底部钻具组合

摘要： 针对目前柔性短节对静态推靠式旋转导向(SRS)工具造斜力影响的研究结论不统一问题,基于AutoTrak Curve结构特点,考虑心轴-外筒-井壁的运动约束形式,组合铁木辛柯梁单元与接触单元,建立了静态推靠式旋转导向底部钻具组合(SRSBHA)有限元模型,选取Newmark-HHT法进行数值求解,并采用纵横弯曲梁法的算例验证了所建模型的正确性。以二维定向井为例,系统地研究了柔性短节对双扶正器SRSBHA造斜力的影响。研究结果表明:两扶正器之间各跨钻柱宜采用“柔性短节紧靠上扶正器,外径较大的钻柱则靠近近钻头扶正器”的塔式组合,以最大程度发挥SRSBHA造斜能力;在不同扶正器间距条件下,造斜力随柔性短节长度变化规律有所不同;柔性短节长度优化应结合扶正器间距进行。研究结果可为静态推靠式旋转导向系统结构优化提供理论支撑。

摘要： 井眼轨迹姿态计算精确度受井斜角、方位角以及测深三个关键参数影响,其中底部钻具组合下垂误差是影响井眼轨迹计算精度的主要误差源,对底部钻具组合下垂误差的精确校正能够使井眼轨迹更接近真实值。参照实钻井眼钻具组合,借用ABAQUS仿真软件构建重力场下底部钻具组合受力变形分析模型,求解钻柱轴线各点下垂误差值并获取测点位置下垂误差校正曲线。结果显示,底部钻具组合下垂误差随井斜的增大而增大,在水平井段达到最大值,且该值受传感器安放位置影响,最后用实际测井数据进行验证。

摘要： 为了满足定向井磁方位的高精度需求,需要准确计算方位角测量误差和分析误差来源。采用有限元分析软件,模拟了钻具在地磁场中产生的干扰磁场的变化情况。通过钻杆内部三轴磁感应强度得出方位角误差的测量值,与钻杆真实方位对比得到了方位角误差。通过控制钻杆方位角、井斜角、底部钻具组合、无磁钻铤长度、外部磁场的大小和方向等因素,来观测、分析了方位角误差的变化规律。模拟试验得出,方位角误差在钻杆的南北方向上最小,在钻杆的东西方向上最大,并随着井斜角增大而增大,这种变化呈现出正弦的变化规律;经度、纬度也会对方位角的变化产生影响,方位角误差大体上随着维度增加而增大,主要取决于当地的总磁场和磁倾角大小。研究结果表明,方位角误差与测斜数据、底部钻具组合、经度、纬度和无磁钻铤长度有密切关系,可以通过有限元模拟准确估算出不同情况下方位角误差的大小,对方位角误差进行修正。模拟结果可为工程应用中无磁钻铤、底部钻具组合的选取和方位角误差修正提供参考数据和理论依据。

摘要： 底部钻具组合(BHA)在井下长期剧烈振动容易导致其疲劳失效,但目前多数研究均通过微分方程计算BHA疲劳寿命,与现场实际工况差距较大。为了更准确地预测BHA的疲劳寿命,借助以有限元法为基础的钻柱动力学理论,考虑钻柱初始裂纹缺陷,建立了基于钻柱动力学的底部钻具组合疲劳寿命预测模型,利用Newmark-β法对动力学模型进行求解,并与其他文献的研究结果进行对比,验证了模型的准确性;研究了钻压、转速、初始裂纹深度及稳定器安装位置等关键参数对底部钻具组合疲劳寿命的影响规律。研究结果表明:BHA横向振动比纵向振动更大,横向振动是BHA疲劳失效的主要原因;越靠近钻头横向振动越大,所以近钻头处BHA疲劳寿命更短;钻压越大,中和点下部BHA疲劳寿命缩短越显著;转速越大BHA疲劳寿命越短,低转速范围内转速对BHA疲劳寿命影响较小,高转速范围内转速对BHA疲劳寿命影响较大;具有更大初始裂纹深度的BHA,其疲劳寿命会更短;安装稳定器可以延长近钻头处BHA的疲劳寿命,算例中稳定器安装在距离钻头9 m的位置最佳。研究成果可为优选钻井参数以及确保钻柱安全提供一定的理论指导。

摘要： 高频扭转振动(HFTO)严重影响了钻具工作的安全性及可靠性。为了明确HFTO的作用机理,制定合理可靠的减振策略,对井下新型近钻头测量短节采集的数据进行了处理及解释,分析了井下HFTO的频率、振幅以及黏滑与HFTO耦合作用。利用ANSYS建立底部钻具组合简化分析模型,并使用模态分析模块求解钻具扭转振动固有频率及振型。在模态分析的基础上进行谐响应分析,通过施加大小不同的周期作用力来模拟钻压和扭矩,得到钻具的扭转振动响应。研究结果表明:模态分析结果与实际钻井情况相符合;谐响应分析表明发生HFTO时对钻头处扭矩大小更敏感,可以通过减小扭矩缓解高频扭转振动。研究结果可为底部钻具组合设计和钻井参数优化提供理论指导依据,降低HFTO对钻具的损害。

