底部钻具组合二维分析新方法
RWD随钻扩眼下部钻具组合的强度分析
图 １ 单稳定 器随钻扩眼钻具组合结构示意 图
取 下 部 钻 柱作 为 研 究 对 象 ， 钻 头处 起 向 上分 从 成多个 梁 单元 ， 即把 结 构离 散化 。划分 单 元 时 ， 应保 证每 个单 元 的几何 特性 和材 料 特性 在 同一个单 元 内 保持 不 变 。 如 图 ２ 取 节 点 为 ｉ ， 和 的 梁单 元 ， 用 利
井身 轨迹 严格 控制 的要求 ， 具有 工具 结构 简单 ， 活 无 动部 件 ， 眼尺寸 稳定 规则 的 特点 。Ｒ 扩 ＷＤ随钻 扩 眼 是解 决 复杂 深井 阻 卡 、 常 规 井 身结 构 应用 和 提 高 非 固井质量 的有效 手段 。 目前这 项技 术 掌握 在 国外技
收 稿 日期 ：２０ ０ ０ ６～ ９—１ ；修 回 日期 ：２０ ３ ０ ６—１ ０ ２— ７
多层套管 ， 为了扩大井眼尺寸 ， 降低钻井成本 ， 这就
增 加 了对 更 可 靠 的井 下 扩 眼 器 的应 用 需 求 。Ｒ ＷＤ
随钻扩眼工具由领 眼钻头 、 眼扶正垫 、 眼翼 、 领 导 扩 孔刀翼等组成 ， 其分段式设计为领 眼钻头和井下钻 具组合 选 择提 供较 大 的灵 活 性 ， 满 足 大 部 分 特 定 并
学院 ， 电话 ：０ ８ ８ ０ ２３ Ｅ—ｍａ ：ｈ ｂｙ ６ ．Ｏｌ （２ ） ３ ３７ ４， ｉ ｓｉ ｙ＠１ ３ ＣＩ ｌ ｘ ｌ
维普资讯
第３ ０卷
第１ 期
钻
采
工
艺
・７ ・
Ｖ０ ． Ｏ １ ３ Ｎｏ １ ．
Ｄ ＩＪ Ｎ ＆ Ｐ ０ Ｕ Ｔ Ｏ ＥＣ ０ Ｏ Ｒ ＩＪ Ｇ Ｒ Ｄ Ｃ Ｉ Ｎ Ｉ ＨＮ Ｌ ＧＹ
Ｒ ＷＤ随钻 扩 眼 下部 钻 具 组 合 的强 度 分 析
下部钻具组合
5．2下部钻具组合下部钻具组合是指用于施加钻压的那部分钻柱的结构组成。
一般是由钻铤和扶正器组成。
通过调节扶正器的按放位置、距离和扶正器的数量，下部钻具组合可以是增斜组合、降斜组合及稳斜组合三种。
但是无论哪一种组合，其实质是施加钻压后，钻柱发生弯曲变形，在钻头上产生侧向力，由于侧向力的作用，使钻头合力方向不再与井眼轴线重合，造成井斜。
为了防止井斜，应当使钻柱组合在施加钻压后，产生的钻头侧向力为零，使钻头合力与井眼轴线重合。
5．3钻井参数组合钻井参数主要是钻压和转速。
在一定的钻柱组合时，通过调节钻压和转速，可改变钻头侧向力的大小和方向，从而改变井斜的大小和方向。
5．4钻头结构引起井斜牙轮钻头的移轴、复锥和超顶，都要引起钻头轴线偏离井眼中心线，产生侧向切削。
6井斜控制原理及方法控制井斜实质就是控制钻头造斜力，使其为降斜力。
要达到这个目的，地层造斜力是不可改变的，唯一可控制的是下部钻柱组合和钻井参数，通过改变下部组合和调节钻井参数可使钻头侧向力为降斜力，抵抗地层造斜力的作用强度，使井斜控制在一定范围内。
目前使用的钟摆钻具、塔式钻具、偏心钻铤等是以增大降斜力为目的的钻柱。
他们可以起在直井中防斜，在斜井中纠斜的作用。
刚性满眼钻柱、方钻铤、螺旋钻铤等是以强大的刚度反抗地层造斜的作用。
在直井中防斜，在斜井中稳斜，井斜了不能使用刚性满眼钻柱。
但是通过调节扶正器安放间距和钻井参数，刚性满眼钻柱也可以是增斜或降斜钻柱。
6．1、钟摆钻具这种钻具是在钻头的上方一定距离处，一般是18—27米左右按装一个扶正器。
当其发生井斜时，扶正起靠下井壁上，扶正器下面的钻柱重量在钻头上产生一个指向下井壁的力，这个力就是钟摆力，是降斜力，使井斜减少。
钟摆钻具使用关键是扶正器的安放距离，太大在扶正器下面产生新切点，钟摆失效；太小钟摆力也小，效果也不好。
另外，钻压不能太大，过大的钻压使钟摆失效。
是一种既能防斜又能纠斜的钻具。
在现场得到广泛使用。
连续油管钻井井下钻具组合的组成及对比分析
