工厂化钻井模式下的BHA侧向力理论分析与应用研究

摘要

“工厂化”钻井模式，是以丛式水平井组的安全、快速、高效钻井为目标，采用一系列先进的标准化工艺和流程，利用相似的井眼设计和地层特性，实现高效低成本钻井的一种作业方式。由于长庆油田所处的鄂尔多斯盆地用地面积紧张，开发成本高，所以2015年，中石油长庆油田建立了在古生界石炭系本溪组优质砂岩段为主要目的层的首个“井工厂”先导试验区，意在推广“工厂化”钻井模式来降低开发成本，减少施工用地。该试验区部署了4个平台，每个平台集约式的部署了4口三维水平井，分别呈“工”字型平行排列，宛若向四面伸展的树根。新的钻井模式下对井眼轨迹的控制提出了更加精准的要求，因此，需要对现场常用的螺杆钻具组合受力分析从而找到侧向力的规律，以此作为优选钻具组合的标准。 中石油长庆油田通过对工厂化先导试验区的下部钻具组合进行现场实施数据统计分析，给出了最常用的三套配型以后螺杆钻具的基本结构参数，并且想要通过对常用的螺杆钻具组合进行定量化的力学分析和评价，找出钻具组合侧向力的基本规律，以此作为优化钻具组合的标准。为此而专门立项，并委托我们承担此项目。 因此本文研究的意义就是结合中石油长庆油田“工厂化”先导试验区的现场施工，针对该区块的三维丛式水平井组常用的下部钻具组合，通过对下部钻具组合受力分析来研究该区块常用的三套螺杆钻具的侧向力的规律。 本文为了研究工厂化钻井模式下的BHA受力大挠度变形所产生的侧向力，做了以下几点内容的研究： 首先，利用大变形问题的静力学平衡理论和虚功原理对BHA大挠度变形做了受力分析，以此为基础建立了BHA单元切线刚度矩阵，通过求解刚度矩阵进一步建立了BHA侧向力的有限元分析模型。 其次，通过MATLAB编程求解BHA有限元分析模型定量分析了BHA结构参数、钻压对侧向力的影响。对172、165、127mm螺杆钻具组合的钻具结构和钻进参数进行配置，通过对该模型的运行，分别求解了在不同井斜角、不同钻压条件下钻具组合的结构参数对于侧向力的影响，并且对结果数据以图形方式直观展示，进而总结BHA侧向力的规律。 最后，利用 solidworks软件对 BHA、钻遇地层建立实物模型。通过仿真实验研究侧向力，并利用仿真数据与理论计算的侧向力数据做对比，从而验证了建立的BHA分析模型对钻具组合侧向力分析的准确性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究的目的与意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容与技术路线

1.4本文创新点

第二章 BHA分析的理论基础

2.1 四种分析BHA受力变形的典型方法介绍

2.2 工厂化钻井模式下的下部钻具组合大挠度变形的概念

2.3 BHA大挠度变形力学分析的基础理论

2.4 本章小结

第三章 BHA大挠度变形的受力分析

3.1 BHA单元受力分析

3.2 BHA模型的建立与求解

3.3 流程图

3.4 本章小结

第四章 BHA侧向力的定量计算

4.1 172mm螺杆钻具侧向力分析

4.2 165mm螺杆钻具侧向力分析

4.3 127mm螺杆钻具侧向力分析

4.4 标准化螺杆钻具组合的力学特性结论

4.5 结合现场钻遇地层的数值模拟验证螺杆钻具造斜能力

4.6 本章小结

第五章 现场应用

5.1 钻具组合的现场应用

5.2 现场实钻数据与设计轨迹对比分析

第六章 结论与建议

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文