单钟摆钻具组合受高钻压作用的力学特性分析
钻井工程中影响机械钻速的因素分析及应对措施
248近年来，随着全球经济的快速发展，各个国家争先发展石油、天然气等资源，石油企业在国家经济发展中占据着重要地位。
在油气的勘探过程中，钻井是油气勘探的重要环节，但钻井工程危险系数高、难度大，而且机械钻速直接影响着钻井工程的进度。
为了获得很多的经济效益，减少在钻井过程中出现问题，必须对影响机械钻速的因素进行研究、分析，找出合理的解决措施，才能促进经济的增长，才能加快钻井工程的进度，按时完成任务。
因此，本文对分析钻井工程中影响机械钻速的因素是很有必要的。
1 影响机械钻速的因素1.1 地层构造的影响目前，在石油资源的勘探过程中，地质条件对钻井工程机械钻速的影响是非常大的，石油资源是一种不可再生资源，是在漫长的历史进程中形成的，是在地层的岩石底下形成的。
所以，岩石的坚硬程度对机械钻速有很大影响。
一方面，如果油田是深层油田的话，地层岩石较厚而且坚硬，开采难度相对较大，影响机械钻速，影响整个钻井工程的进度。
例如，塔里木油田的地质层较厚，油田埋藏较深，多为山地环境，给钻井工程造成很大的困难，严重影响了机械钻速的进程，而且在钻井的过程中井漏、卡钻的现象时常发展。
另一方面，对于埋藏较浅的油田，经过长时间的开采，油田容易出现亏空现象，也容易造成卡钻、井漏现象，影响机械钻速的发展，给钻井工程造成很大难度。
所以，地层构造对钻井工程机械钻速的影响是非常大的，在油气勘探的过程中必须引起相关人员的重视，以致发生不必要的后果，造成人员的伤亡，影响企业的发展。
1.2 钻井液的影响众所周知，大功率的机械在做功的时候会有润滑油，起到保护机器，减少摩擦，帮助冷却的作用，在油气勘探钻井过程中也不例外。
目前，在钻井过程中用到的钻井液主要有润滑性、流变性等因素，旨在提高钻井过程中机械钻速，提高效率，增加产量。
钻井液中所含的因素对机械钻速的影响非常大，例如，钻井液中固相含量越高，机械钻速就会越低，反之亦然。
所以，在钻井的时候，一定要掌握好钻井液中各成分的含量，以免对机械钻速产生影响。
中国石油大学钻井工程复习题终极版答案
一、名词解释1、岩心收获率：在取心钻井过程中，实际取出岩心的长度与本次取心钻进进尺的百分比。
2、装置角：在井底平面上，以高边方向线为始边，顺时针旋转到装置方向线所转过的角度。
3、拉力余量法：在钻柱设计过程中，考虑钻柱被卡时的上提解卡力，钻杆柱的最大允许静拉力应小于其最大安全拉伸力的一定值（拉力余量）的设计方法。
4、压持效应:在钻井过程中，井内存在一定压差，在压差作用下井底的岩石碎屑难以离开井底，造成钻头重复破碎而导致钻进效率下降的现象。
5、窜槽：指在注水泥过程中，由于水泥浆不能将环空中的钻井液完全替走，使环形空间局部出现未被水泥浆封固的现象。
6、门限钻压：指钻头牙齿刚刚吃入岩石时的钻压，其值的大小主要取决于岩石的性质。
7、上覆岩层压力：指该层以上岩石基质和岩石孔隙内流体的总重力造成的压力。
8、先期裸眼完井：钻至油气层上部下套管固井，然后钻开生产层的完井方法。
9、水泥稠化时间：指水泥浆从配置开始到其稠度达到其规定值（API规定水泥浆稠度达100BC）所用的时间。
10、钻柱中和点：指钻柱上轴向力为零的点。
11、岩屑运载比：岩屑在环空的实际上返速度与钻井液在环空上返速度之比。
