底部钻具组合设计

倒装钟摆钻具组合设计方法倒装钟摆钻具是一种常用于岩层钻探的工具，它通过在井口设置钻台和旋挖台，使得钻杆能够下垂到井底。

倒装钟摆钻具和常规钻具相比，具有更广泛的适用性和更高的效率。

在设计倒装钟摆钻具组合时，需要考虑多种因素，包括井口状况、岩层性质和钻具性能等。

1.井口状况分析：首先需要对井口进行详细的调查和分析，包括井口尺寸、地形条件、井口设备和周围环境等。

这些信息对于确定钻台和旋挖台的位置和大小至关重要。

2.岩层性质分析：了解岩层性质对倒装钟摆钻具组合设计至关重要。

岩层的硬度、厚度和稳定性等因素都会影响钻具的选择和设计。

3.钻具选择和设计：根据井口状况和岩层性质，选择适当的钻具。

常用的倒装钟摆钻具包括钻台、旋挖台、钻杆、套管和钻头等。

钻具的尺寸、材质和刚度需要根据实际情况进行选择和设计。

4.钻井液设计：钻井液在倒装钟摆钻具组合中起着重要的作用。

它不仅需要提供足够的冲刷和冷却能力，还需要保持井底稳定。

钻井液的密度、粘度和循环能力等参数需要根据岩层性质和井口状况进行合理的设计。

5.施工方案设计：根据倒装钟摆钻具组合的设计，制定详细的施工方案。

包括实施步骤、操作流程、作业参数和安全措施等。

确保施工按照设计要求进行，达到预期的钻井效果。

6.检测和调整：在施工过程中需要进行实时的监测和调整。

监测包括各种参数的记录和分析，如钻杆下垂、钻进速度和钻头进度等。

根据监测结果进行必要的调整，保证施工的顺利进行。

7.结束和总结：施工结束后，对整个倒装钟摆钻具组合的设计和施工进行总结和评估。

分析施工中的问题和不足，并提出改进意见。

这些经验和教训对于今后的倒装钟摆钻具组合设计具有重要的参考价值。

综上所述，倒装钟摆钻具组合的设计方法包括井口状况分析、岩层性质分析、钻具选择和设计、钻井液设计、施工方案设计、检测和调整以及结束和总结。

这些步骤相互关联，需要综合考虑各种因素，以确保倒装钟摆钻具组合能够在复杂的工况下有效地进行钻探作业。

第二节钻柱一、钻柱的作用与组成二、钻柱的工作状态与受力分析三、钻柱设计一、钻柱的组成与作用（一）钻柱的组成钻柱(Drilling String)是水龙头以下、钻头以上钢管柱的总称。

它包括方钻杆(Square Kelly)、钻杆(Drill Pipe)、钻挺(Drill Collar)、各种接头(Joint)及稳定器(Stabilizer)等井下工具。

(一)钻柱组成(一）钻柱的组成钻柱是钻头以上，水龙头以下部分的钢管柱的总称.它包括方钻杆、钻杆、钻挺、各种接头(Joint)及稳定器等井下工具。

（二）钻柱的作用(见动画)(1)提供钻井液流动通道；(2)给钻头提供钻压；(3)传递扭矩；(4)起下钻头；(5)计量井深；(6)观察和了解井下情况(钻头工作情况、井眼状况、地层情况)；(7)进行其它特殊作业（取芯、挤水泥、打捞等）；(8)钻杆测试(Drill-Stem Testing),又称中途测试。

1. 钻杆(1)作用：传递扭矩和输送钻井液，延长钻柱。

(2)结构：管体+接头，由无缝钢管制成。

1. 钻杆(3)连接方式及现状：a.细丝扣连接，对应钻杆为有细扣钻杆。

b.对焊连接，对应钻杆为对焊钻杆。

1. 钻杆(4)管体两端加厚方式：常用的加厚形式有内加厚(a)、外加厚(b)、内外加厚(c)三种.(a) (b) (c)（5）规范壁厚：9 ～11mm 外径：长度：根据美国石油学会(American Petroleum Institute,简称API)的规定，钻杆按长度分为三类："21,"21 ,"21,"87 ,835139.70 ,500.127 430.1144101.60390.88 273.00 230.60第一类 5.486～6.706米(18～22英尺)；第二类8.230～9.144米(27～30英尺); 第三类11.582～13.716米(38～45英尺)。

