基于钻柱动力学的平磨优化设计及现场试验

摘要

在原有井眼基础上,进行小井眼加深作业可以加快开发进度,降低开发成本.在小井眼加深井作业时需要先用平底磨鞋磨穿人工井底,由于井底中心研磨线速度小限制了整个平磨作业的机械钻速.为了提高井底中心处的研磨速度,建立了磨鞋—钻柱动力学模型,研究了磨鞋直径、钻铤直径和转速等因素对井底研磨线速度分布的影响.数值模拟结果表明,磨鞋直径对磨鞋中心在井底的运动轨迹影响最大,进而影响平磨线速度分布,适当缩小磨鞋尺寸将极大地提高井底中心处的线速度和最终的平磨机械钻速,存在一个最佳的磨鞋直径;钻铤的影响较小,但没必要使用大尺寸钻铤;地面转速大小影响平磨的均匀度,转速越大研磨越均匀,转速过小容易导致井周磨损不到,增加后期修复井眼的时间,在设备允许的前提下应尽可能提高平磨转速.最后根据数值模拟结果重新设计了平磨钻具组合,并开展了3口井的现场试验,试验结果证明改进的设计可以大幅地提高平磨机械钻速,实验确定的最佳磨鞋尺寸和数值模拟结果相近,研磨机械钻速是原设计的3倍;磨鞋尺寸较小时,研磨机械钻速也远高于原设计,但此时后期修复井眼的时间也较长.