12、欠平衡压力钻井：指在钻井过程中保持井内钻井液柱压力小于地层压力的钻井技术。
13、岩石可钻性：岩石被钻头破碎的难易性，反映了岩石的抗钻能力。
14、水锁效应：钻井液中的水侵入油层，封锁孔喉，使油流阻力增大的效应。
15、井漏：钻井过程中钻井液或水泥浆漏入地层中的现象。
16、气窜17井斜角：指该点在井眼轴线上的切线与铅垂线之间的夹角。
18、牙齿磨损量：钻头牙齿磨损掉的高度与牙齿原始高度之比。
19、工具面：弯接头的轴线是一条折线，折线构成的平面称为弯接头的工具面。
20、地层破裂压力：在井下一定深度裸露的地层，承受流体压力的能力是有限的，当液体压力达到一定数值时会使地层破裂，这个液体压力叫地层破裂压力。
21、表观粘度：在某一流速梯度下，剪切应力与相应流速梯度的比值。
钻井判断题
1．随着岩石所受围压的增大，岩石表现为从塑性到脆性的转变。
（×）2．进入异常高压地层之后，岩石孔隙度减小，声波速度增大，声波时差减小。
（√）3．岩石强度随围压的增加而减小。
（×）4．复合钻杆柱是一种上部尺寸小，下部尺寸大的组合方式。
（×）5．牙轮钻头因切削齿可采用不同的材料和齿形，因而可适用于各种地层。
（√）6．机械钻速快的钻头可适用于浅井段。
（√）7．一般来说，用于软地层金刚石钻头齿高比用于硬地层的齿高要高。
（√）8．在软硬交错地层钻进时，一般应按较硬的岩石选择钻头类型。
(√)9．PDC钻头作为金刚石钻头的一种，主要适用于极硬地层。
（×）10．满眼钻具组合能起到防斜的作用。
(√)11．丝扣连接的条件是尺寸相等、扣型相同、公母扣相配。
（√）12．井眼轨道是指实钻井眼轴线形状。
(×)13．目前在油田使用的磁性测斜仪是以磁北极为基准。
（√）14．钟摆钻具组合多用于对井斜已经较大的井进行降斜。
（√）15．一般来说，平行于地层层面方向可钻性比垂直于层面方向可钻性高。
（√）16．一只钻头在钻进过程中，如果钻井液性能和排量都不变，泵压也不变。
(×) 1．牙轮钻头是一体式钻头，无活动件。
(×)2．进入异常高压地层之后，岩石孔隙度减小，声波速度增大，声波时差减小。
（√）3．气侵关井，环空内含有气体，所以立压大于套压。
(×)4．岩石强度随围压的增加而减小。
（×）5．可钻性级值越大，地层越难钻。
(√)6．复合钻杆柱是一种上部尺寸小，下部尺寸大的组合方式。
（×）7．目前在油田使用的磁性测斜仪是以磁北极为基准。
（√）8．牙轮钻头因切削齿可采用不同的材料和齿形，因而可适用于各种地层。
（√）9．所谓半软关井，是指发现井涌后，适当打开节流阀，再关防喷器。
（√）10．机械钻速快的钻头可适用于浅井段。
（√）11．钟摆钻具组合多用于对井斜已经较大的井进行降斜。
钻具的识别、组成及组合
目录
• 钻具的识别 • 钻具的组成 • 钻具的组合 • 钻具的选择与使用 • 钻具的发展趋势
01
钻具的识别
钻具的种类
钻头
01
根据地层和钻井需求选择不同类型的钻头，如刮刀钻头、牙轮
钻头和金刚石钻头等。
钻柱
02
包括钻杆、钻铤和钻杆扶正器等，用于传递扭矩和承受钻压。
井口工具
03
钻杆的维护和保养对于保证钻 井安全和提高钻井效率具有重 要意义。
钻铤
钻铤是用于增加钻柱刚性和提供一定重量的工具，通常 由厚壁钢管制成。