常用钻杆规范（内径、外径、壁厚、线密度等）见表2-12（6）钢级与强度钻 杆 钢 级物 理 性 能D E95（X）105（G）135（S）MPa379.21517.11655.00723.95930.70最小屈服强度lb/in2550007500095000105000135000 MPa586.05723.95861.85930.791137.64最大屈服强度lb/in285000105000125000135000165000 MPa655.00689.48723.95792.90999.74最小抗拉强度lb/in295000100000105000115000145000钢级：钻杆钢材等级，由钻杆最小屈服强度决定。

《钻井工程》课程设计乌39井姓名专业班级油工61302学号班级序号18指导教师张俊1 井身结构1.1井身结构示意图2.钻具组合设计 2.1一开钻具组合设计本井一开钻井液密度为ρd=1.15g/cm 3，最大钻压Wmax=100KN ，钻井深度D 1=500m ，井斜角为0°，钢材密度取7.85g/cm3，安全系数取S N =1.2。

一开井眼直径381mm ，钻头尺寸选用直径381.0mm ，根据钻头与钻柱尺寸配合关系，钻铤选用直径为228.6mm 的钻铤，钻杆选用直径为127mm 的钻杆。

2.1.2钻铤长度设计（1）计算浮力系数K b =1-（ρd/ρs ）=1-（1.15/7.85）=0.854 （2）计算第一段钻铤长度本井选用NC61-90线密度q c =2.847kN/m ，单根长度为9.1m 的钻铤，根据中心点原则该钻铤需用长度为：L c =S N Wmax/(q c K b ）=（1.2×100）/（2.847×0.854×1）=49.356m n=49.356/9.1=5.4根据库存和防斜要求NC61-90钻铤实取6根，上接直径为203.2mm 的钻铤9根，直径为177.8的钻铤12根，组成塔式钻具组合。

（3）钻铤参数计算钻铤总长度为：Lc= L c 1+ L c 2+ L c 3=（6+9+12）×9.1=245.7m 钻铤总浮重为：F mc =K b cos α（L c1q c1+ L c21q c2+ L c31q c3）=0.854×1×（6×2.847+9×2.19+12×1.606）×9.1=435.7kN本井钻杆选用外径127mm，壁厚为9.195mm，D级新钻杆，其线密度=0.284kN/m，最小抗拉挤力Fy =1290.86kN，最小抗挤力为pc=50.96Mpa。

