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底部钻具组合动力学模型及涡动特性仿真

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性 ， Ｂ Ａ更 容 易 贴 着 井 壁 运 动 。 但 Ｈ 关键 词 ： 部 钻 具 组 合 ；钻 压 ；涡动 特 征 ； 子 动 力 学 底 转 中 图 分 类 号 ：Ｅ９ １２ Ｔ ２ ． 文献标志码 ： Ａ ｄｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １７ —０ ５ ２ １ ．３ ０ １ ｏ：０ ３ ６／．ｓ ． ６３５０ ．０ ０ ０ ． １ ｓ
底 部 钻 具 组 合 动 力 学 模 型 及 涡 动 特 性 仿 真
狄 勤 丰 ，王 文 昌 ， 永 汉 ，朱 卫 平 ， 建 林 ， 以 宝 ＇ 姚 姚 胡
（． １ 上海 大学 上 海市应 用数 学和力学研 究所 ， 上海 ２０ ７ ； ． 海市力学在 能源工程 中的应用重点 实验 室， 海 ２０ ７ ） ００２ ２上 上 ００ ２ 摘要 ： 根据转子动力学理论 ， 把底部钻具组合 （ Ｈ 简化成 Ｊｆ ｏ 转子模 型 ， Ｂ Ａ） ｅｃｔ ｆ ｔ 同时考虑不 同钻压形式对 Ｂ Ａ的作用 Ｈ 建立 Ｂ Ａ的动力学 模型 ， Ｈ 并对 Ｂ Ａ的动力学特性进行数值仿 真。结果 表明 ： Ｈ 钻压 的形式 只影响恢复力项 ， 对动力学 模型 的一般形 式无 影响 ； 在不 同钻 压形 式的作用下 ， Ｈ Ｂ Ａ的动力 学特性总体上保持一致 ； 钻压 为常数 时 Ｂ Ａ主要体 Ｈ 现为经过 一段 时间的波动后转为规则 向后涡 动的特性 ， 压为 波动值 时底部 钻具组合 也主要 体现 为向后涡 动的特 钻
２１ ０ ０年
第３ ４卷
中国石 油大学学报 （自然科 学版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｈ ｎ ｉｅ ｓ ｙ ｏ ｅ ｒ ｌｕ ｏ ｒ ａ ｆＣ ｉ ａ Ｕｎ ｖ ｒｉ ｆＰ ｔｏｅ ｍ ｔ
Ｖｏ． ４ Ｎｏ ３ １３ ．
第 ３期
Ｊ ｎ ２ １ ｕ ．００
文章 编 号 ：６ ３５０ （０ ０ ０ －０ ３０ １７ — ５ ２ １ ）３０ ５ － ０ ４

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第2讲定向井、水平井专用工具

第2讲定向井、水平井专用工具

第五讲定向井、水平井专用工具水平井是最大井斜角保持在90 “左右，并在目的层中维持一定长度水平井段的特殊定向井。

水平井钻井技术是常规定向井钻井技术的延伸和发展。

水平井要求在产层或某一指定的地层钻成有一定长度延伸的水平段，这就决定了其工艺上固有的特殊性。

而工具的选择与使用必须能够保证钻头（或钻柱）按照设计的井眼轨迹准确运行。

水平井、特别是中半径水平井井身轨迹的特殊性，需要造斜工具必须具有较高的造斜能力，这是钻成水平井的基本保障；其次，在满足高造斜率要求的基础上还必须使工具有较好的稳定性。

要想使井眼有一定的偏斜并不困难，以往的定向钻井工艺早已解决了这方面的问题，但当井斜角大到一定程度后，继续增斜、至使井斜角接近或超过90°,这就存在着很大的难度，这是常规的定向钻井工具所不能完成的。

另外，水平井段的钻进也是我们前未遇的新问题，钻柱在这种特殊状态下的延伸必须有特殊的工具辅以维持。

为了满足水平井钻井施工的需要，设计制造出钻各种大、中曲率半径水平井的井下专用工具，通过现场试验使用进一步改进完善，总结出适合水平井钻井的工具模式。

一般说来，水平井钻井的生产工序环节，大致上分为造斜，增斜、稳斜或稳平，有时根据地质要求需另附加水平取芯段。

水平井井身轨迹的控制要求严格，各阶段使用的工具不尽相同，各种工具的研究技术难点也各不相同。

水平井钻井工具主要包括水平井钻井常用井下工具和地面工具两部分，该章主要介绍的井下工具是稳定器、无磁钻铤、螺旋钻铤、加重钻杆、定向接头、弯接头、定向弯接头、定向造斜专用PDC钻头、井底动力钻具（螺杆动力钻具、涡轮钻具）?和水平井取心工具等。

