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1、BHABHA导向力计算分析导向力计算分析 上海大学上海大学 石油工程技术研究中心石油工程技术研究中心1 1、BHABHA三维力学分析模型研究三维力学分析模型研究三维力学分析模型研究三维力学分析模型研究方法：三维小挠度模型的加权余量解法方法：三维小挠度模型的加权余量解法方法：三维小挠度模型的加权余量解法方法：三维小挠度模型的加权余量解法优点：计算速度快，计算精度高，是计算力学中针对一些特殊问题优点：计算速度快，计算精度高，是计算力学中针对一些特殊问题优点：计算速度快，计算精度高，是计算力学中针对一些特殊问题优点：计算速度快，计算精度高，是计算力学中针对一些特殊问题提出的一种新型解法，目前发展很快
2、。提出的一种新型解法，目前发展很快。提出的一种新型解法，目前发展很快。提出的一种新型解法，目前发展很快。假设：针对本项目的特点，我们共作了假设：针对本项目的特点，我们共作了假设：针对本项目的特点，我们共作了假设：针对本项目的特点，我们共作了13131313条假设。条假设。条假设。条假设。 对于位移法旋转导向系统，共有对于位移法旋转导向系统，共有对于位移法旋转导向系统，共有对于位移法旋转导向系统，共有14141414条假设。条假设。条假设。条假设。模型：三维小挠度模型；模型：三维小挠度模型；模型：三维小挠度模型；模型：三维小挠度模型； 弯曲平面倾角模型；弯曲平面倾角模型；弯曲平面倾角模型；弯曲平
3、面倾角模型； 复合钻井导向力计算模型；复合钻井导向力计算模型；复合钻井导向力计算模型；复合钻井导向力计算模型； 平衡侧向力法导向能力预测模型。平衡侧向力法导向能力预测模型。平衡侧向力法导向能力预测模型。平衡侧向力法导向能力预测模型。1）、坐标系：）、坐标系：1、三维力学模型：、三维力学模型：1 BHA1 BHA1 BHA1 BHA三维三维三维三维静力学静力学静力学静力学模型模型模型模型带双稳定器的带双稳定器的BHA控制方程控制方程边界条件：边界条件： 2 2） 稳定器处稳定器处 3 3）弯角处）弯角处4 4）切点位置）切点位置 利用动力学仿真结果来确定。利用动力学仿真结果来确定。20井斜角时4
4、5井斜角时0井斜角时 方程简化：方程简化： ， 试函数选择：试函数选择：钻头侧向力加权余量解钻头侧向力加权余量解钻头侧向力钻头侧向力钻头侧向力计算模型钻头侧向力计算模型弯曲平面示意图：弯曲平面示意图： 2 2 弯曲平面倾角模型：弯曲平面倾角模型：弯曲平面倾角：弯曲平面倾角：井眼高边方向顺时针转到井眼弯曲方向的夹角，井眼高边方向顺时针转到井眼弯曲方向的夹角， 变化范围为变化范围为0 0360360，计算模型：，计算模型： 方向判定矢量：方向判定矢量： 法法线线矢矢量量与与井井眼眼高高边边方方向向矢量间的夹角矢量间的夹角 ： 方向判定系数方向判定系数 ： 2 2 弯曲平面倾角模型：弯曲平面倾角模型
5、：3 3 3 3 复合钻井复合钻井复合钻井复合钻井BHABHABHABHA三维三维三维三维准动力学准动力学准动力学准动力学模型模型模型模型其中：其中：4 4 导向能力平衡侧向力法计算模型导向能力平衡侧向力法计算模型平衡侧向力平衡侧向力: : - -稳斜钻具组合的理论侧向力稳斜钻具组合的理论侧向力 4 4 导向能力平衡侧向力法计算模型导向能力平衡侧向力法计算模型钻头上的有效增井斜力：钻头上的有效增井斜力： 4 4 导向能力平衡侧向力法计算模型导向能力平衡侧向力法计算模型建立有效增井斜力与井眼曲率的对应关系：建立有效增井斜力与井眼曲率的对应关系： 钻头上的有效增井斜力为钻头上的有效增井斜力为0时对