摘要： 为了研究静态推靠式旋转导向钻具静力学特性,考虑心轴-外筒-井壁之间的相互作用,结合Timoshenko梁单元与接触单元,建立了静态推靠式旋转导向系统底部钻具组合(RSB-HA)有限元模型,选取Newmark-HHT法作为数值求解算法,采用纵横弯曲梁法验证了所建模型的正确性.以二维定向井为例,研究了井眼曲率、井斜角、导向力和钻压等参数对RSBHA静力学特性的影响规律.研究结果表明:增大井眼曲率、井斜角、导向力和钻压均可使RSBHA产生的造斜力增大,其中导向力的影响最为显著;随着井斜角的增大,RSBHA横向位移相应增大,上切点位置则逐渐下移,RSBHA与井壁之间的接触力逐渐增大;接触区域随井斜角的增大而逐渐扩大,RSBHA磨损最严重区域由下端向上端逐渐转移.研究结果可为RSBHA系统的井眼轨迹预测和力学特性分析提供参考.

摘要： 为了提高旋转导向工具的井眼轨迹控制效果及作业安全性,研究了带静态推靠式旋转导向工具底部钻具组合(RSBHA)的横向振动特征.静态推靠式旋转导向工具通过控制3个导向翼肋的驱动压力实现井眼轨迹控制,可以将其等效为偏心距和偏心方位角已知的偏心稳定器;建立RSBHA的三维小挠度静力学模型,基于加权余量法确定RSBHA在钻压作用和井壁约束下的空间构形,获得上切点的位置;以上切点到钻头的距离作为横向振动的有效长度建立有限元模型,利用振型叠加法求解RSBHA的横向振动响应,分析工作参数和结构参数对其横向振动的影响.算例结果发现:转速约为138 r/min时,RSBHA的动态位移在距钻头8.20,18.10,24.60和31.60 m处较大;钻压对RSBHA最大弯曲应力的影响较小;偏心距和偏心方位角对RSBHA横向振动特性的影响较大,对于某些特定的偏心距和偏心方位角,RSBHA最大弯曲应力会明显增加.研究结果表明,结构参数和工作参数对RSBHA的横向振动影响较大,应对其进行优化设计,以确保旋转导向工具的应用效果和钻井作业安全.

摘要： 带可变径稳定器的底部钻具组合可以通过地面控制实时调整稳定器外径,快速实现不同的底部钻具组合控斜功能,大幅节省起下钻更换钻具的时间,具有广阔的应用前景.底部钻具组合的导向能力与其在井眼内的变形特征密切相关,首先针对带可变径稳定器的底部钻具组合结构特征,考虑稳定器外径变化引起的支座径向位移以及井眼曲率影响,完善底部钻具组合纵横弯曲梁三弯矩方程,实现底部钻具组合在弯曲井眼内的变形特征及其应变能的求解,形成基于应变能的底部钻具组合等效刚度计算方法;其次,利用底部钻具组合三维静力分析模型的加权余量法,计算得到带可变径稳定器底部钻具组合在不同结构时的钻头侧向力.结果表明,带可变径稳定器底部钻具组合的等效刚度系数受稳定器外径影响较大,并与钻头侧向力具有一定的相关性.

摘要： 底部钻具组合的应用效果对钻进时效和建井周期有重要影响,因此在实钻过程中分析底部钻具组合的机械钻速、稳斜效果,并结合数字化手段对其进行建模优化,再将优化调整后的底部钻具组合用于实钻验证,最终达到缩短项目整体建井周期和节约钻井成本的目的.

摘要： 扶正器是定向井轨迹控制中非常重要的底部钻具组合的组件,搭配不同的扶正器尺寸,并优选合适的底部钻具组合位置,实现底部钻具组合在定向井钻井中的有利趋势。文章为215.9mm井眼为例,分别选择直径206mm、208mm、210mm、212mm的扶正器依次放置于底部钻具组合的不同位置,配合单扶螺杆和无扶螺杆,分析钻进趋势影响,以便为螺杆钻具定向方式提供一定的技术支持。

摘要： 根据弹性杆的大位移理论,考虑轴向力、扭矩对弯曲变形的影响以及由于变形而引起的力及力矩的作用位置及方向的变化,计及底部钻具组合由于旋转而产生的惯性力及惯性力矩,采用达朗贝尔原理建立了底部钻具组合耦联的非线性偏微分方程组.将井壁视为弹性的,钻具组合与井壁的接触方式为滚动与滑动两种模式,建立了钻具组合与井壁之间摩擦力的计算模型.对耦联的非线性控制方程,在时域内采用NEWMARK方法进行离散,在空间域内采用分段解析方法求解,得到了旋转钻具组合的动力响应.通过对一具体钻具组合动力特性的数值模拟,钻头的运动轨迹在一定程度上反映了钻具组合的造(降)斜性能.

