模拟底部钻具组合不同运动状态的特征研究
模拟底部钻具组合不同运动状态的特征研究钻具的横向振动破坏性极大,造成钻具偏磨和疲劳断裂等,易引起井下事故,增加钻时和钻井成本。
目前国内外没有形成对大位移、多接触点、开放式系统的钻柱动力学模拟机制。
因此掌握钻柱动力学模拟的主控机制为现场钻具动力学模拟奠定了基础,对提高钻具使用寿命,预防井下事故,优质、安全、快速钻井有一定的指导意义。
本文采用实验和理论计算相结合的方法,首先通过室内模拟实验研究斜直井和水平井模拟底部钻具组合的运动状态和振动加速度规律,并指出运动状态的分类和各自的特征参数、发生条件及实验参数影响规律。
其次,根据动力学有限元理论,建立模拟底部钻具组合运动状态特征的理论计算模型,并将计算结果与实验结果对比分析。
研究结果表明,模拟底部钻具组合运动状态可以分为点状自转或正向公转、弧线形摆动,“月牙形”摆动、无规则转动、近似反向涡动和反向涡动。
在斜直井中,转速是影响运动状态的最主要因素,转速增大,运动状态从正向转动向无规则转动,再向反向涡动转变;钻压、井斜角和模拟井筒与模拟钻杆配套尺寸是影响运动状态的重要因素。
在水平井中,两端约束和模拟井筒与模拟钻杆配套尺寸是影响运动状态的主要因素;转速、钻压和井斜角是影响运动状态的重要因素。
在模拟底部钻具组合运动状态特征计算模型中得到了实验中观察到的大部分运动状态,转速、井斜等参数对运动状态的影响规律与实验一致,这为现场钻具动力学模拟奠定了基础。
底部钻具组合力学特性模拟试验研究
２ ０ １ ３年 ５月
石
油
钻
探
技
术
Ｖｏ Ｌ ４ １ ＮＯ ． ３
Ｍａ ｖ。 ２ ０１ ３
ＰＥ ＴＲ（ ） ＬＥＵＭ ＤＲＩ ＬＬ Ｉ ＮＧ ＴＥ ＣＨ ＮＩ ＱＵＥＳ
． ＿ 钻 井完 井
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大， 转速对合侧向力的影响较小 ； 随钻压增大 ， 井斜 力 增 大 ， 转速越 大， 井斜 力越 大 ； 方 位 力 随钻 压 增 大 而增 大 ， 转 速
对 方 位 力 的 影 响较 小 ； 合侧 向 力 方 向 角 随钻 压 增 大 而 减 小 ， 随 转 速 增 大 而 增 大 。研 究 结 果 可 为 井斜 控 制 机 理 研 究
方 面 去研 究 Ｂ ＨＡ 的 力 学特 性 ， 然 而 目前 试 验 方 面的 研 究 很 少 。根 据 相 似 理 论 ， 利 用底部钻柱 力学装置 ， 模 拟 研 究
了钻压和转速对并斜 力、 方位力、 钻 头合侧 向力及 其 方向 角的影响规律 。结果表 明 ： 合侧 向力随钻压 的增 大而增
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底部钻具组合的涡动特征分析
底部钻具组合的涡动特征分析导言：底部钻具组合是钻井工艺中的关键部分，其动态特性对钻井系统的工作效率、钻井质量和井下设备的寿命具有重要影响。
钻具在井下工作时会受到涡动的影响，而涡动现象常常导致钻具振动、磨损和断裂等问题，影响钻井的效率和安全。
因此，对底部钻具组合的涡动特征进行分析和研究，对于钻井工程的设计和优化具有重要意义。
涡动的概念和特征：涡动是流体在流动过程中出现的一种无序旋转的现象，其原因主要是流动速度、方向和压力的变化。
在钻井井下环境中，底部钻具组合所受到的作用力和压力的不均匀分布会引起涡动的产生。
涡动会导致钻具产生旋转、振动和摩擦等不稳定运动，给钻井施工过程带来不利影响。
涡动的机理和影响因素：涡动的产生机理非常复杂，涉及到流体力学、物理学和涡旋动力学等多个学科。
涡动的产生主要是由于流体的粘度、速度和压力的不均匀分布，以及钻具和井壁之间的摩擦。
同时，涡动的强度和频率也受到井深、井径、钻具形状和工况等因素的影响。
