算定向井和水平井的下套摩阻．文中采用这些公式对长庆油田塞平—１水平井所用套管结构的摩阻进行了现场理论预测，为固井工艺设计和施工提供了理论依据．该预测结果与后来的实测数据较吻合，验证了本文理论模型的合理性