摘要： 底部钻具组合(BHA)的稳定性分析对于提高钻井效率、保障钻井安全具有重要的现实意义.采用动静法将离心惯性力引入到梁方程中,求解在给定边界挠度和角度条件下的梁受力和变形解,从而建立了考虑旋转和轴力的梁单元方程.通过单元组装建立系统方程,采用拉氏乘子法建立约束,并推导了几类基本约束和载荷的方程和广义力.采用嵌套式牛顿迭代法求解BHA力学方程.研究了受均匀变化的轴力作用的梁的稳定性,论证了本文提出方法的准确性,证明了单元划分的收敛性.最后研究了某指向式旋转导向工具的BHA稳定性,得到了其稳定工作允许的最大转速.

摘要： 本文基于随钻扩眼技术优势的分析,研究了机械式、液压式和偏心式随钻扩眼工具执行结构和扩眼总成的结构原理,并介绍了国内所开展的相关研究.指出加强现有工具的适应性和匹配性研究,发掘各类工具的优势,优化执行机构、扩眼总成和水力结构、重视底部钻具组合力学特性的分析是今后发展和完善随钻扩眼工具及技术需要解决的几个关键问题.

摘要： 针对油气钻探工程中普遍关心的高效防斜、纠斜问题,利用有限元方法对底部钻具组合的的动力学特性进行了分析,通过算例重点讨论了"刚柔"钻具组合的力学特性,并对其井斜控制机理进行了探讨.

摘要： 本发明公开了一种基于钻柱动力学的底部钻具组合疲劳寿命预测方法，涉及油气开发技术领域，包括以下步骤：S1：建立坐标轴，获得每一所述单元的底部钻具组合位移向量形式；S2：根据拉格朗日方程，获得钻柱动力学模型；S3：获得所述钻具组合与井壁接触时的受力模型；S4：离散求解每一所述单元的钻柱动力学模型，并根据所述受力模型得到所述底部钻具组合的等效应力；S5：得到所述底部钻具组合的疲劳寿命。本发明考虑底部钻具组合在负荷状态下的动态振动特性，建立了基于钻柱动力学的底部钻具组合疲劳寿命预测模型，使计算得到预测疲劳寿命有效性更好。

摘要： 本发明提供了一种与底部钻具组合配合使用的单极随钻声波测井仪、测量慢地层横波速度的方法。与底部钻具组合配合使用的单极随钻声波测井仪中的底部钻具组合包括钻铤和钻头，钻铤的端部上安装钻头，钻铤上连接的单极随钻声波测井仪包括：安装在钻铤上的声波接收器；安装在钻铤上的单极子声源，并且单极子声源发出预定频率范围的声波；单极子声源与声波接收器之间由隔声体连接；钻铤的外直径D1与钻头的外直径D2的比值为d，则0.75＜d＜1。应用本技术方案能够解决现有技术中存在的对于慢地层横波速度测量，需同时使用单极子测井和四极子测井来分析地层纵波与横波速度，操作过程与数据处理复杂导致测量精度不高和效率降低的技术问题。

摘要： 本发明涉及一种带有弯角的底部钻具组合的力学分析方法，属油气钻井工具技术领域。该发明在对带有弯角的底部钻具组合建模时针对底部钻具组合带有弯角的问题提出了一种可以精确处理螺杆弯角的方法，可以解决现阶段因底部钻具组合带有弯角或多弯角而导致力学计算不准确问题。2、本发明基于微元法和连续梁理论建立的带有弯角的底部钻具组合整体力学模型并应用MATLAB软件编程计算的方法，能够快速求解出带有弯角的底部钻具组合的变形方程，得到相应的变形图、转角图、弯矩图和剪力图。

摘要： 本发明涉及一种气体钻井控斜底部钻具组合设计方法，步骤如下：a.利用测量设备测量底部钻具组合中的钻头、预弯短接、钻铤、稳定器的几何参数，同时获取这些部件材料的弹性模量、泊松比和强度参数；b.根据待钻地层的井斜特征情况和实际经验初步确定一套预弯钟摆底部钻具组合；c.确定其动态降斜力和动态轴向力的大小，获得动态合控斜力；d.在固定其它参数情况下，改变任一个结构参数，确定对应的动态合控斜力大小，并找出最大动态合控斜力对应的结构参数；e.根据具有最大动态合控斜力的结构参数和井场现有工具储备，确定预弯钟摆底部钻具组合。本发明设计的底部钻具组合能够有效的控制气体钻井井斜，为气体钻井作业提供技术支撑。

