地层力计算新模型

定量计算钻头与地层之间的作用力对井眼轨迹控制具有重要意义.由三维钻速方程出发,根据钻头合位移方向即为其运动方向的思想,推导出了计算地层力的新模型.该模型综合考虑了地层和钻头的各向异性以及钻头转角的影响,它不受稳斜稳方位条件的限制,是现有地层力模型的补充和扩展.研究结果表明,钻头各向异性和钻头转角对地层力均有影响,把钻头当作各向同性处理时,计算出的地层力比实际钻头条件下要小;在井眼方位和地层下倾方位之间夹角不同条件下,不考虑钻头转角的影响,地层力会略高或略低于考虑转角的情况.由于钻头转角对地层力的影响很小,计算地层力时可以忽略.     

下部钻具组合分析的有限差分方法

讨论了下部钻具组合分析的基本假设、基本方程和相应的边界条件.建立了求解下部钻具组合控制方程的有限差分方程,编制了相应的计算机程序.给出了钻柱和井壁的接触问题、稳定器问题和上切点问题的处理方法.通过计算结果,分析了降斜、增斜和稳斜三种典型钻具组合的钻头侧向力与钻压、井斜角、井斜曲率和方位曲率的关系,以及典型的钻柱弹性线示例.     

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。     

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。     

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.     

地层力计算新模型

定量计算钻头与地层之间的作用力对井眼轨迹控制具有重要意义。由三维钻速方程出发，根据钻头合位移方向即为其运动方向的思想，推导出了计算地层力的新模型。该模型综合考虑了地层和钻头的各向异性以及钻头转角的影响，它不受稳斜稳方位条件的限制，是现有地层力模型的补充和扩展。研究结果表明，钻头各向异性和钻头转角对地层力均有影响，把钻头当作各向同性处理时，计算出的地层力比实际钻头条件下要小；在井眼方位和地层下倾方位之间夹角不同条件下，不考虑钻头转角的影响，地层力会略高或略低于考虑转角的情况。由于钻头转角对地层力的影响很小，计算地层力时可以忽略。     

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。     

地层的各向异性对钻头侧向力的影响

应用有限元法,考虑地层的层理性,假设地层为横观各向同性的,根据弹性理论,对下部钻具组合及地层进行三维分析。把钻柱及相关地层作为整体考虑,钻柱部分采用三维梁单元,地层部分采用六面体等参单元附以四面体单元填充,通过适当的简化和处理,解决了微机内存不够的困难。编制了相应的计算程序,应用该程序,可以得到不同的地层倾角和地层倾向变化时钻头侧向力(并斜力和方位力)的变化情况。给出地层对钻头侧向力影响的定量解答。     

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。     

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。     

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。     

底部钻具组合三维静力分析的权余法

本文应用加权余量法,对底部钻具组合的受力和变形进行了三维静力分析,并编制出了计算机程序。该程序通用性强,计算精度高,简单省时,适用于各种底部钻具组合的模拟计算。本文运用该程序计算和分析了钻头扭矩及钻压对钻头侧向力的影响,得到了有关影响规律。     

通用下部钻具三维小挠度静力分析方法

为了更好地应用各种新钻具 ,建立了适用于对普通下部钻具、导向钻具、带偏心弯接头和柔性接头的下部钻具进行三维小挠度静力学分析的数学模型 ,包括 ( 1 )微分方程 ;( 2 )钻头、稳定器、弯角、变截面、切点和井壁的边界条件 ;( 3)钻头的侧向力和钻头转角 .给出了该模型的加权余量解 .用该方法编写的软件应用效果良好 .     

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。     

钻柱下部组合的数值分析

简要分析了用有限元法和有限差分法计算下部钻具组合的理论．根据计算机程序给出二在计算钻头侧向力时的结果．验证了两种算法的正确性。     

井眼轨迹参数对钻头侧向力的影响规律研究

为了研究井眼轨迹参数对钻头侧向力的影响规律对现场井眼轨迹的有效控制 ,利用专用软件SABHA探讨了已钻井眼轨迹参数对钻头侧向力的影响 .结果表明 ,井斜角的影响表现为在不同的井斜角条件下 ,所研究的 BHA具有不同的造斜能力 ,而且这种造斜能力随井斜角的增加在相应提高 .弯曲平面倾角和井眼曲率的有机结合可以很好的描述井眼轨迹空间形状对钻头侧向力的影响 .当弯曲平面倾角为 0°时 ,钻头上的方位力近似为零 ,而当弯曲平面倾角为 90°或 2 70°时 ,钻头上的方位力很大 .表明当不考虑地层因素的影响时 ,井眼的弯曲平面倾角及弯曲程度是产生钻头方位力的一个主要因素 .在现场井眼轨迹控制过程中 ,应充分考虑这一特点     

浅谈滑动导向钻井过程中钻具的选择与配置

对滑动导向钻井过程中常用钻具在使用过程中表现出的特点进行了总结,得出牙轮钻头造斜效果较好,定向施工过程中工具面稳定,PDC钻头造斜效果相对较差,工具面不易稳定,且稳斜过程方位飘动严重;动力钻具上部及本体的稳定器关系到造斜效果、稳斜效果及钻进摩阻,配置时需要根据现场条件进行选择;在能满足造斜率要求的情况下,一般应尽量使用弯角较小的动力钻具;无磁钻铤应尽量安装在靠近钻头位置的结论.     

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.     

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。