自动垂直钻具机械式稳定平台动力学及优化方法研究

发布时间：2024-12-01 05:04

　　自动垂直钻具可实现高精度的直井作业,突破了传统防斜纠斜技术的藩篱,满足了现代钻井对井斜的控制要求。该类钻具中,机械式自动垂直钻具不含有任何电子元器件,仅依靠机械式稳定平台中偏重块在重力作用下的偏转实现主动的纠斜降斜作业,具有成本低、结构简单、耐高温、可靠性高、适用性强等特点,已成为垂直钻井及深部钻探领域最为重要的研究热点和发展方向之一。但是,相对于电控式自动垂直钻具,机械式自动垂直钻具的井斜控制精度和纠斜极限相对较低,钻具机械式稳定平台的控制性能亟待提高。本文对动态推靠式钻具和静态推靠式钻具的纠斜行为进行了详细分析,相比而言,动态推靠式钻具的机械式稳定平台工作过程中需克服的摩擦阻力矩相对较小,有助于提高稳定平台的控制性能和钻具的纠斜精度。动态推靠式垂直钻具具有周期性推靠井壁的纠斜特性,单次推靠过程中推靠力的作用效果可用等效推靠力表示,本文结合纵横弯曲连续梁法和H-S.Ho地层-钻头作用模型,分别应用推靠力和等效推靠力建立了适用于动态推靠式垂直钻具的可靠性和井斜趋势分析方法。结果表明,本文设计的自动垂直钻具强度满足使用要求,钻具在纠斜工作状态下应配合钻铤和侧向切削能力较大的钻头,可获得更佳...

【文章页数】：151 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－１?Ｖｅｒｔｉｃａｌ?Ｓｃｏｕｔ结构及工作机制不意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?Ｖｅｒｔｉｃａｌ?Ｓｃｏｕｔ．??

ｍ?—??５５００?Ｊ?１?一?丄一Ｊ??图１－２?Ｖｅｒｔｉｃａｌ?Ｓｃｏｕｔ侧钻纠斜作业井斜测量曲线??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｗｅｌｌ?ｄｅｖｉａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?Ｖｅｒｔｉｃａｌ?Ｓｃｏｕｔ?ｄｕｒｉｎｇ?ｓｉｄｅｔｒａｃｋｉｎｇ?ｗｅｌｌ?ｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｉ....

图１－３?Ｖ－Ｐｉｌｏｔ外观及结构示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?Ｖ－Ｐｉｌｏｔ．??

ｍ?１??－?ｌ！?ｉ??图１－１?Ｖｅｒｔｉｃａｌ?Ｓｃｏｕｔ结构及工作机制不意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?Ｖｅｒｔｉｃａｌ?Ｓｃｏｕｔ．??井斜角（°?）??０?２?４?６?８??１０００??....

图１－４?Ｖ－Ｐｉｌｏｔ直井作业测量曲线??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｗｅｌｌ?ｄｅｖｉａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?Ｖ－Ｐｉｌｏｔ?ｄｕｒｉｎｇ?ｖｅｒｔｉｃａｌ?ｄｒｉｌｌｉｎｇ．??

钻速仅为２－５ｍ／ｈ。该井在井深９５ｍ处开始使用Ｖ－ｐｉｌｏｔ垂直钻具加９－５／８?ｉｎ．螺杆??马达的钻具组合，仅通过钻进２７ｍ便将井斜从０．７９°降低至０．４°，在继续钻进至??６２１ｍ的过程中，井斜基本保持在０．５°以内（如图１－４所示，只在约４００ｍ井深??的位置井斜角接....

图１－５?ＶｅｒｔｉＳｔｅｅｒ结构及作业井斜测量曲线??Ｆｉｇｕｒｅ?１－５?Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｗｅｌｌ?ｄｅｖｉａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ＶｅｒｔｉＳｔｅｅｒ．??

从井深５１５ｍ开始使用ＶｅｒｔｉＳｔｅｅｒ钻具进行纠斜，钻至１３００ｍ时井斜从４°降??至１°，狗腿度仅为１．７６°／３０ｍ；在使用ＶｅｒｔｉＳｔｅｅｒ钻具进行１２－１／４?ｉｎ．的直井作业??时，从地表钻至井深９６６ｍ处井斜角始终控制在１．７６°以内（如图１－５所示），狗??腿....

本文编号：4013580