6、应的井眼曲率即为时对应的井眼曲率即为BHA的导向能力：的导向能力：举例：举例： 令：令：可得：可得：当：当： 时，时， 。当：当： 时，时， 。当：当： 时，时， 。5 5 5 5 复合钻井防斜打快钻具组合三维复合钻井防斜打快钻具组合三维复合钻井防斜打快钻具组合三维复合钻井防斜打快钻具组合三维动力学动力学动力学动力学模型模型模型模型钻铤形心涡动轨迹图钻铤形心涡动轨迹图钻铤形心涡动轨迹图钻铤形心涡动轨迹图 1.5度倾斜井眼度倾斜井眼复合钻井防斜打快钻具组合三维复合钻井防斜打快钻具组合三维复合钻井防斜打快钻具组合三维复合钻井防斜打快钻具组合三维动力学特性动力学特性动力学特性动力学特性动态侧向力相图
7、动态侧向力相图动态侧向力相图动态侧向力相图 6 防斜打快机理研究防斜打快机理研究准动力学机理准动力学机理在井斜角为在井斜角为11时：时：表表1 1、复合钻井防斜打快钻具组合侧向力、复合钻井防斜打快钻具组合侧向力 表表2 2：钟摆钻具侧向力：钟摆钻具侧向力( (偏心距偏心距=1mm)=1mm)( (偏心距偏心距=2mm)=2mm)由由于于涡涡动动，钻钻具具组组合合的的统统计计质质心心偏偏向向井井眼眼低低边边一一侧侧，引引起起钻钻头头对对井井壁的动态冲击力体现出降斜趋势。壁的动态冲击力体现出降斜趋势。7 防斜打快机理研究防斜打快机理研究动力学机理动力学机理序列序列稳定器稳定器1钻铤形心钻铤形心稳定
8、器稳定器2 综合结果综合结果1000降斜力降斜力20000增斜力增斜力400增斜力增斜力500降斜力降斜力6000降斜力降斜力实例实例1.43872.53912.5391 -0.9069-0.9069-6.7426-6.7426 SABHA-Steering Ability of BHASteering Ability of BHABHABHA导向力计算分析系统导向力计算分析系统8 软件结构软件结构SABHASABHASABHASABHA软件结构图软件结构图软件结构图软件结构图SABHASABHASABHASABHA计算流程图计算流程图计算流程图计算流程图1） 常规常规BHA导向力变化规律导向
9、力变化规律9 9 9 9 导向力变化规律导向力变化规律导向力变化规律导向力变化规律钻压影响钻压影响L L1 1影响影响L L2 2影响影响L L2 2影响影响近钻头稳定器间隙影响近钻头稳定器间隙影响近钻头稳定器间隙影响近钻头稳定器间隙影响第二稳定器间隙影响第二稳定器间隙影响第二稳定器间隙影响第二稳定器间隙影响弯曲平面倾角影响弯曲平面倾角影响弯曲平面倾角影响弯曲平面倾角影响弯曲平面倾角影响弯曲平面倾角影响弯曲平面倾角影响弯曲平面倾角影响井斜角影响井斜角影响井斜角影响井斜角影响井眼曲率影响井眼曲率影响井眼曲率影响井眼曲率影响2） 复合钻井复合钻井BHA导向力变化规律导向力变化规律合合导向力计算结果
10、：导向力计算结果：井斜角影响井斜角影响井斜角影响井斜角影响井眼曲率影响井眼曲率影响井眼曲率影响井眼曲率影响弯曲平面倾角影响弯曲平面倾角影响弯曲平面倾角影响弯曲平面倾角影响L L L L1 1 1 1影响影响影响影响导向力随导向力随 L2 L2 的变化规律的变化规律近近钻头稳钻头稳定器偏心距定器偏心距的影响的影响远远钻头稳定器偏心距钻头稳定器偏心距的影响的影响导向力随导向力随 W W 的变化规律的变化规律3） 常用复合钻井防斜打快常用复合钻井防斜打快BHA导向力特征导向力特征444.5mm444.5mm444.5mm444.5mm双稳定器复合钻井防斜打快组合双稳定器复合钻井防斜打快组合双稳定器复