涡动对底部钻具组合的影响是多方面的。
首先，涡动会引起钻具的振动，从而导致钻柱的弯曲和磨损，降低钻具的工作寿命。
其次，涡动会增加钻具与井壁之间的摩擦力，增大钻具的功率消耗，减小钻井效率。
此外，涡动还会引起钻井液的泡沫和气体的产生，增加钻井液的消耗，增加钻井成本。
涡动的控制和减少方法：针对底部钻具组合的涡动问题，可以采取多种方法进行控制和减少。
首先，可以通过优化钻井泥浆的流动条件和性质，减少涡动的产生。
可以选择适当的泥浆密度、粘度和流速等参数，并合理选择添加剂，改善泥浆的润滑和减阻性能。
其次，可以通过合理设计和优化底部钻具组合的结构和形状，减少涡动的作用。
可以采用光滑的钻具和减少附件的安装，减小钻具与井壁之间的接触面积，减少摩擦和涡动的产生。
此外，还可以加强钻井工程的监测和控制，及时发现和处理涡动问题，减少涡动对钻井系统的不利影响。
结论：底部钻具组合的涡动特征分析对于钻井工程的设计和优化非常重要。
应用相似方法模拟研究底部钻具组合的公转运动规律
应用相似方法模拟研究底部钻具组合的公转运动规律
史玉才;苑燕燕;武春芳
【期刊名称】《广西大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2006(031)0z1
【摘要】应用相似理论及相似转换法,推导出了模拟实验研究底部钻具组合(BHA)运动状态所遵循的相似指标及相似准则,简单介绍了如何应用该相似准则建立底部钻具组合运动状态模拟实验装置.本文采用BHA运动微分方程为基本方程推导相似准则,推导出的相似准则物理意义明确,可以用来指导BHA运动状态实验研究.【总页数】4页(P159-162)
【作者】史玉才;苑燕燕;武春芳
【作者单位】中国石油大学(华东)石油工程学院,山东,东营,257061;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东,东营,257061;胜利石油管理局,孤岛采油厂,山东,东
营,257231
【正文语种】中文
【中图分类】TE22
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井底光钻铤钻具组合旋转及钻压波动规律模拟研究
２０１ 正 第 ２
４ １卷 第 ５ 期 第 ５ ２页
（ ｏ ｌｇ ｆＰｅｒ ｌｕ Ｅｎ ｎ ｅｉ ｇ， ｈｉａＵｎ ｖ ｒｉ ｆ Ｐｅｒ ｌｕ （ ｓ Ｃ ｉａ） Ｑｉ ｇ ａ ６ ５ ５ Ｃｈ ｎ ） Ｃ ｌｅ ｅｏ ｔｏｅ ｍ ｇｉｅｒｎ Ｃ ｎ ｉｅｓｔ ｏ ｙ ｔｏｅ ｍ Ｅａ ｔ ｈ ｎ ， ｎ ｄ ｏ２ ６ ５ ， ｉａ
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底部钻具组合的涡动特征分析
摘
要： 编制 了井底 钻 具 组 合 动 力 学 特 性 的 模 拟 程序 ， 拟 结 果 与 文 献 中的 结 果 对 比表 明 ， 编 模 拟 程 序 的模 模 所
拟 结 果 正 确 。利 用 井底 钻 具 组 合 动 力学 特 性 的模 拟 程序 模 拟 了钻 铤 形 心 的径 向速 度 、 向加 速 度 、 径 涡动 加 速度 、 涡 动 速 度 功 率谱 以及 相 图 ， 全 面地 反 映 了 井底 钻 具 组 合 的 动 力 学 特 性 。结 果 表 明 ： 底 钻 具 组 合 在 特 定 的 情 况 下 较 井
文 献标 识码 ： Ａ
Hale Waihona Puke 文章 编 号 ：０ １０ ９ （０ ００ — ０ ４０ １０ — ８０ ２ １ ）４０ ８ — ５
Ａ ｎａ ｙ ｉ ｆ Ｗ ｈｉ ｌｎ ｏ ｒ ｉ ｓ ｏ ｔｏ ｏ ｅ Ａｓ ｅ ｂ ｙ ｌ ｓｓ ｏ ｒ ｉ ｇ Ｐｒ ｐｅ ｔｅ ｆ Ｂｏ ｔ ｍ Ｈ ｌ ｓ ｍ ｌ