一、常规钻井（直井）钻具组合：BIT钻头；DC钻鋌；SDC 螺旋钻鋌；LZ螺杆钻具；SJ双向减震器；DP钻杆；HWOP加重钻杆；STB或LF钻具稳定器；LB随钻打捞杯；DJ震击器；1、塔式钻具组合：Φ444.5mmBIT×0.50m+Φ229mmDC×27.24m +Φ203mmDC×54.94m+Φ165 mmDC×54.51m+Φ139.7mmDPΦ311.1mmBIT×0.40m+Φ229mmDC×54.38m+Φ203mmDC×82.23m+Φ165m mDC×81.83m+Φ139.7mmDPФ311.1mmBIT×0.32m+Ф244.5mm LZ×9.50m+Ф229mmDC×45.40m+Ф203 mmDC×73.13m+Ф165mmDC×81.83m+Ф139.7mmDPΦ311.1mmBIT×0.30m+Φ229mm SJ×6.62m+Ф229mmDC×53.94m+Ф203mm DC×81.75m+Ф165mmDC×81.83m+Ф139.7mmDP钻头FX1951X0.44 m（Φ311.1mm）＋6A10/630×0.61 m＋9″钻铤×52.17m （6根）＋6A11/5A10×0.47 m+ 8″钻铤×133.19m（9根）＋410/5A11×0.49 m＋61/2″钻铤×79.88m（9根）＋51/2″HWOP×141.88m（15根）＋51/2″钻杆（＊＊根）＋顶驱Φ215.9mmBIT×0.25m+430/4A10+Ф165mmSDC×161.56m+4A11/410+Ф165 mmDJ×8.81m+411/4A10＋61/2″钻铤×79.88m（9根）＋51/2″HWOP×141.88m （15根）＋51/2″钻杆（＊＊根）＋顶驱2、钟摆钻具组合：Φ660.4mmP2×0.50m+730/NC61母+Φ229mm SJ×9.24m+Φ229mmSDC×1 8.24m+730/NC61公+26″LF+731/NC61母+Φ229mmSDC×9.24m+730/NC61公+ 26″LF+731/NC56母+Φ203mmDC×94.94m+410/NC56公+Φ139.7mmDP+顶驱Φ444.5mmGA114×0.50m+730/NC61母+Φ229mmSJ×9.24m+Φ229mm SDC ×18.24m+171/2″LF+Φ229mmSDC×9.24m+171/2″LF+NC61公/NC56母+Φ2 03mmDC×121.94m+8″随震+8″DC×18.94m+410/NC56公+Φ127mmH WOP×141. 94m +Φ139.7mmDP+顶驱Φ311.1mmBIT×0.46m+Φ229mmDC×18.08m+Φ308mmLF×1.82m+Φ203 mmDC×9.10m+Φ308mmLF×1.51m+Φ229mmDC×27.32m+203mmDC×73.13m+Φ178mmDC×81.83m+Φ139.7mmDP+顶驱Φ311.1mmDB535Z×0.50m+630/NC61母+Φ229mmSJ×9.24m+Φ229mm SDC×18.24m +NC61公/NC56母+121/4″LF + NC56 公/ NC61母+Φ229mm SDC×9. 24m +NC61公/NC56母+121/4″LF+Φ203mmDC×121.94m+8″随震+8″SDC×27.9 4m+410/NC56公+Φ139.7mmHWOP×141.94m +Φ139.7mmDP+顶驱Φ311.1mmDB535FG2×0.50m+630/731+95/8″LZ+Φ229mmSJ×18.64m+ 12 1/4″LF ++Φ229mm SDC×9.24m +121/4″LF+Φ203mmDC×148.94m+410/NC56公+Φ139.7mmHWOP×141.94m +Φ139.7mmDP+顶驱Φ215.9mmBIT×0.33m+Φ172mmLZ×8.55m+Φ165mmSDC×1.39m+Φ165mmSD C×1.39m+Φ214mmSTB×1.38m+Φ165mmDC× 236.14m+Φ139.7mmHWOP×141.94 m +Φ139.7mmDP+顶驱3、满眼钻具组合：Φ311.1mmH136×0.30m+121/4″LF +NC56 公/ NC61母+Φ229mmSJ×9.24m+NC61公/NC56母+121/4″LF + NC56 公/ NC61母+Φ229mm SDC×18.24 m+NC61公/NC56母+121/4″LF+Φ203mmDC×121.94m+8″随震+8″SDC×18.94m +410/NC56公+Φ139.7mmHWOP×141.94m +Φ139.7mmDP+顶驱Φ215.9mm牙轮BIT×0.24m+Φ190mm LB×1.10m+Φ214mmSTB×1.39m+Ф16 5mm SDC×1.39m+Φ214mmSTB×1.40m+Ф165mm DC×8.53m+Φ214mmSTB×1.39m+Φ165mm SJ×5.08m+Ф165mm DC×244.63m+Φ139.7mmHWOP×141.94m +Φ139.7m mDP+顶驱Φ215.9mm牙轮BIT×0.24m+Φ214mmLF×1.49m+Ф165mmSDC×1.39m+Φ21 4mmLF×1.40m+Ф165mmDC×8.53m+Φ214mmLF×1.39m+Φ165mm SJ×5.08m+Ф16 5mmDC×244.63m+Φ139.7mmHWOP×141.94m +Φ139.7mmDP+顶驱Φ215.9mm牙轮BIT×0.25m+Φ214mmSTB×1.50m+Ф165mmSDC×1.38m+Φ2 14mmSTB×1.40m+Ф165mmDC×8.81m+Φ214mmSTB×1.40m+Ф165mm SJ×6.11m+Ф165mmDC×229.22m+Φ139.7mmHWOP×141.94m +Φ139.7mmDP+顶驱二、定向井（水平井）钻具组合：1、直井段钻具组合：采用塔式钻具组合、钟摆钻具组合、满眼钻具组合。

