半铰接式柔性钻具多层接触力学分析

发布时间：2020-10-11 22:23

　　 国内许多老油田经过长期反复注水开采后,油井的见水面积不断扩大,裂缝两侧积攒大量未被开采的剩余油,严重影响了油井产量。为了提高采收率,很多油田开始在原有油井基础上打造超短半径水平井,以加大对剩余油的开采。与一般水平井相比,超短半径水平井的曲率半径非常小,一般不超过4.0m。因此,普通钻具无法满足超短半径水平井的钻进要求。近年来,半铰接式柔性钻具以其易弯曲、能够控制井眼轨迹的优点,被广泛应用于超短半径水平井钻井工艺中,而确保半铰接式柔性钻具载荷与柔度传递规律的合理性是超短半径水平井钻进成功的关键。本文首先根据超短半径水平井柔性钻具的工作状态,考虑半铰接结构中的机构问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对半铰接式柔性钻具中半铰接柔性钻杆的建模方法进行研究,确定了能够合理描述半铰接柔性钻杆变形规律的力学模型;然后,建立造斜段不同柔度下导向筛管内半铰接柔性钻杆的单层接触瞬态动力学模型,并对其进行动力学分析,得到随着井深增加,半铰接柔性钻杆的扭矩减小,轴力增大;随着柔度减小,半铰接柔性钻杆井底扭矩减小,轴力增大,导向筛管与半铰接柔性钻杆的总摩阻力矩增大;当柔度相同时,随着井斜角的增加,半铰接柔性钻杆井底的扭矩减小、轴力增大、导向筛管与半铰接柔性钻杆的总摩阻力矩增大。最后,建立不同柔度下半铰接式柔性钻具的多层接触瞬态动力学模型,并对其进行动力学分析,得到随着井深增加,半铰接柔性钻杆扭矩减小、轴力增大、导向筛管轴力增大;随着柔度减小,半铰接柔性钻杆底端扭矩减小、底端轴力增大、导向筛管底端轴力增大、半铰接式柔性钻具底端总轴力增大、导向筛管与柔性钻杆的总摩阻力矩增大、导向筛管与井壁的总摩阻力增大。开展现场试验,并将总摩阻力现场试验值与数值模拟值进行对比,两者基本吻合,验证了本文所建立的半铰接式柔性钻具多层接触力学模型及分析方法的正确性。本文研究成果为超短半径水平井的现场施工提供合理的力学依据。
【学位单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE93
【部分图文】：

东北石油大学硕士研究生学位论文第二章 半铰接式柔性钻具有限元理论超短半径水平井与常规水平井的主要区别就是曲率半径特别小，一般不大于 4.规钻具无法满足其钻进需求，需要选择特殊的半铰接式柔性钻具进行钻井，半铰性钻具具有能够承受流体压差、轴向力和扭矩的作用以及易弯曲，能够控制井眼优点，成为超短半径水平井的主要钻井工具。超短半径水平井钻井技术是在原套管内直接进行开窗，然后将组装好的造斜段具总成垂直悬于开窗点，并将钻具总成、扶正器以及普通钻杆以螺纹连接的方式来下入井内，当钻具总成遇到斜向器时，在斜向器的导向作用下，造斜钻具总成向器的方向从开窗点钻出套管，进入地层，并开始造斜钻进，当完成造斜段钻进水平段油层深度后上提并取出造斜钻具总成，下放已经组装好的水平段钻具总成其与扶正器和普通钻杆连接好一起下入井内，重复以上步骤，当水平段钻具总成斜段完成的深度后，半铰接柔性钻杆将扭矩和钻压传递给钻头，完成水平段的钻短半径水平井钻井示意图如图 2.1。

图 2.2 BEAM188 单元几何中梁单元的有限元理论，如图 2.3 所示，以 i 节点作为局部坐标系的原点系的 x 轴，y 轴和 z 轴沿着梁单元横截面的两个主节点位移 （b）节点图 2.3 梁单元的节点位移与节点力移向量 Tiiiixiyizjjjjxjyjz w u w iw —局部坐标系中i节点的线位移；点的扭转角位移；平面内i节点的角位移；

第二章 半铰接式柔性钻具有限元理论2.2 所示，该单元由 I 和 J 两个节点组成，每个节点有 6 个自由度，K 节点为梁单元的方向关键点，K 节点的方向决定了梁截面的高度方向。图 2.2 BEAM188 单元几何2.1.1 局部坐标系中梁单元的有限元理论任取一节梁单元，如图 2.3 所示，以 i 节点作为局部坐标系的原点，i 节点和 j 节点的连线作为局部坐标系的 x 轴，y 轴和 z 轴沿着梁单元横截面的两个主惯性轴。
【参考文献】

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1 激扬;;古老钻井技术的奇葩——径向钻井[J];石油知识;2015年03期

2 邱娟;;绝对节点坐标法下的梁结构动力学分析[J];科技创新与应用;2015年09期

3 赵莉;杨学萌;;铰接的特点及其在飞机结构设计中的应用[J];沈阳航空航天大学学报;2014年04期

4 李艳秋;;高125-22超短半径侧钻水平井钻井技术[J];中外能源;2013年10期

5 罗敏;赵厦;吕丰;李艳秋;;超短半径水平井柔性壳力学分析及强度评价[J];石油矿场机械;2013年06期

6 李凤明;吴志静;刘荣强;;铰接桁架结构动力学问题研究[J];宇航学报;2012年05期

7 许伟;姜德进;;半铰接柔性管架及摇摆管架的设计探讨[J];特种结构;2009年03期

8 倪益民;袁永嵩;赵金海;史洪军;;胜利油田两口超短半径侧钻水平井的设计与施工[J];石油钻探技术;2007年06期

9 杨永印;杨海滨;王瑞和;马开良;周卫东;马清明;徐希良;;超短半径辐射分支水平钻井技术在韦5井的应用[J];石油钻采工艺;2006年02期

10 刘衍聪;岳吉祥;陈勇;王慧艺;;超短半径径向水平井转向机构仿真研究[J];中国石油大学学报(自然科学版);2006年02期

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1 欧阳波;铰接履带车铰接机构的强度分析及优化设计[D];吉林大学;2017年

2 张赫;超短半径水平井开发指标预测方法研究[D];东北石油大学;2014年

3 高加强;超短半径水平井柔性钻具关键部件结构设计及力学分析[D];东北石油大学;2012年

本文编号：2837206