阶梯水平井钻柱和套管串设计

摘要

阶梯水平井是在常规水平井基础上发展起来的一种特殊水平井，其水平段可在垂直剖面上多次升降，穿越不同深度的油层，也可在同一深度的水平面内多次穿越不同方向的油层。由于阶梯水平段井眼曲率的不规则分布，将会使钻柱或套管串的摩阻力增加，给钻井和完井施工带来困难，严重时会导致钻头无法加压、钻柱早期破坏和套管串下不到井底等复杂事故。为了科学合理地解决钻柱(套管串)摩阻和通过能力评价、转盘驱动转速这些影响工程设计和施工的技术问题，需要从整体钻柱力学分析入手，针对阶梯水平井井眼轨迹特点，应用间隙元法对钻柱进行受力分析，计算钻柱的内力、应力以及钻具与井壁的接触摩擦阻力，从而完成钻柱通过能力评价和转盘驱动转速计算；根据套管串工作状态，选取整体套管串为研究对象，在考虑套管串结构、上下边界和外载荷的基础上，着重考虑了套管串与井壁的接触摩擦非线性和扶正器的弹性变形，建立了整体套管中非线性力学模型；根据任一井深处套管的内力、应力、内外压力，对套管串进行强度计算；根据套管串累计摩阻力和轴向力，可以对套管串进行摩阻力分析，综合考虑套管串的强度和摩阻力，最终完成套管串的通过能力评价。为阶梯水平井钻柱和套管串设计和现场施工提供理论依据。实践证明，应用该理论方法，降低了钻井复杂风险，提高了钻井速度。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

第一章阶梯水平井钻柱力学分析及通过能力计算

1.1钻柱非线性力学分析的有限单元法

1.1.1钻柱非线性静力学模型

1.1.2钻柱几何非线性分析的梁单元

1.1.3钻柱接触非线性分析的间隙元

1.2钻具连接锥螺纹力学分析与强度计算

1.2.1锥螺纹连接力学分析

1.2.2锥螺纹连接强度计算

1.3钻具通过能力分析与评价

第二章钻盘最大转速和钻具疲劳强度的分析与计算

2.1钻柱旋转钻井时最大转速计算与分析

2.2钻具材料疲劳极限与简化的N-S曲线

2.3钻具疲劳极限与修正的N-S曲线

2.4弯螺杆钻具转盘驱动极限转速计算

第三章钻柱的设计与应用

3.1钻柱力学分析及设计软件简介

3.2钻柱设计及应用

第四章套管串受力变形分析

4.1套管串受力变形分析模型

4.2套管串受力变形分析的间隙元法

4.3弹性扶正器处间隙元的修正

第五章套管串设计与应用

5.1套管串通过能力评价与居中度分析软件简介

5.2工程应用实例

结论

参考文献

附录

致谢