准 确程 度 。Biblioteka 目前 ，连续油管钻 井主要有 泥浆脉冲 系统 底部钻具 组合和 电缆 系统底部 钻具 组合 。实际运 用 中 ，现场 作 业人员应对 Ｂ ＨＡ 的适用性 和可靠性综合 考虑后再 选择使 用 。虽然 以上 ２ 类 井下 钻具 组合 中的一些 元件 （ 工具短节 ）在工 作原理 和结 构形式上存 在一定差异 ，但是它们 都具有井 下钻具组合作 业所必需 的功能 。
・
１ ＯＯ ・
长江大学学报 （ 自科 版 ） ２ ０ １ ３ 年３ 月号石 油中旬刊 第 １ ｏ 卷第８ 期 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｙ ａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ Ｓ ｃ ｉ Ｅ ｄ ｉ ｔ ） Ｍａ ｒ ． ２ ０ １ ３ ，Ｖｏ １ ． １ ０ Ｎｏ ． ８
复杂 程 度 、技 术要 求和 操 作 人 员 的 经 验 综 合 考 虑 钻 具 的 使 用 。
［ 关 键 词 ］ 连 续 油 管 钻 井 ；井 下 钻 具 组 合 ；性 能 参 数 ［ 中 圈 分 类 号 ］ＴＥ ９ ２ １ ［ 文 献 标 志码 ］Ａ ［ 文 章 编 号］ １ ６ ７ ３ —１ ４ ０ ９（ ２ ０ １ ３ ）Ｏ ８ —０ １ ０ ０— ０ ４
随钻测录井地质导向二维分解实时绘图方法
第51卷第1期 2021年1月吉林大学学报（地球科学版）Journal of Jilin UniversityC Earth Science Edition)Vol.51 No. 1Jan. 2021邵才瑞，原野，张福明，等.随钻测录井地质导向二维分解实时绘图方法.吉林大学学报（地球科学版）•2021，51(1):256 -265. doi：10.13278/ki.jjuese. 20190255.Shao Cairui. Y u a n Ye, Zhang P'uming.et a l. A 2D Decomi)〇sition Real-Time Drawing Method for Geo-Steering of Logging While Drilling. Journal of Jilin University (Earth Science Edition) .2021. 51 (1)：256 - 265. doi： 10.13278/j.enki.jjuese. 20190255.随钴测录井地质导向二维分解实时绘图方法邵才瑞“2’3’4,原野、张福明K2”3’4,陈国兴“5,曹先军U51. 中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛2665802. 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价3探测技术功能实验室，山东青岛2665803.中石油测井重点实验室中国石油大学（华东）研究室，山东青岛2665804. 深层油气重点实验室，山东青岛2665805.中国石油集闭测并有限公司，西安710061摘要：根据随钻测录井实时地质导向和大斜度、水平井评价成图技术需求，针对传统绘图方法存在的弊端，提出了将测录丼信息、井眼轨迹和地质模型进行二维分解的实时绘图方法。
针对二维分解绘图方法绘图时空复杂度较高的问题•给出了不同事件驱动下的局部实时计算和拷屏重绘算法，控制了对C P U和内存的消耗、提高了绘图效率，消除了实时绘图的闪烁和卡顿现象。
底部钻具组合参数设计的评价方法_夏焱
该包括钻头和地层的各向异性参数、 地层倾角、 井眼 几何形状等参数。经过多年的研究, 很多相关的研 究成果和论文 [ 16]
相继发表 , 为进行各种参数对底
部钻具设计效 果的综合影响规律的研 究奠定了基 础。笔者以钻头与地层的各向异性理论为基础, 结 合底部钻具组合的力学问题求解方法, 提出应用钻 进趋势角作为综合指标来评价钻具组合设计参数的 方法, 并开展理论分析和应用研究, 为合理的参数设 计和操作参数的优选提供理论依据和分析手段。
