《复合钻进稳斜性能研究石油工程毕业论文设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《复合钻进稳斜性能研究石油工程毕业论文设计.doc（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、辽宁石油化工大学继续教育学院论文 毕业设计（论文） 题目： 复合钻进稳斜性能研究 复合钻进稳斜性能研究摘 要 复合钻进技术在油田的应用，可以提高机械钻速、控制井眼轨迹、减少扭方位次数，并可大幅降低钻井成本，从而提高油田开发速度。木文对转盘与螺杆钻具联合钻进时的防斜打快机理进行了分析，采用纵横弯曲连续梁法，建立了这种下部钻具组合的力学模型，利用该模型定量分析了其控制井斜的力学特性，从理论上分析了这种下部钻具组合控制井斜的主要影响因素，为优化这种钻具组合和施工参数设计提供了理论依据。对单弯螺杆防斜钻具组合分析表明：稳定器安放位置距钻头越远钻头侧向力越大；钻压对钻头侧向力影响不明显；弯角和肘点位置对
2、钻头侧向力有明显的影响，这对专用防斜螺杆钻具的设计改进提供了理论依据；复合钻进在井斜角较大时显示出大的侧向力。关键词：复合钻进；稳斜；纵横弯曲法；钻头侧向力Steady inclined properties of composite drillingAbstractThat the application of combined drilling technology in oil field can heighten drilling speed, control well trace, reduce the number of direction torsion and greatly
3、reduce drilling cost which accelerate the oil field developing speed.This paper analyzed the mechanism of well straightening and improving ROP as turnplate and screw drill rotate together, Using continuous beam theory, the mechanical model of BHA is established. Applying the model, the mechanical ch
4、aracteristics of BHA to control deviation are studied quantitatively. The main affect factors of BHA to control deviation are analyzed theoretically, which provides the theoretical ground for BHA optimization and the design of working parameters. The analysis of complex drilling indicates that durin
5、g the stable period, the longer the distance between the stabilizers and bit, the bigger the side force will be. Bit weight has little effect on bits side force. Angle and elbow position have much effect on bits side force, and that is the theoretic base for designing special PDM against well deviat
6、ion. complex drilling on well straightening shows bigger the side force in big deviation angle. Key words: complex drilling; hold angle; continuous beam theory; the lateral force目 录摘 要IABSTRACTII目 录III第1章 前 言11.1 问题的提出11.2 国内外研究现状11.2.1 井眼轨迹控制理论11.2.2 下部钻具组合力学方法研究31.3 井斜控制专用工具现状41.4 本文主要研究内容6第2章 复合钻
7、具控制井斜的机理82.1 影响井斜的原因82.1.1 地层及其各向异性82.1.2 钻柱弯曲引起的钻头侧向力92.1.3 钻头结构引起的各向异性102.2 复合钻具提高机械钻速的机理102.3 复合钻具控制井斜的机理12第3章 复合钻具组合控制井斜力学模型的建立153.1 基本假设和力学模型2，10，13-18153.1.1 均布载荷和弯矩同时作用下的力学模型163.1.2 集中载荷作用下的力学模型193.2 纵横弯曲连续梁理论中的迭加原理和连续条件223.3 初始结构弯角的等效处理233.4 单弯单稳螺杆钻具组合受力与变形分析243.4.1 一维分析243.4.2 二维分析27第4章 影响单
8、弯螺杆控制井斜因素及油田实例304.1 单弯螺杆力学性能分析304.2 影响因素分析314.2.1 稳定器安放位置314.2.2 钻压324.2.3 弯角324.2.4 肘点位置334.2.5 转盘转速334.2.6 井斜角344.3 油田实例35结 论36参考文献37致 谢39IV辽宁石油化工大学继续教育学院论文第1章 前 言1.1 问题的提出随着钻进技术的不断发展，自20世纪80年代以来，导向技术得到迅速发展。导向钻井技术的发展带动了大位移井，水平井和分支井钻井技术的实施，保证了以较低的钻井成本实现地质目的。导向钻井技术分为滑动导向和旋转导向两种方式。滑动导向技术存在许多弊端，长时间滑动钻
