中短半径水平井螺杆钻具力学性能分析

论文题目: 中短半径水平井螺杆钻具力学性能分析

论文类型: 硕士论文

论文专业: 油气井工程

作者: 卫增杰

导师: 付建红

关键词: 纵横弯曲法,钻头侧向力,极限曲率法,通过度,轨迹预测

文献来源: 西南石油学院

发表年度: 2005

论文摘要: 随着油田的持续开发和老油区作业频繁使油水井井况日趋恶化,加上油藏的非均质性,严重影响油田采收率的提高。采用中短半径水平井技术,不但可以节约钻井成本,而且还可以增大油层裸露面积,从而提高采收率和经济效益。特别在我国,随着东部诸多主力油田相继进入高含水期,每年都有相当一部分老井枯竭停产,采用中短半径侧钻水平井技术对于“稳定东部,发展西部”的石油能源战略具有重要意义。 本文采用弹性稳定理论研究弯外壳螺杆钻具在弯曲井眼内的受力和变形特性,着重推导了同一跨内有两种不同刚度的梁柱在不同外载作用下端部转角的计算模型,用于解决下部钻具组合中所存在的变刚度力学问题。论文中计算了φ120mm和φ165mm弯外壳螺杆钻具在不同结构参数(弯角的大小和位置、下稳定器的位置和直径、上稳定器位置和直径等)、井眼几何参数(钻头处井斜角、井眼曲率等)和钻井工艺参数(钻压)下的钻头侧向力,在此基础上,采用极限曲率法对弯外壳螺杆钻具的造斜率进行了预测。本文还研究了弯外壳螺杆钻具在φ139.7mm和φ177.8mm套管内下入的可行性;在进行下部钻具组合受力分析和钻头-地层岩石相互作用机理的基础上,建立了井眼轨迹预测模型,并用实例进行了验证。 研究结果表明,弯外壳螺杆钻具的钻头侧向力和极限曲率与弯外壳螺杆钻具的结构弯角、稳定器的位置及稳定器的间隙(或垫块高度)、钻压、井底井斜角等参数密切相关。结构弯角越大、垫块高度越高,钻头侧向力越大,相应的极限曲率也大;钻压和井斜角对中短半径水平井井眼内使用的小尺寸螺杆钻具的力学性能的影响不太显著,只能起到微调的作用。弯外壳螺杆钻具组合在套管内的通过度是不一样的,φ88.9mm的双弯螺杆在φ139.7mm的套管内能顺利下入,而φ120mm单弯螺杆(弯角3.5°)在φ177.8mm套管内下入较为困难,需要借助外力才能下入。本论文的研究成果为预测弯外壳螺杆钻具的造斜率,选择螺杆钻具的结构参数和制定合理的钻井参数提供了重要的理论依据。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

目录

1 绪论

1.1 问题的提出和研究的意义

1.2 螺杆钻具的发展现状

1.3 国内外研究现状

1.3.1 下部钻具组合力学方法研究

1.3.2 螺杆钻具受力分析研究

1.3.3 螺杆钻具通过能力研究

1.3.4 井眼轨迹预测研究

1.4 本文研究思路和研究内容

2 弯外壳螺杆钻具受力与变形力学模型

2.1 纵横弯曲法概述

2.2 基本假设

2.3 变截面纵横弯曲梁力学模型

2.3.1 均布载荷和弯矩同时作用下的力学模型

2.3.2 集中载荷作用下的力学模型

2.3.3 变截面力学模型简化处理

2.4 纵横弯曲连续梁理论中的迭加原理和连续条件

2.5 钻柱初弯曲的等效处理

2.6 初始结构弯角的等效处理

2.7 单弯单稳螺杆钻具组合受力与变形分析

2.7.1 一维分析

2.7.2 二维分析

2.7.3 三维分析

2.8 同向双弯带下垫块螺杆钻具组合受力与变形分析

2.9 极限曲率法

3 弯外壳螺杆钻具组合力学计算结果分析

3.1 弯外壳螺杆钻具组合力学性能分析

3.1.1 力学性能分析的基本参数

3.1.2 钻头侧向力分析

3.1.3 极限曲率分析

3.1.4 不同刚度的弯外壳螺杆钻具极限曲率分析

3.2 Φ165mm弯外壳螺杆钻具组合力学性能分析

3.2.1 力学性能分析的基本参数

3.2.2 钻头侧向力分析

3.2.3 极限曲率分析

3.3 油田实例验证

4 弯外壳螺杆钻具下入可行性分析

4.1 问题的提出

4.2 研究的方法

4.3 单弯螺杆钻具下入的可行性分析

4.3.1 螺杆钻具组合基本参数

4.3.2 力学性能分析

4.3.3 弯外壳螺杆钻具的通过能力分析

4.4 双弯带下垫块螺杆钻具下入可行性分析

4.4.1 螺杆钻具组合基本参数

4.4.2 力学性能分析

4.4.3 螺杆钻具通过能力分析

5 预测井眼轨迹三维模型

5.1 问题的提出

5.2 模型的建立

5.2.1 基本概念

5.2.2 模型的推导

5.2.3 模型的讨论

5.3 井斜和方位的预测

5.4 油田实例

6 软件编制

6.1 软件功能

6.2 软件总体结构

6.3 程序框图

6.4 软件界面

7 结论、建议和创新点

7.1 结论

7.2 建议

7.3 创新点

致谢

参考文献

发布时间: 2006-01-11

参考文献

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