m i
为第 i 跨梁柱所在井段平均 井斜角,
为钻井液密度, g/ cm 3 ; D si 为各接触点处钻
), ),
柱外径, m; D w 为井眼直径, m; E 为钻柱材料的弹 性模量 , GPa; I i 为第 i 跨梁柱的截面轴惯性矩, m 4 。 ( 2) 利用底部钻具组合力学分析结果计算钻进 趋势角。对不同井眼条件下、 不同结构参数以及不 同操作参数条 件下钻具组合的钻进趋 势角进行计 算 ; 分析地层倾角、 地层各向异性指数和钻头各向异 性指数的变化对特定钻具组合钻具钻进趋势角的影 响规律, 从而可以为钻遇不同地层或者选用不同钻 头类型时, 选择合适的钻具设计参数提供依据。 ( 3 ) 分析地层参数、 钻头各向异性指数及各种可
参数。分析井段的井眼轨迹数据见表 1 。
表 1 分析井段的井眼轨迹数据
测点 23 24 25 26 27 28 29 30 井深 H / m 1 822. 78 1 849. 85 1 876. 88 1 903. 97 1 930. 98 1 957. 98 1 986. 73 2 013. 83 井斜角 / ( ) 89. 94 88. 07 86. 43 87. 17 88. 07 88. 80 89. 36 89. 54 方位角 Z l/ ( ) 102. 75 102. 80 102. 90 102. 95 103. 10 103. 09 103. 15 103. 22
井底钻具组合轨迹控制特性分析
井底钻具组合轨迹控制特性分析摘要：井底钻具组合（BHA）是井眼轨迹控制的关键，BHA不同的结构特征及不同的施工参数配合其轨迹控制能力不同，本文应用wellplan软件BHA特性分析功能，分析了目前常用BHA的结构特征及与不同参数配合下的井眼轨迹控制特性，为井眼轨迹控制BHA结构及施工参数优化提供了参考。
关键词：底部钻具组合；BHA；轨迹控制；Wellplan准确的掌握钻具组合的轨迹控制能力是控制好轨迹的关键所在，钻具组合所具有的轨迹控制能力不仅于其结构有关，而且与与之配合的施工参数有关，本文采用wellplan软件底部钻具组合分析模块，利用有限单元发，分析常用井眼轨迹控制所用BHA的轨迹控制特性，以便据此优化钻具组合及施工参数，增强入井工具的轨迹控制能力，达到提速的目的。
1常用井底钻具组合结构目前最常用的井眼尺寸为φ215.9mm井眼，因此统计出φ215.9mm井眼中常用钻具组合结构类型及参数。
（1）钟摆BHA：φ216mm钻头+φ172mm短钻铤+φ172mm无磁钻铤×1+φ210mm稳定器+φ127mm加重钻杆。
（2）增斜BHA：a.φ216mm钻头+φ214mm稳定器+φ159mm无磁钻铤+φ127mm加重钻杆。
b.φ216mm钻头+φ214mm稳定器+φ159mm无磁钻铤×（1根或1.3根或2根）+φ214mm稳定器+φ127mm加重钻杆。
c.φ216mm钻头+φ214mm稳定器+φ159mm无磁钻铤+φ159mm螺旋钻铤×（0根或1.3根或2根）+φ214mm稳定器+φ159mm螺旋钻铤+φ214mm稳定器+φ127加重钻杆（3）稳斜BHA：a.φ216mm钻头+φ214稳定器+φ159短钻铤+φ214稳定器+φ159无磁钻铤+φ214稳定器+φ127加重钻杆。
b.φ216钻头+φ214稳定器+φ159短钻铤+φ214稳定器+φ159无磁钻铤+φ127加重钻杆。
教学媒体-底部钻具组合分析
教学媒体-底部钻具组合分析底部钻具组合分析是地质工程领域中非常重要的一个课题。
底部钻具是一种用于地下钻探的工具，它起到了穿越地层、取得地下样本和获取地质数据的关键作用。
在进行地质勘探、地下资源开发和地下工程施工时，对底部钻具的组合进行分析是必不可少的。
