复合钻井技术机理分析及动力学仿真

论文摘要

当今,螺杆钻具匹配PDC钻头复合钻进技术已经成为钻井界的主流工艺技术,实践应用证明其能有效地提高钻井速度、缩短钻井周期以及降低钻井综合成本。但是,随着复合钻进技术的进一步推广以及钻井要求的不断提高,在复杂地层应用复合钻井技术进行防斜打快中的问题越来越突出,制约了钻井效率的提高。因此,分析复合钻井技术机理并对主要钻井参数进行优选,匹配高效的钻具组合进行防斜打快具有重要的现实意义。本文主要分析复合钻井技术在塔木察格区块易斜地层的防斜打快问题。通过对复合钻进条件下螺杆钻具的作用进行详细分析,阐述了复合钻进条件下螺杆钻具的力学特性及复合钻井技术提高机械钻速的机理。对比常规钻井分析复合钻井工艺特点和井身质量关系,并探讨了螺杆钻具控制井斜机理。采用有限元法模拟钻柱与井壁之间接触的状态结合钻柱运动过程中的动力学理论,采用ANSYS有限元分析软件,对钻柱结构、边界条件和外载荷进行计算和合理简化后建立复合钻进钻柱整体有限元分析模型。依据现场测井资料,以塔19-117井为例进行瞬态动力学仿真分析,仿真结果与工程实际大致相吻合。进一步分析了钻压和转速对井身质量的影响,并运用有限元法对下部钻具组合进行屈曲分析,计算结果显示合理布置稳定器能够改变钻头侧向力。现场试验,预测井眼轨迹与实际得到井眼轨迹误差较小,验证了所采用算法的正确性。在分析复合钻井技术机理的基础上提出了双级双速钻头的基本设想,并对钻头的基本结构和工作原理进行了简要设计和分析,为钻头的研究和发展提供一个新的思路,并为复合钻井技术的进一步发展开辟一个新视角。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 第一章 复合钻进条件下螺杆钻具作用分析
• 1.1 螺杆钻具结构及工作原理
• 1.2 复合钻进条件下螺杆钻具受力分析
• 1.2.1 螺杆钻具特性参数计算
• 1.2.2 螺杆钻具轴向力和反扭矩计算
• 1.3 复合钻井与机械钻速关系分析
• 1.4 螺杆钻具复合钻井与常规钻井对比技术特性分析
• 1.4.1 工艺特点分析
• 1.4.2 井身质量分析
• 1.5 螺杆钻具控制井斜机理
• 1.6 本章小结
• 第二章 基于有限元法的复合钻井参数优选分析
• 2.1 有限元法在钻井工程中的应用情况概述
• 2.1.1 有限元法及其应用
• 2.1.2 运用有限元法基本步骤
• 2.2 复合钻进钻柱有限元法基础理论分析
• 2.2.1 接触界面方程
• 2.2.2 钻柱瞬态动力学理论分析
• 2.2.3 钻柱与井壁接触非线性动力学方程
• 2.2.4 非线性有限元的解法
• 2.3 本章小结
• 第三章 复合钻井钻柱瞬态动力学分析
• 3.1 复合钻进钻柱受力分析
• 3.1.1 复合钻进钻柱工作状态描述
• 3.1.2 复合钻井钻柱受力分析
• 3.1.3 复合钻进钻柱所受各种应力计算
• 3.2 复合钻进钻柱瞬态动力学分析模型建立
• 3.2.1 复合钻进钻柱结构简化
• 3.2.2 复合钻进钻柱边界条件简化
• 3.2.3 复合钻进钻柱载荷简化
• 3.3 复合钻进钻柱瞬态动力学分析
• 3.3.1 塔木察格区块地质条件及井斜情况简述
• 3.3.2 塔19-117 井钻柱有限元计算
• 3.3.3 仿真结果分析
• 3.4 实例验证
• 3.4.1 塔21-79-1 井基本概况
• 3.4.2 应用效果
• 3.5 本章小结
• 第四章 双级双速PDC 钻头基本设想
• 4.1 双级双速钻头基本机构
• 4.2 双级双速PDC 钻头工作原理
• 4.3 尚待研究解决的问题
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要