地面工具主要包括转盘量角器、钻杆量角器、钻铤量角器、方钻杆标定尺、钻杆划线规、定向键调节扳手。

壬刍宀沖稳定器、概述稳定器用途最为广泛，不论是增斜、降斜段，还是稳斜、稳平段，都是不可缺少的工具之一。

根据不同生产段的需要和水平井自身的特点，稳定器有不同的形状及几何尺寸。

潜孔钻机钻臂虚拟样机建模与动力学仿真

潜孔钻机钻臂虚拟样机建模与动力学仿真

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连续导向钻具组合三维准动力学分析模型及其导向力变化规律_刘夏荣

连续导向钻具组合三维准动力学分析模型及其导向力变化规律_刘夏荣

[收稿日期]20050920　[作者简介]刘夏荣(1968),男,1991年大学毕业,高级工程师,硕士生,现主要从事钻井工程方面的研究与管理工作。

连续导向钻具组合三维准动力学分析模型及其导向力变化规律 刘夏荣　长江大学地球科学学院,湖北荆州434023塔里木油田分公司外事与装备处,新疆库尔勒841000 王新海　(长江大学地球科学学院,湖北荆州434023) 唐　艳　(濮阳市双发实业有限责任公司,河南,濮阳457001) 张建成　(新疆石油管理局机械制造总公司,新疆克拉玛依834000)[摘要]对于连续导向钻具组合来说,由于其弯螺杆的存在,使得其在任何一个瞬态的受力变形都有其独特的特征。

连续导向钻具组合旋转钻井时其特点可以归纳为一个工具面不断有规律改变的过程,其总体导向效果可以用钻柱旋转一周内的钻头上的合侧向力矢量来表述。

[关键词]钻具组合;连续导向;动力学分析模型;导向力[中图分类号]T E921.2[文献标识码]A [文章编号]10009752(2006)01013202对于连续导向钻具组合来说,由于其弯螺杆的存在,使得其在任何一个瞬态的受力变形都有其独特的特征[1～4]。

这个特征主要来源于螺杆的弯曲面。

在滑动导向钻具组合连续导向钻井技术中,这个弯曲面就是导向工具面,这里定义为工具面,其相对于井眼高边的夹角(从高边顺时针计)定义为工具面角。

这样,连续导向钻具组合旋转钻井时其特点可以归纳为一个工具面不断有规律改变的过程,其总体导向效果可以用钻柱旋转一周内的钻头上的合侧向力矢量来表述[5～7]。

1　准动力学模型设连续导向钻具组合在某一时刻的工具面角为ω,在这一工具面角位置可计算出钻头上的造斜力为F α(ω),方位力为F (ω)。

取钻具组合旋转一周为研究对象,ω的取值范围为0～2π,均匀取值。

设计算点数为n ,则工具面角变化步长为Δω=2π/n 。

计算点数应大于或等于36。

钻具组合旋转一周内在钻头上作用的导向合力F s 为: F s =1nF 2s α+F 2s(1)式中,F s α为合造斜力,F s α=∑2πω=0Fα(ω),kN ;F s 为合方位力,F s =∑2πω=0F(ω),kN ;F α(ω)和F (ω)由静力学模型求解。

定向水平井轨迹控制.课件

定向水平井轨迹控制.课件

1、钻头与地层相互作用因素：
–钻头：特殊结构，侧切特性，各向异性 –地层：岩性，可钻性，各向异性，几何产状 –钻头作用力：钻压，侧向力，钻头转角，扭矩 –高压射流作用：清洗碎屑，辅助轴向破岩
2、钻柱及其底部钻具组合（BHA）分析
– 确定钻头对地层的机械作用力：井斜力和方位力 – 确定钻头指向：转角 – 确定钻压及钻头扭矩 – 确定钻柱或BHA任一点内力和挠度
井下动力滑动钻进目前存在的缺点：
✓ 钻柱滑动，受到较大的轴向阻力，不利于施 加钻压及大位移延伸
✓ 受井下马达排量限制，洗井效果不佳 ✓ 没有钻柱旋转，不利于修整井壁 ✓ 在有些情况下，机械钻速较慢
井下马达性能的不断改进 井下动力滑动钻进系统的改进
智能钻井系统的概念
（英国）Inglis T A. ：定向钻井，石油工业出版社，1995
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