底部钻具的组合分析主要涉及以下几个方面：1. 钻头选型：底部钻具的钻头是与地层直接接触的部分，因此选取合适的钻头对于底部钻具的工作效率和成本控制至关重要。
钻头的选取需要考虑地层的类型、硬度、厚度等因素，以及钻井工艺要求。
2. 钻杆组合：底部钻具一般由多根钻杆组成，钻杆的组合需要满足一定的要求。
首先，钻杆的长度要能够满足钻井深度的要求；其次，钻杆的材质和规格要符合钻井工艺要求；最后，钻杆之间的接口要牢固可靠，以确保钻井过程的安全稳定。
3. 钻井液设计：钻井液是底部钻具工作的重要辅助材料，主要用于冷却、润滑和清洁钻头、传递钻井动力以及保持钻井井壁稳定。
钻井液的设计需要根据地层特点和钻井施工要求，选择合适的材料、粘度和密度等参数。
4. 钻井参数控制：底部钻具的工作稳定性和效率与钻井参数的控制密切相关。
钻井参数包括钻进压力、转速、进给速度、冲击频率等。
将这些参数进行合理调整，可以提高底部钻具的工作效率和钻井质量。
底部钻具组合分析需要将上述几个方面进行综合考虑，根据具体的工程需求和地质条件，确定最优的钻具组合方案。
这个过程需要相关领域的专业知识和经验，并且需要借助于现代科技手段，如计算机模拟和仿真技术。
总之，底部钻具组合分析是一门复杂而重要的学科。
通过对底部钻具的钻头、钻杆、钻井液和钻井参数等方面进行综合分析，可以为地质工程提供可靠的钻井方案，提高钻井效率和质量，并为地下资源开发和地下工程施工提供有力支持。
底部钻具组合分析是地质工程中一个非常重要且复杂的任务。
底部钻具是钻井工程中的核心工具，它能够穿越地层，取得地下样本并获得地质数据。
因此，正确选择和组合底部钻具对于地质勘探、地下资源开发和地下工程施工具有重要意义。
常规双稳钻具组合稳斜性能的分析与优化
－ ．
ｄ Ｚ Ｖ （ ｓ ） ｌ ｄ Ｖ ２ （ ｓ ） 一
＿
ｄ Ｔ（ ｓ ）ｄ Ｖ （ ｓ ） 叫 ｄ Ｚ Ｖ（ ｓ ） ＋ Ｍ，
．
＝
。
ｆ ｈ ｘ ＝ 一 ｇ ・ ｓ ｉ ｎ ａ ｏ
｛ ｈ ｙ 一０
Ｉ Ｔ （ ｓ ） ＝ 一 Ｐ ＋ ｓ ・ ｑ ・ Ｃ Ｏ Ｓ ｏ
的优化 设 计提 供 参 考 。
关 键词 ： 盐 膏层 ； 稳斜 ； 底部 钻 具 组合
中图分 类 号 ： Ｔ Ｅ ２ １ 文献 标识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ４ — ５ ７ １ ６ （ ２ ０ １ ５ ） １ ０ — ０ ０ ４ ９ — ０ ３ 米 桑 油 田群 位 于 伊 拉 克 东 南 部 米 桑 省 ， 毗 邻 伊 朗
依 据 目前 较 成 熟 的理 论 ， 底 部 钻 具 组 合 静 力 学 分
析 的基本 过程 可叙 述 如下 ：
（ １ ） 对底部钻具组合进行简化处理 ， 根据稳定器 、
弯曲结构等在钻具组合 中的位置划分跨段。
（ ２ ） 假 定～个上 切点长 度 ， 以上 切 点 至 钻 头 的 方
式 中： Ｕ、 、
移 分量 ， ｍ；
— —
底 部 钻 具 组 合 在 Ｘ轴 和 ｙ轴 方 向 的位
下， 底 部 钻 具 组 合 在参 考 坐 标 系 ０一 Ｘｙ Ｚ下 的 非 线 性
控 制 方程 可 表达 为 Ｉ ＿ ：
Ｅｌ
ｃ ｌ ｓ
底
第 一 稳定 器 外径 （ ｍｍ ）
向， 依据钻柱变形的控制方程 、 边界条件和连续 条件 ， 逐 一 对各跨 段 钻柱 的变 形进 行求 解 。
[2017年整理]各种钻具组合设计方法
一、直井下部钻具组合设计方法(一)钻铤尺寸及重量的确定1.钻铤尺寸的确定(1)为保证套管能顺利下入井内，钻柱中最下段（一般不应少于一立柱）钻铤应有足够大的外径，推荐按表1选配。
