弯外壳螺杆钻具组合在软弱地层中的造斜能力研究

发布时间：2020-08-07 13:24

【摘要】：进入21世纪,世界经济的发展虽然逐步放缓,但各个国家对于能源的“争夺”和开发却愈演愈烈,近几年,国内的油气需求量与日俱增,非常规油气资源如煤层气、页岩气、“可燃冰”等的勘探和开采技术也进入了攻坚阶段,在这些因素的推动下,我国的油气钻井新技术得到不断的发展和完善,带动了作为油气开采的主要设备和工具的井下动力钻具的更新和完善。目前,井下动力钻具已经被广泛应用于地质钻探、煤田和油气钻探领域。弯外壳螺杆钻具组合作为井底动力钻具的一种,与其他动力钻具相比,其造斜能力更强,并且具有结构简单、易于操作、钻速低扭矩大、过载能力强等特性,是目前国内的主流造斜工具之一,在定向井、水平井、侧钻井的施工中使用广泛。为了使弯外壳螺杆钻具组合更好地服务于常规油气钻井和非常规油气资源的钻探和开采当中,本文着眼于研究其在软弱地层中的造斜能力,为解决在软弱地层中的井眼轨迹控制提供造斜能力预测、钻具结构设计以及钻井工艺参数优化的方法和思路。本文在充分调研弯外壳螺杆钻具组合力学分析模型以及造斜趋势预测方法的基础上,对目前下部钻具组合的静力学分析方法和造斜率预测方法进行了简要的介绍。分别采用几何分析法和统计分析法对弯外壳螺杆钻具组合理论造斜能力的影响规律进行了研究,并对螺杆钻具的初步设计进行了讨论,得到了螺杆钻具各结构参数的初步设计方法、给出了设计实例。对造斜率的几何法计算模型进行修正,分别建立了主要考虑地层影响的几何造斜率修正模型和主要考虑已钻轨迹及钻井参数影响的几何造斜率修正模型,并分别得到了两种修正模型的造斜率预测公式并分析误差。最后,本文将弯外壳螺杆钻具组合的力学模型与统计法结合起来,通过力学分析,建立了单弯单稳螺杆钻具组合的三弯矩方程并求解,得到了钻头侧向力和钻头转角的公式,并结合各项参数,进行了力学敏感性分析。选取对造斜趋势影响最为显著的四个影响因素,采用正交回归分析,建立了单弯单稳螺杆钻具组合的造斜趋势预测模型。
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P634.4;TE921.2
【图文】：

一l研究琉程

示意图,数学原理,定圆,井眼

邋０）逦逡逑图２－１三点定圆的数学原理示意图逡逑如上图２－１所示，以１点（０，０）为井眼坐标系的原点，并使＿ｙ轴通过２点（０，逡逑少’２），３点（ｘ３，乃）为除１、２点外圆上的任意点，则有ｘｉ＝ｘ２＝ｙｉ＝０。逡逑将这３个点的坐标代入（式２－１）和（式２－３）中，可导出圆的曲率为１＾］：逡逑Ｋ＝－广一舞邋Ｉ逦（式邋２＿４）逡逑Ｕ＋（ｘ：”；ｕ）：逡逑Ｂ假设条件逡逑采用该方法计算工具理论造斜率主要基于以下几点假设条件：逡逑（１）

螺杆钻具,双稳,计算模型,造斜率

中Ｗ地质人学（北京）硕士学位论文角均为０°时，该钻具可视为双稳定器增斜钻具组合。逡逑算造斜率逡逑等人利用三点定圆的数学原理，建立了单弯双稳螺杆钻具２－２），推导出其几何造斜率公式如下：逡逑Ｋ邋＝邋６０／＿逦（Ｌ邋Ｔ逡逑三点定圆法的单弯双稳螺杆钻具组合造斜率，单位为（°）／３０ｍ钻具的结构弯角，（°）；逡逑力钻具上部稳定器中点到钻头底部的钻具组合的总长度，ｍ

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