阶梯水平井钻具力学计算

论文摘要

阶梯水平井钻具力学计算一直是水平井钻井工艺设计与施工过程中的一个关键问题。由于阶梯水平段井眼曲率的不规则分布,将会使钻具的摩阻力增加,钻具的通过能力下降,严重时会导致钻头无法加压、钻柱早期破坏等复杂情况,不仅关系到安全钻井,还会增加油气井的生产成本。目前,国内外许多学者在阶梯水平井钻具通过能力方面作了不少研究工作。钻柱摩阻计算是水平井优化设计的重要部分,对水平井钻柱摩阻力和扭矩进行研究有助于改进水平井轨道设计,有利于合理地设计钻柱和对底部钻具组合进行轨迹控制,监控和判断井眼内的复杂情况,进行套管柱强度设计和指导下套管作业等。这不仅能够为阶梯水平井钻具通过能力进行准确的计算与评价提出合理的方法,而且也为阶梯水平井钻井一系列问题的解决提出了研究的方向。为了科学合理地解决钻具摩阻和通过能力评价、转盘驱动转速这些影响工程设计和施工的技术问题,本文结合固体力学、钻具动力学及钻具运动学理论,通过整体钻具力学分析,应用非线性力学分析的有限单元法进行求解钻具力学模型,求得钻具与井壁的接触摩擦阻力,从而完成钻具通过能力计算与评价,使阶梯水平井钻井设计更为科学合理,钻井施工有了理论和技术上的保证,形成了一套阶梯水平井井身结构剖面优化设计、钻具通过能力计算及评估分析技术。通过解决这些问题,确保油田开发方案的顺利实施,对提高大庆油田多层薄油藏开发有重要意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 问题的提出
• 1.2 钻具力学的研究现状
• 1.3 研究方法与思路
• 第2章 阶梯水平井井身结构及剖面优化设计
• 2.1 优化井身结构及轨迹剖面
• 2.1.1 阶梯水平井井身结构设计原则
• 2.1.2 阶梯水平井轨道设计
• 2.1.3 阶梯水平井轨道优化设计
• 2.1.4 阶梯水平井轨道优化设计软件与功能
• 2.2 阶梯水平井阶梯水平段升降极限计算方法
• 2.2.1 阶梯水平段三维轨道设计与计算的数学模型
• 2.2.2 阶梯水平段三维轨道设计与计算方法
• 2.2.3 阶梯水平段三维轨道设计软件与功能
• 2.2.4 工程应用实例
• 第3章 阶梯水平井工艺控制技术研究
• 3.1 阶梯水平井水平段升降极限值的控制范围
• 3.2 阶梯水平段控制方案和措施
• 3.3 水力加压器的操作技术
• 3.3.1 水力加压器的选择
• 3.3.2 水力加压器操作技术
• 3.3.3 现场应用情况
• 第4章 阶梯水平井相关参数计算
• 4.1 钻具连接锥螺纹力学分析
• 4.1.1 锥螺纹连接力学分析
• 4.2 锥螺纹连接强度计算
• 第5章 阶梯水平井钻具摩阻力计算
• 5.1 钻柱非线性力学分析的有限单元法
• 5.1.1 钻柱非线性静力学模型
• 5.1.2 钻柱几何非线性分析的梁单元
• 5.1.3 钻柱接触非线性分析的间隙元
• 5.2 钻具材料疲劳极限与简化的N-S 曲线
• 5.3 钻具疲劳极限与修正的N-S 曲线
• 5.4 弯螺杆钻具转盘驱动极限转速计算
• 第6章 钻具通过能力分析与评价
• 6.1 钻具通过能力的分析方法
• 6.2 软件及计算实例
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 详细摘要