表1：与钻头直径对应的推荐钻铤外径钻头直径钻铤外径142.9～152.4 104.7～120.6158.8～171.4 120.6，127.0190.5～200.0 127.0～158.8212.7～222.2 158.8～171.4241.3～250.8 177.8～203.2269.9 177.8～228.6311.2 228.6～254.0374.6 228.6～254.0444.5 228.6～279.4508.0～660.4 254.0～279.4(2)钻铤柱中最大钻铤外径应保证在打捞作业中能够套铣。
(3)在大于190.5mm的井眼中,应采用复合(塔式)钻铤结构(包括加重钻杆)，相邻两段钻铤的外径差一般不应大于25.4mm。
最上一段钻铤的外径不应小于所连接的钻杆接头外径。
每段长度不应少于一立柱。
(4)钻具组合的刚度应大于所下套管的刚度。
2.钻铤重量的确定：根据设计的最大钻压计算确定所需钻铤的总重量,然后确定各种尺寸钻铤的长度,以确保中性点始终处于钻铤柱上，所需钻铤的总重量可按式(1)计算：Wc= PmaxKs/Kf (1)其中：K f =1-ρm/ρs式中：Wc——所需钻铤的总重力，kN；Pmax——设计的最大钻压，kN；Ks——安全系数，一般条件下取1.25，当钻铤柱中加钻具减振器时，取1.15；Kf——钻井液浮力减轻系数；ρm——钻井液密度，g/cm3；ρs——钻铤钢材密度，g/cm3。
(二)钟摆钻具组合设计1.无稳定器钟摆钻具组合设计：为了获得较大的钟摆降斜力,最下端1～2柱钻铤应尽可能采用大尺寸厚壁钻铤。
2.单稳定器钟摆钻具组合设计(1)稳定器安放高度的设计原则：a.在保证稳定器以下钻铤在纵横载荷作用下产生弯曲变形的最大挠度处不与井壁接触的前提下,尽可能高地安放稳定器。
底部钻具组合的参数设计及优化方法
参数转换 , (s1 , s2 , s3 )T 为参数列向量 , 描述地层及 钻具力学特征参数的量 。
考虑常见的二维井眼轨道情况 , 利用矢量运算
法则 , 可由方程 (5)、(6)得到钻进趋势角的计算表
达式 , 如方程组 (7), 即文献 [ 7]中推导出的公式
mp cosZ p =Ir [ IbSb1 +(1 - Ib )cosAaf cosAa ] +
12
根据钻头与地层相互作用理论[ 6] , 并利用矢量
运算法则 , 可以得到计算钻具组合钻进趋势的计算
表达式
(cosαr , cosβr , cosγr )T =K r -1 (s1 , s2 , s3 )T (5) s1 , s2 , s3 =f1 (Ib , Ir , α, β, , φ, P a , Pb , Ab ) (6) 其中 αr , βr , γr 为钻进趋势方向在 O ″x″y ″z″坐标系中 的方向角 , K r 为系数计算矩阵 , 用于不同坐标系间
1 控制井眼轨迹的钻 具组合参数设计模型
1. 1 模型的建立 建立控制井眼轨迹的钻具组合参数设计优化模
型 , 需要采用以下假设 :(1)忽略井壁不规则因素 ,
井眼的大小取决于钻头 , 发生扩大的情形也是均匀
扩大 ;(2)井眼中心线为连续变化的曲线 ;(3)实际
钻出的井眼轨道由若干段 定曲率曲线光滑 连接而
关键词 :井眼轨迹 ;控制 ;底部钻具组合 ;参数设计 ;优化方法
中图分类号 :TE21 文献标识码 :A
如何有效地控制井眼轨迹一直是钻井业界研究 和探索的内容 , 从近些年发表的文献 [ 1 - 5] 来看 , 对井 眼轨迹控制问题的研究主要集中在 3 个方面 :底部 钻具组合力学分析 、钻具造斜率的计算及钻头与地 层交互作用分析 。通常采用的钻具组合设计方法是 从定性的角度进行的 , 能够基本保证钻进趋 势 (增 斜 降/ 斜 )的要求 , 但实际钻出的井眼轨道偏离设计 轨道的现象时常出现 , 必须投入额外的费用与工作 时间弥补这种偏差 。 以模拟计算的曲线与设计曲线 (或者实际要求曲线 )之间误差最小为目标函数 , 底 部钻具组合设计参数为决策变量 , 建立底部钻具组 合参数设计及优化方法 , 不仅实现了底部钻具组合 参数设计的定量化要求 , 也为底部钻具组合合理的 参数设计和操作参数的优选提供了新的理论依据和 分析手段 。