度 （９ ４ ／ ｉ） 该种 状 态 的 出现 对 钻 具 组 合 的 导 向 能 力及 安全 性 将 造 成 很 大 的的 影 响 ， 得 进 一 步 探 讨 。 ７ ． １ｒｍ ｎ ， 值
关 键 词 ： 具 组 合 ；钻 柱 振 动 ；动 力 学 ；数 学 模 型 ；数 值 模 拟 钻
中 图 分 类 号 ： Ｅ １ ＴＥ ２ ． Ｔ ２ ； ９１ ２
底 部 钻 具 组 合 的 涡 动 特 征 分 析
姚 永 汉 狄 勤 丰 朱 卫 平 胡 以宝 王 文 昌 姚 建 林
（ 海 市应 用 数 学 和 力 学 研 究所 （ 海 大 学 ）上海 市 能 源 与 环 境 工程 中 的关 键 力 学 问 题重 点 实验 室 ， 海 上 上 上 ２０ ７ ） ０ ０ ２
下部钻具组合的非线性静力学分析与计算
下部钻具组合的非线性静力学分析与计算下部钻具组合的非线性静力学分析对下部钻具的设计和钻井参数的合理选择具有重要的意义。
为此，本文继承前人的研究成果，结合现代钻井技术和工程经验，从非线性静力学的角度对下部钻具组合进行了分析与计算，具体内容包括：（1）根据下部钻具组合在井眼中的工作状态，综合考虑钻具在自重和钻压作用下引起的纵向弯曲，及其下部钻具与井壁的接触非线性，建立了下部钻具组合的几何和接触双重非线性静力学模型。
（2）运用有限元分析中的空间梁单元和接触间隙元方法，对下部钻具组合的双重非线性静力学模型进行分析与求解。
（3）分析了钻柱的非线性屈曲，并考虑了在钻柱重力和井壁切向摩擦的影响下，采用微分求积法(DQ method)，对直井中钻柱非线性屈曲控制微分方程进行了求解。
（4）分析了下部钻具螺纹连接区应力的分布，对下部钻具螺纹连接部位进行了结构优化设计。
在满足下部钻具强度条件下，改进的螺纹应力减轻槽，可有效降低下部钻具螺纹连接处的应力集中水平。
教学媒体4-底部钻具组合分析
二、定向井底部钻具组合
增斜钻具实例-长庆小井眼
反扭角计算 定点造斜时的反扭角计算公式
180 M ϕ= Gπ
⎞ ⎛ l1 l 2 ⎟ ⎜ + ⎟ ⎜I I p2 ⎠ ⎝ p1
二、定向井底部钻具组合
增斜钻具实例-长庆小井眼
变径扶正器增斜: 165bit*0.18+311*310*0.42+变径扶正器*1.17 + 121DC*125.44 + 311*310*0.35 + 88.9DP 钻压80 kN，转速90rpm 单弯螺杆增斜: 165bit*0.18+311*310*0.36+ 121 单弯螺杆 *4.8 +121NDC+121DC*18+88.9DP 钻压80 kN，转速90rpm
二、定向井底部钻具组合
二、定向井底部钻具组合
增斜钻具
二、定向井底部钻具组合
增斜钻具
二、定向井底部钻具组合
增斜钻具
钻具增斜能力与井斜角的关系 单位：°/25m 2° 1# 2# 3# 4# 5# 6# 5.20 11.8 0.0095 -0.218 0.0977 -0.0067 10° 5.3122 11.921 -0.0671 1.0543 0.1415 -0.0039 40° 5.6478 10.76 -0.5274 3.9418 0.1948 -0.0159 90° 6.0266 11.68 -1.097 4.2046 0.128 -0.0347
一、直井防斜钻具组合
防斜钻具
刚性满眼钻具： •原理：提高BHA刚度，防止弯曲 •主要包括：满眼钻具组合、方钻铤 •特点： 结构原理简单，现场易操作 强造斜趋势地层难以控制井斜 无纠斜能力 对井壁要求严格
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。
底部钻具组合动力学模型及涡动特性仿真
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