泵体加工专用机床设计—钻8-M10底孔组合机床设计X学院毕业设计(论文)泵体加工专用机床设计—钻8-M10底孔组合机床设计所在学院专业班级姓名学号指导老师年月日摘要应用组合机床加工大批量零件，快捷高效，生产效率高是机械加工的发展方向。

本次毕业设计的题目是“泵体加工专用机床设计—钻8-M10底孔组合机床设计”。

在工艺制定过程中，通过批量的进行钻底孔的加工方案，并寻求最佳的工艺方案，借此说明了工艺在生产过程中的重要性。

本人的设计的主要内容是：进行了机床总体布局设计；对机床的进给和传动部分进行了设计；结合实例，介绍了夹具设计方法；通过此设计，本机床完全能满足设计要求，与传统的机床相比，本机床具有自动化程度高，生产率高，精度高等优点。

关键词：组合机床；钻底孔；夹具设计；手动AbstractApplication combination machine tool for processing large quantities of parts, fast and efficient, high production efficiency is the development direction of machining. The topic of this graduation design is "design special machine 8-M10 drilling pump body bottom design of machine tool". Making process in the process, with a mass of drill hole processing program, and to seek the optimal process scheme, to take note of the importanceof technology in the production process. My design of the main content is: were the design layout of the machine; of machine tool feed and transmission part design; with an example, and describes the design method of fixture; with this design, the machine can fully meet the design requirements, compared with the traditional machine tools, the machine has high degree of automation, high productivity the advantages of high precision,.Keywords: combination machine; drill hole; fixture design; manual目录摘要 .......................................................................................................................... ...................................... I I Abstract .............................................................................................................. ........................................... III 1 绪论 (1)1.1 组合机床的简介 (1)1.2 本课题国内外研究概况 (2)2 组合机床的总体设计 (4)2.1组合机床方案的制定 (4)2.1.1制定工艺方案 (4)2.1.2确定组合机床的配置形式和结构方案。

定向井常用钻具组合反钟摆钻具组合，用于钻油气直并进行防斜打快的井底钻具组合，即其结构特征是：自下而上由钻头、加重钻杆〔或细钻铤〕、稳定器、短重钻铤、稳定器和长重钻铤串组成。

具有第一跨弓形向上和钻头倾角为负的变形行性，降斜力随钻压增大而增加和防斜打快的功能。

与现有常规纠斜技术的钟摆钻具相比，反钟摆钻具组合具有更好的纠斜效果，而且钻压越大其纠斜效果越好，到达防斜与打快的统一，能显著提高井身质量和降低钻井本钱。

该项技术也可广泛用于地质钻探、地热钻井及其他地下工程施工中要求打直打快的场合。

〔l〕弯接头带动力钻具一一造斜钻具目前，最常用的造斜钻具组合是采用弯接头和井下动力钻具组合进行定向造斜或扭方位施工。

这种造斜钻具组合是利用弯接头使下部钻具产生一个弹性力矩，迫使井下动力钻具〔螺杆钻具或涡轮〕驱动钻头侧向切削，使钻出的新井眼偏离原井眼轴线，到达定向造斜或扭方位的目的。