9、井会增加发生井下卡钻等事故的风险。旋转导向需要先进的、昂贵的、井下旋转导向工具，为此，国内出现了复合钻进技术。该技术使用滑动导向钻具，根据钻探要求，把滑动导向与旋转导向合理结合，达到导向目的。在常规定向井、水平井钻井钻进过程中，通常因改换钻具组合而频繁起下钻，从而严重影响了钻进时效和其他先进工艺的实施。复合钻井技术在提高钻头机械钻速的同时，可以减少钻井过程中的起下钻次数，提高钻井时效。配合高效PDC钻头等先进工具可实现一套钻具组合一趟完成绕障、定向、增斜、稳斜中靶钻井施工，从而缩短钻井周期。复合钻进技术已在国外广泛使用，取得了很好的经济效益。本文的重点研究目标是如何使用单弯螺杆钻具配合PDC钻
10、头在实现更有效的稳斜控制情况下提高钻井速度。1.2 国内外研究现状1.2.1 井眼轨迹控制理论井眼轨迹控制问题，是钻井工程的基本问题之一，在国内外受到普遍重视。关于井眼轨道控制问题的研究，迄今已有四十多年的发展历史。在这个历史过程中，国内外有关专家和学者从钻柱力学、钻头与地层相互作用及井眼轨迹预测方法等方面做了大量的研究工作，取得了许多科研成果，从而使井眼轨迹控制理论和技术不断得到发展和完善。在50年代和60年目标。进入70年代后，随着定向井的发展，研究的重心开始移向定向井井眼轨迹控制问题。在定向井井眼轨迹控制中，既要求对井斜角进行控制，又要求对井斜方位进行严格控制。因此，定向井轨迹控制问题，
11、是一个更为复杂的研究课题1-3。美国专家Lubinski先生是研究井斜控制理论的著名学者。他从定量分析直井中的钻柱屈曲问题入手（1950年），开创了钻柱力学研究的新局面。接着他与Woods先生合作，首次以定量关系发表了地层的各向异性钻井理论(后来，他们按地层的各向异性程度把地层造斜性分为21级)，并结合钻柱力学分析实现了对“平衡井斜角”的定量计算：他们还制定了解决井斜问题的实用图版，并提出使用稳定器控制井斜的有效方法。在井斜控制标准方面，Rollins认为在许多情况下苛求对井斜角的严格限制是不合算的，Lubinski也主张钻井设计师应充分利用地层的造斜特性，放宽对井斜叫的限制，以利解放钻压、提
12、高钻速和降低钻井成本，同时要求对井眼曲率（俗称“狗腿严重度”）作出严格限制，以防钻柱的疲劳破坏，并给出了最大井眼曲率的计算模式和实用图表。Hoch定量分析了一种“满眼”钻具组合（含有三个稳定器），得到的结论是:这种钻具组合可以消除井斜变化太快的问题，同时他还对使用的钻挺横向尺寸（外径）提出了定量限制。实践证明，尽管Hoch的理论分析有误，但是他对控制狗腿严重度的认识和对策是正确的。另外，还有其他人所进行的应用研究。应该指出，Lubinski等人的研究始终限于两维分析，这在定向井控制中不能占优势。Lubinski等人对井斜控制理论和技术的发展作出了重要贡献，他们的科研成果对我国钻井界的影响颇大。
13、 Shell公司的研究员，在Lubinski研究的基础上，也对井斜控制问题进行过许多研究。Murphy分析了光钻挺钻具组合的两维受力和变形，导出了预测这种简单钻具组合造斜率的计算模式。Mclamore和Bradley先后进行了单楔齿破岩(层状)实验，提出了“优先成屑地层理论”，他们还根据修正的Mohr-Coulomb破坏准则，建立了一个偏斜力公式，试图对井斜现象作出定量解释。Fisher采用有限差分法对平面弯曲井眼中的钻柱进行了两维静力大挠度分析，编制了相应的计算机分析程序。Bradley从钻柱力学、钻头结构特性及地层特性等方面进行了系统论述，试图帮助钻井工作者较全面的认识影响井斜的重要因素。
14、他还定量分析和阐述了在井斜控制中使用大重度高弹性模量（如金属钨等）钻挺的优点。Bradley等人的研究也仅限于两维分析。 Walker首先应用最小势能原理对常规下部钻具组合进行了两维分析，继而与Friedman合作建立了钻柱静力小变形的三维控制方程，并应用变分法在计算机上对控制方程进行了近似求解。Walker把钻柱三维分析程序应用与下部钻具组合设计，从而提高了钻速，降低了钻井成本。他还对影响井斜变化和方位漂移的因素进行了概括性论述。Walker的主要贡献是在钻柱力学研究方面。 在井眼轨迹控制理论和技术研究方面，英国专家Brown等人、法国专家Amara等人，也都做了一些有益的研究工作。当然，我
15、们还可以发现国外其他一些研究人员所做的工作，如Birades等人的研究结果。 在国内，井眼控制理论和技术的研究起步较晚。刚进入80年代时的水平还相当低，理论研究工作是从唐俊才等人修改“霍奇公式”开始的。接着便是以白家祉为代表的一批专家和学者，在80年代作出了巨大努力，取得了许多可喜的研究成果，为井眼轨迹控制理论和技术在国内的大发展作出了重大贡献。白家祉等人应用三弯矩方程分析下部钻具组合的受力和变形，并在Lubinski的地层各向异性钻井理论的基础上，提出了一个地层力公式；杨勋尧以主要解决井斜控制技术问题为目标，通过求解简单的力学模型，提出了设计下部钻具组合的实用方法，他为了表达地层各向异性对井斜的影响，也提出了一个地层造斜力公式；国内其他专家和学者的研究，从不同方面促进了井眼轨迹控制理论和技术的发展，这里就不作详细介绍了。1.2.2 下部钻具组合力学方法研究下部钻具组合力学分析是井眼轨道控制理论的基础和重要组成部分，也是优化下部钻具组合结构设计和选择钻井工艺参数的理论依据。从50年代初Lubinski用受纵横载荷联合作用的弹性梁模型求解下部钻具组合受力与变形问题以来，这一问题的研究一直受到国内外的重视，并取得了重大进展，研究成果使钻井工艺逐步发展成为一门建立在理论分析基础上的科学。其具有代表性的