在深井和超深井钻井中，钻铤的使用更加重要，可以提 高钻柱的整体刚性和稳定性。
钻铤的重量和尺寸根据实际需要选择，其表面通常经过 防腐处理。
在使用过程中，应定期检查钻铤的磨损和腐蚀情况，及 时更换损坏的钻铤。
使用前应对钻具进行质量检查，包括外观、尺寸和性能等方 面的检测，以确保其符合标准和要求。
02
钻具的组成
钻头
钻头是钻具中最重要的组成 部分，负责破碎岩石，形成
井眼。
1
钻头有多种类型，如刮刀钻 头、牙轮钻头和金刚石钻头 等，根据地层特性和钻井要
求选择合适的钻头。
钻头的质量和性能直接影响 到钻井效率、钻井成本和井 身质量。
对钻具进行清洗、润滑、 保养和维修，延长其使
用寿命。
合理存放钻具，避免潮 湿、腐蚀和碰撞，保持
其性能稳定。
05
钻具的发展趋势
高强度钻具的发展
高强度钻具能够承受更高的钻压和扭矩，提高钻井效率，减少钻具磨损和损坏。
高强度钻具的发展主要依赖于材料科学的进步，如高强度钢材、合金钢等材料的研 发和应用。
高强度钻具的应用范围不断扩大，不仅用于石油和天然气钻井，还可用于地热井、 水井等领域的钻井作业。
钻具的受力分析
五、水平井钻具的受力分析水平井钻具的受力分析是一个比较复杂的力学问题，在水平井摩阻与扭矩分析和计算的基础上，我们可以定性的分析在一定井眼条件和一定钻井参数情况下，不同钻具组合对井眼轨迹控制的能力。
钻柱与井壁产生的摩阻和扭矩, 用滑动摩擦理论计算如下:Ｆ ＝μ×ＮＴr ＝μ×Ｎ×Ｒ式中:Ｆ 一 摩擦力μ 一 摩擦系数Ｎ 一 钻柱和井壁间的正压力Ｒ 一 钻柱的半径Ｔr 一 摩擦扭矩从上式可以看出，μ 和 N 是未知数，通过大量现场数据的回归计算求出：μ＝0.21（钻柱与套管）μ＝0.28～0.3（钻柱与裸眼）同时我们对正压力也进行了分析和计算。
1、 正压力大小的计算(1) 弯曲井眼内钻具重量和井眼曲率引起的正压力Ｎ1现有的摩阻和扭矩计算模式是根据"软绳"假设建立起来的，即钻具的刚度相对于井眼曲率可忽略不计．设一弯曲井眼上钻柱单位长度的重量为Ｗ，两端的平均井斜角为Ｉ，两端的平均方位角为 A 。
如果假定Ｙ轴在垂直平面内,•Ｘ轴在侧向平面内,把Ｎ1沿Ｘ和Ｙ轴分解,则: Ｎ1y=Ｔ×sin Ｉ + Ｗ×sin ＩＮ1x=Ｔ×sin Ａ×sin Ｉ(2) 钻柱弯曲产生的弯曲正压力Ｎ2钻柱通过弯曲井段时,由于钻柱的刚性和钻柱的弯曲,便产生了一种附加的正压力Ｎ2。
如图所示:Ｒ ＝ 18000/Ｋ/pi (m)Ｌ ＝ Ｒ×2×ΦΦ ＝ 2×Ｌ/ＲＬ1 ＝ 2×Ｒ×sin Φ (m)根据力学原理:Ｍ ＝ Ｅ×Ｉm ×Ｋ/18000*piＭ ＝ Ｎ2×(Ｌ1/2)-Ｔ×Ｌ1×sin Φ则有:Ｎ2 ＝ 2×Ｔ×sin Φ +2×Ｅ×Ｉm ×Ｋ/1719×Ｌ1这里:Ｋ － 井眼曲率 (°/100米)Ｌ － 井段长度 (米)Ｌ1 － Ｌ的直线长度 (米)IA T SINi w I T N sin sin )sin (1⨯⨯+⨯+⨯=Ｎ2 －附加正压力 (KN)Ｅ－弹性模量 (KN/m)Ｉm －截面惯性矩 (m^4)2、摩擦系数的确定在设计一口水平井时,我们可以利用邻井摩擦系数来预算摩阻和扭矩。
玉果区块钟摆钻具组合降斜性能分析及优化
式 中： Ｆ 厂
钻头侧 向力 ， ｋ Ｎ （ 这里规定Ｆ ｚ ＞ Ｏ 时为增斜