造斜钻具的造斜能力与弯接头的弯曲角和弯接头上边的钻铤刚性大小有关。

弯接头的弯曲角越大，弯接头上边的钻铤刚性越强那么造斜钻具的造斜能力也越强，造斜率也越高。

弯接头的弯曲角应根据井眼大小，井下动力钻具的规格和要求的造斜率的大小选择。

现场常用弯接头的角度为1°~ 2.5 ° 一般不大于3°弯接头在不同条件下的造斜率。

造斜钻具组合使用的井下动力钻具型号应根据造斜井段或扭方位井段的井深选择。

使用井段在1000m 以内，一般采用涡轮钻具或螺杆钻具，深层定向造斜或扭方位应使用耐高温的井下马达。

造斜钻具组合、钻井参数设计和钻头水眼应根据厂家推荐的钻井参数设计。

由于井下动力钻具的转速高，要求的钻压小〔一般3〜8t〕，因此，使用的钻头不宜采用密封轴承钻头，尤其是在浅层，可钻性好的软地层应使用铣齿滚动轴承钻头或适宜的复合片PDC 钻头。

〔2〕增斜钻具增斜钻具组合一般采用双稳定器钻具组合。

增斜钻具是利用杠杆原理设计的。

它有一个近钻头足尺寸稳定器作为支点，第二个稳定器与近钻头稳定器之间的距离应根据两稳定器之间钻铤的刚性〔尺寸〕大小和要求的增斜率大小确定。

气井二级风险井构造：鄂尔多斯盆地伊陕斜坡井别：评价井井型：直井庆2-11-34井钻井工程设计中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司井号：庆2-11-34井设计单位：川庆钻探工程公司工程技术研究院钻井工程设计室设计人：温雪丽日期： 2013年05月28日设计室技术负责人意见：（签字）日期：设计单位技术负责人意见：（签字）日期：长庆油田分公司陇东天然气项目部审核意见:（签字）日期：目录1 设计依据 (1)1.1基本数据 (1)1.2 气象资料 (1)1.3 地理简况 (1)1.4 钻井液性能要求 (1)1.5地质分层及油气水层 (3)1.6本井设计井控风险级别 (4)2 技术指标及质量要求 (5)2.1井身质量要求 (5)2.2 固井质量要求 (5)2.3资料录取要求 (5)2.4 钻井取心质量要求 (5)2.5分析化验采样要求 (6)2.6测井要求 (6)3 工程设计 (7)3.1井身结构 (7)3.2钻机选型及钻井主要设备 (8)3.3钻具组合 (10)3.4 钻头及钻井参数设计 (13)3.5钻井液 (15)3.6油气井压力控制 (18)3.7取心技术措施 (27)3.8 固井设计 (27)3.9 各次开钻或分井段施工重点要求 (32)3.10 完井设计 (35)3.11 弃井要求 (36)3.12 钻井进度计划 (36)4 健康、安全与环境管理 (38)4.1基本要求 (38)4.2健康、安全与环境管理体系要求 (38)4.3关键岗位配置要求 (39)4.4健康管理要求 (39)4.5安全管理要求 (41)4.6环境管理要求 (45)5 完井提交资料 (46)5.1完井提交资料 (46)1 设计依据钻井工程设计依据：庆2-11-34井钻井地质设计；邻区、邻井实钻资料；有关技术规范及行业标准。