摘要： 本发明公开了一种基于钻柱动力学的底部钻具组合疲劳寿命预测方法，涉及油气开发技术领域，包括以下步骤：S1：建立坐标轴，获得每一所述单元的底部钻具组合位移向量形式；S2：根据拉格朗日方程，获得钻柱动力学模型；S3：获得所述钻具组合与井壁接触时的受力模型；S4：离散求解每一所述单元的钻柱动力学模型，并根据所述受力模型得到所述底部钻具组合的等效应力；S5：得到所述底部钻具组合的疲劳寿命。本发明考虑底部钻具组合在负荷状态下的动态振动特性，建立了基于钻柱动力学的底部钻具组合疲劳寿命预测模型，使计算得到预测疲劳寿命有效性更好。

摘要： 本发明提供了一种与底部钻具组合配合使用的单极随钻声波测井仪、测量慢地层横波速度的方法。与底部钻具组合配合使用的单极随钻声波测井仪中的底部钻具组合包括钻铤和钻头，钻铤的端部上安装钻头，钻铤上连接的单极随钻声波测井仪包括：安装在钻铤上的声波接收器；安装在钻铤上的单极子声源，并且单极子声源发出预定频率范围的声波；单极子声源与声波接收器之间由隔声体连接；钻铤的外直径D1与钻头的外直径D2的比值为d，则0.75＜d＜1。应用本技术方案能够解决现有技术中存在的对于慢地层横波速度测量，需同时使用单极子测井和四极子测井来分析地层纵波与横波速度，操作过程与数据处理复杂导致测量精度不高和效率降低的技术问题。

摘要： 本发明涉及油气钻井领域，特别是套管开窗侧钻领域，提供一种承扭式连续管开窗侧钻底部钻具组合及配套工具方案。该方案由锚定定向机构、底部钻具组合、承扭机构及配套工具组成。锚定定向机构位于底部，承受钻进过程中由钻具施加的轴向力和扭矩，引导钻头沿设计方向钻进；底部钻具组成位于锚定定向机构上端，钻进过程中磨铣套管、水泥环、岩石，沿设计方向钻出一段井眼。承扭机构在钻进过程中承受底部钻具产生的反扭矩，限制管柱转动，防止连续管承受扭矩。该方案结合连续管钻井和常规套管开窗侧钻的优点，为油田提高采收率，盘活老旧油井资产提供有效方法。

摘要： 本发明涉及一种带有弯角的底部钻具组合的力学分析方法，属油气钻井工具技术领域。该发明在对带有弯角的底部钻具组合建模时针对底部钻具组合带有弯角的问题提出了一种可以精确处理螺杆弯角的方法，可以解决现阶段因底部钻具组合带有弯角或多弯角而导致力学计算不准确问题。2、本发明基于微元法和连续梁理论建立的带有弯角的底部钻具组合整体力学模型并应用MATLAB软件编程计算的方法，能够快速求解出带有弯角的底部钻具组合的变形方程，得到相应的变形图、转角图、弯矩图和剪力图。

摘要： 本发明公开了一种用于底部钻具组合运动状态模拟的试验装置及试验方法，属于油气井管柱力学技术领域，包括试验架、试验台、井筒支座、传感器支架、伺服电机、模拟钻柱、模拟井筒、模拟井底、加载丝杠、拉压力传感器、位移传感器、扭矩传感器、涡轮减速机、定滑轮与钢缆等，其配备有不同规格尺寸和不同材质的模拟钻柱和模拟井筒，通过更换模拟钻柱和模拟井筒实现在试验条件下真实测量底部钻具组合运动状态，配合提升系统可以调整试验台在试验架上的倾斜角，研究不同尺寸、不同材料的模拟钻柱约束在模拟井筒内，在不同转速、不同钻压、不同井斜角条件下的运动状态，以此来分析不同条件下钻柱的运动规律，为现场控制钻柱的运动状态提供理论依据。

摘要： 本实用新型提供了一种与底部钻具组合配合使用的单极随钻声波测井仪。与底部钻具组合配合使用的单极随钻声波测井仪中的底部钻具组合包括钻铤和钻头，钻铤的端部上安装钻头，钻铤上连接的单极随钻声波测井仪包括：安装在钻铤上的声波接收器；安装在钻铤上的单极子声源，并且单极子声源发出预定频率范围的声波；单极子声源与声波接收器之间由隔声体连接；钻铤的外直径D1与钻头的外直径D2的比值为d，则0.75＜d＜1。应用本技术方案能够解决现有技术中存在的对于慢地层横波速度测量，需同时使用单极子测井和四极子测井来分析地层纵波与横波速度，操作过程与数据处理复杂导致测量精度不高和效率降低的技术问题。