11、合钻井防斜打快组合双稳定器复合钻井防斜打快组合444.5mm444.5mm444.5mm444.5mm三稳定器复合钻井防斜打快组合三稳定器复合钻井防斜打快组合三稳定器复合钻井防斜打快组合三稳定器复合钻井防斜打快组合311.2mm311.2mm311.2mm311.2mm双稳定器复合钻井防斜打快组合双稳定器复合钻井防斜打快组合双稳定器复合钻井防斜打快组合双稳定器复合钻井防斜打快组合311.2mm311.2mm311.2mm311.2mm三稳定器复合钻井防斜打快组合三稳定器复合钻井防斜打快组合三稳定器复合钻井防斜打快组合三稳定器复合钻井防斜打快组合251mm251mm251mm251mm双稳定器复
12、合钻井防斜打快组合双稳定器复合钻井防斜打快组合双稳定器复合钻井防斜打快组合双稳定器复合钻井防斜打快组合251mm251mm251mm251mm三稳定器复合钻井防斜打快组合三稳定器复合钻井防斜打快组合三稳定器复合钻井防斜打快组合三稳定器复合钻井防斜打快组合215.9mm215.9mm215.9mm215.9mm双稳定器复合钻井防斜打快组合双稳定器复合钻井防斜打快组合双稳定器复合钻井防斜打快组合双稳定器复合钻井防斜打快组合215.9mm215.9mm215.9mm215.9mm三稳定器复合钻井防斜打快组合三稳定器复合钻井防斜打快组合三稳定器复合钻井防斜打快组合三稳定器复合钻井防斜打快组合4） 软件
13、功能介绍软件功能介绍主界面主界面主界面主界面控制界面控制界面控制界面控制界面参数输入界面参数输入界面参数输入界面参数输入界面结构参数结构参数结构参数结构参数参数输入参数输入参数输入参数输入井身结构参数与施工参数井身结构参数与施工参数井身结构参数与施工参数井身结构参数与施工参数钻头侧向力计算结果钻头侧向力计算结果钻头侧向力计算结果钻头侧向力计算结果参数影响规律参数影响规律参数影响规律参数影响规律钻压钻压钻压钻压参数影响规律参数影响规律参数影响规律参数影响规律钻压钻压钻压钻压-造斜力造斜力造斜力造斜力参数影响规律参数影响规律参数影响规律参数影响规律钻压钻压钻压钻压-方位力方位力方位力方位力 参数影
14、响规律参数影响规律参数影响规律参数影响规律井眼曲率井眼曲率井眼曲率井眼曲率参数影响规律参数影响规律参数影响规律参数影响规律弯曲平面倾角弯曲平面倾角弯曲平面倾角弯曲平面倾角参数影响规律参数影响规律参数影响规律参数影响规律近钻头稳定器位置近钻头稳定器位置近钻头稳定器位置近钻头稳定器位置参数影响规律参数影响规律参数影响规律参数影响规律稳定器之间距离稳定器之间距离稳定器之间距离稳定器之间距离参数影响规律参数影响规律参数影响规律参数影响规律近钻头稳定器外径近钻头稳定器外径近钻头稳定器外径近钻头稳定器外径参数影响规律参数影响规律参数影响规律参数影响规律上稳定器外径上稳定器外径上稳定器外径上稳定器外径参数影
15、响规律参数影响规律参数影响规律参数影响规律井斜角井斜角井斜角井斜角参数优化参数优化参数优化参数优化复合钻井导向力计算复合钻井导向力计算复合钻井导向力计算复合钻井导向力计算参数影响参数影响参数影响参数影响复合钻井导向力复合钻井导向力复合钻井导向力复合钻井导向力参数优化参数优化参数优化参数优化复合钻井导向力复合钻井导向力复合钻井导向力复合钻井导向力4 4） 常规常规常规常规BHABHA导向能力预测导向能力预测导向能力预测导向能力预测导向钻具组合滑动导向能力预测导向钻具组合滑动导向能力预测导向钻具组合滑动导向能力预测导向钻具组合滑动导向能力预测复合钻井平衡侧向力计算复合钻井平衡侧向力计算复合钻井平衡侧向力计算复合钻井平衡侧向力计算 谢谢各位专家谢谢各位专家