1.1基本数据庆2-11-34井基础数据表1.2 气象资料井区属温带大陆性季风气候，夏季高温多雷雨，秋季凉爽而短促，冬季干旱且漫长，日照充足，雨热同季。

（1）常规钻具组合。

钻头+配合接头+钻铤+配合接头+钻杆+方钻杆阀或方钻杆保护接头+方钻杆。

（2）满眼钻具组合。

钻头+1号钻头稳定器(1—3个)+短钻铤+2号稳定器(挡板)+无磁钻铤1。

2根+3号稳定器+大钻铤1根+4号稳定器+钻铤+加重钻杆+钻杆+方钻杆阀或方钻杆保护接头+方钻杆。

（3）钟摆钻具组合。

钻头+钻铤(易斜地层选用大钻铤或加重钻铤)+稳定器+钻铤+钻杆+方钻杆阀或方钻杆保护接头+方钻杆。

直井中所用钟摆钻具组合一般为钻头+钻铤1—3根+稳定器+钻铤+钻杆+方钻杆阀或方钻杆保护接头+方钻杆；吊打钻井的钻具组合一般为钻头+钻铤2柱+钻杆+方钻杆阀或方钻杆保护接头+方钻杆。

（4）塔式钻具组合。

钻头+大尺寸钻铤1柱+中尺寸钻铤2柱+小尺寸钻铤3柱+钻杆+方钻杆阀或方钻杆保护接头+方钻杆。

（5）定向井各井段钻具组合。

①造斜段钻具组合。

钻头+井下动力钻具+弯接头+无磁钻铤+钻铤+震击器+加重钻杆+钻杆+方钻杆阀或方钻杆保护接头+方钻杆。

②增斜段钻具组合。

钻头+稳定器(挡板)+无磁钻铤1～2根+稳定器+钻铤1根+稳定器+钻铤+加重钻杆+钻杆+方钻杆阀或方钻杆保护接头+方钻杆。

③稳斜段钻具组合。

稳斜段采用满眼钻具组合。

④降斜段钻具组合。

钻头+无磁钻铤1。

2根+稳定器+钻铤1根+稳定器+钻铤1根+稳定器+钻铤+加重钻杆+钻杆+方钻杆阀或方钻杆保护接头+方钻杆。

⑤水平段钻具组合。

钻头+钻头稳定器+无磁钻铤1根+稳定器+无磁承压钻杆2根+斜坡钻杆+加重钻杆+随钻震击器+加重钻杆+钻杆+方钻杆阀或方钻杆保护接头+方钻杆。

（6）打捞钻具组合。

卡瓦打捞矛(简)、内外螺纹锥等打捞工具的钻具组合一般为打捞工具+安全接头+下击器+钻铤+钻杆。

随钻打捞工具的钻具组合一般为：钻头+随钻打捞杯(打捞篮)+钻铤1柱+钻杆。

磨铣工具的钻具组合为：磨鞋(铣鞋)+钻铤1柱+钻杆。

使用液压上击器的钻具组合为：打捞工具+安全接头+液压上击器+加速器+钻杆。

QSH 0081-2022探井(直井)钻井工程设计QSH 0081-2022探井(直井)钻井工程设计ICS 75.020E 13备案号：Q/SH中国石油化工集团公司发布QSH 0081-2022探井(直井)钻井工程设计QSH 0081-2022探井(直井)钻井工程设计目次前言 (II)1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 设计原则 (1)4 设计内容与要求 (2)5 设计的审批与更改 (4)6 设计格式 (4)附录A （规范性附录）探井（直井）钻井设计格式 (5)QSH 0081-2022探井(直井)钻井工程设计前言本标准的附录A为规范性附录。

本标准由中国石油化工股份有限公司科技开发部提出。

本标准由中国石油化工集团公司油田企业经营管理部归口。

本标准起草单位：胜利石油管理局钻井工艺研究院。

本标准主要起草人：陈明边培明窦玉玲王介坤张春涛QSH 0081-2022探井(直井)钻井工程设计探井（直井）钻井工程设计1 范围本标准规定了探井（直井）钻井工程设计的内容与要求。

