水平段随钻扩眼钻具系统非线性振动特性研究

来源 :西南石油大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangqingj
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随着油气资源品质劣化、油气目标复杂化等问题的不断加深,油气资源的勘探开发将向深层发展;水平井技术作为油气开采的重要钻井技术之一,对增储上产起到重要作用,因此未来深层水平井钻井技术会得到更加广泛的应用和发展。随钻扩眼技术采用将扩眼器连接到常规井下钻具组合中的方式,实现了钻扩同步,有效解决了深部小井眼存在的缩径、卡钻、地层压漏和套管挤毁等问题。但扩眼器在切削井壁的过程中易引发钻具的剧烈振动,导致扩眼刀翼磨损,甚至过早失效,严重制约了深层油气资源的开采。为揭示随钻扩眼钻具系统在水平段钻进时的力学特性和运动规律,降低扩眼器的振动强度,同时提高随钻扩眼速度和井眼质量,本文基于钻柱动力学、弹塑性力学、岩石力学,采用数值计算的方法,分析研究了水平段随钻扩眼钻具系统的纵横扭三向振动特性,以及钻具组合和钻井参数对其振动特性的影响规律。论文的主要工作内容概括如下:(1)广泛调研国内外随钻扩眼技术的发展及其动力学研究现状,并在此基础上确定了本文的研究内容和研究方法。(2)基于实际工艺、工况,综合考虑钻柱与井壁的接触、钻头和扩眼器与岩石的互作用、钻头与主扩眼器以及近钻头扩眼器的互作用等因素的耦合影响,建立水平段随钻扩眼钻具系统的数值模型,通过对比相同工况和钻具组合下的仿真与实钻结果,验证模型的可靠性。(3)研究水平段随钻扩眼钻具系统的振动特性,横向对比纵横扭三向振动的强度以确定导致扩眼器失效的主要原因;对比相同钻压转速下单、双随钻扩眼钻具系统的振动特性,分析二者的差异。(4)以领眼钻头与主扩眼器的间距、稳定器的连接位置和钻井参数为研究对象,分析水平段单、双随钻扩眼钻具系统的振动强度、钻进速度和井眼质量的变化规律。本文的研究结果为水平段随钻扩眼技术的推广奠定理论基础,有助于科研工作者和现场工作人员深入认识随钻扩眼技术在水平井段的应用,为随钻扩眼钻具组合的设计以及钻井参数的选择提供理论指导。
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