大， 降斜力迅速增加 。 ② 随着稳定器上移 ， 钻头侧 向力逐渐增大 ， 当稳定 器移至 Ｌ ＝ １ ５ ｍ时 ， 降斜 力达到最大值 ， 此时第一跨梁 将 于井 壁 产 生 新 的接触 点 。稳 定 器 继 续 上移 ， 则 因出
井 眼直 径 ， ｍｍ；
—
—
对于钻具组合的使用效果 的评价通常用钻头侧向 力 指标来进行 。求取钻头侧 向力 的方法较多 ， 主要有 能量法 、 有限元法 、 差分法和纵横弯曲梁法等 。由于纵 横弯 曲梁法具有求解精度高 、 运算速度快 、 便于在现场 推 广和普及等优点 ， 因此本文采取纵横弯 曲梁法求解
钻 头侧 向力 Ⅲ 。
力， ＜ ０ 时为降斜力） ； ｖ ——第一个稳定器中心点的纵坐标 ； 第 一跨钻 柱 在钻井 液 中 的线 重量 ， Ｎ／ ｃ ｍ；
— —
Ｍ — —第 一个 稳定 器处 的 内弯矩 ， Ｎ・ ｃ ｍ；
Ｌ ——第一跨钻柱的长度 ， ｍ；
ｅ ｌ — —第 一稳 定 器与井 眼 的间 隙 ， ｍｍ；
￥收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ９ — ０ ２ 修回 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ９ —１ １
第一作 者简介 ： 朱亮（ １ ９ ８ ０ 一 ） ， 男（ 汉族 ） ， 湖北荆 州人 ， 讲师 ， 现从事石油工程的教学与研究工作 。
３ ８
西部 探矿 工程
２ ０ １ ４ 年第 ２ 期
如下 特点 ：
根据纵横弯曲理论 ， 不论有多少个稳定器 ， 都可根 据静力平衡条件 ， 对第一个稳定器取力矩来确定钻头
侧 向力 。
钻具的受力分析
五、水平井钻具的受力分析水平井钻具的受力分析是一个比较复杂的力学问题，在水平井摩阻与扭矩分析和计算的基础上，我们可以定性的分析在一定井眼条件和一定钻井参数情况下，不同钻具组合对井眼轨迹控制的能力。
钻柱与井壁产生的摩阻和扭矩, 用滑动摩擦理论计算如下:Ｆ ＝μ×ＮＴr ＝μ×Ｎ×Ｒ式中:Ｆ 一 摩擦力μ 一 摩擦系数Ｎ 一 钻柱和井壁间的正压力Ｒ 一 钻柱的半径Ｔr 一 摩擦扭矩从上式可以看出，μ 和 N 是未知数，通过大量现场数据的回归计算求出：μ＝0.21（钻柱与套管）μ＝0.28～0.3（钻柱与裸眼）同时我们对正压力也进行了分析和计算。
1、 正压力大小的计算(1) 弯曲井眼内钻具重量和井眼曲率引起的正压力Ｎ1现有的摩阻和扭矩计算模式是根据"软绳"假设建立起来的，即钻具的刚度相对于井眼曲率可忽略不计．设一弯曲井眼上钻柱单位长度的重量为Ｗ，两端的平均井斜角为Ｉ，两端的平均方位角为 A 。
如果假定Ｙ轴在垂直平面内,•Ｘ轴在侧向平面内,把Ｎ1沿Ｘ和Ｙ轴分解,则: Ｎ1y=Ｔ×sin Ｉ + Ｗ×sin ＩＮ1x=Ｔ×sin Ａ×sin Ｉ(2) 钻柱弯曲产生的弯曲正压力Ｎ2钻柱通过弯曲井段时,由于钻柱的刚性和钻柱的弯曲,便产生了一种附加的正压力Ｎ2。
如图所示:Ｒ ＝ 18000/Ｋ/pi (m)Ｌ ＝ Ｒ×2×ΦΦ ＝ 2×Ｌ/ＲＬ1 ＝ 2×Ｒ×sin Φ (m)根据力学原理:Ｍ ＝ Ｅ×Ｉm ×Ｋ/18000*piＭ ＝ Ｎ2×(Ｌ1/2)-Ｔ×Ｌ1×sin Φ则有:