本标准适用于中国石油化工集团公司暨股份公司所属的陆上探井（直井）钻井工程设计。

2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

SY/T 5087 含硫化氢油气井安全钻井推荐作法SY/T 5127 井口装置和采油树规范SY/T 5172 直井下部钻具组合设计方法SY/T 5234－2022 优选参数钻井基本方法及应用SY/T 5251－2022 油气探井地质录取项目及质量基本要求SY/T 5322 套管柱强度设计方法SY/T 5347 钻井取心作业规程SY/T 5430 地层破裂压力测定套管鞋试漏法SY/T 5431－1996 井身结构设计方法SY/T 5467 套管柱试压规范SY/T 5480 注水泥流变性设计SY/T 5593 钻井取心质量指标SY/T 5623 地层孔隙压力预测检测方法SY/T 5724 套管串结构设计SY/T 5729 稠油热采井固井作业规程SY/T 5730 常规注水泥作业规程SY/T 5954 开钻前验收项目及要求SY/T 5964 钻井井控装置组合配套、安装调试与维护SY/T 6026 双级注水泥作业规程SY/T 6199 钻井设施基础规范SY/T 6277 含硫油气田硫化氢监测与人身安全防护规程SY/T 6426－2022 钻井井控技术规程SY/T 6543.1 欠平衡钻井技术规范第1部分：设计方法SY/T 6616 含硫油气井钻井井控装置配套、安装和使用规范Q/SHS 0001.1 中国石油化工集团公司安全、环境与健康(HSE)管理体系Q/SHS 0003.1 天然气井工程安全技术规范第1部分：钻井与井下作业Q/SH 0034 空气钻井安全技术规范3 设计原则3.1 符合质量、安全、环境与健康体系要求。

随钻扩眼工具结构及与之相匹配的钻具组合设计方法研究随钻扩眼钻井工艺是一种用于井身结构优化、提高固井质量、提高钻井效率、降低作业成本等方面的应用技术,但由于对随钻扩眼工具的结构、钻具组合设计、阶梯井眼岩石特性等方面认识的不足,限制了该工艺的应用和推广。

从目前钻井技术发展状况来说,即便是使随钻扩眼钻进的效率和每米钻井成本达到目前常规钻进的水平,该项技术也可为钻井工程带来重大的效益和进步。

因此,进行随钻扩眼工具结构及与之匹配的钻具组合设计方法研究,具有很高的应用价值和实际意义。

首先从随钻扩眼工具力学模型出发,应用有限元方法,计算出扩眼工具的受力和变形情况,作为其底部钻具组合模型建立的依据。

应用弹性力学基本原理,得出了双体随钻扩眼工具可以作为刚体,其领眼钻头与扩眼体之间临界长度的计算表达式。

根据纵横弯曲梁理论,得到了适合于随钻扩眼工具底部钻具组合的力学参数求解方法,结合钻头与地层各向异性理论,建立了底部钻具组合参数设计及优化方法。

其次,为解决随钻扩眼钻进时领眼和扩眼井底钻压分配比的计算问题,根据弹性力学原理及岩石力学理论,通过对阶梯形井底岩石力学特性的分析,提出了“阶梯效应指数”的概念,并根据岩石破坏的应变能密度准则推导出了“阶梯效应指数”的计算表达式,得出了用阶梯效应指数与扩眼工具结构参数为变量表示的阶梯井底钻压分配比计算方法。

结果表明随钻扩眼形成的阶梯式井底岩石要比领眼井底岩石接近屈服状态,实际钻压分配比小于几何结构定义的钻压分配比。

采用理论和实验相结合的方法对随钻扩眼工具动力学问题进行了研究。

根据结构动力学原理,建立了随钻扩眼工具底部钻柱弯曲振动以及纵向振动的动力学模型和解法,研究表明,偏心钻头型扩眼工具使得钻柱弯曲振动最大位移增加,领眼井底与阶梯井眼的双激励纵向振动形成叠加,产生较大的振动位移。

钻柱结构一定时,钻柱上存在稳定的纵向振动位移为零的点,可以作为扩眼器安放的参考位置。

模拟实验研究表明,实际钻压分配比小于按照几何结构定义的钻压分配比,偏心扩眼钻头组合对应的最大横向位移及纵向振动位移大于常规钻头钻具组合,与理论方法结果一致。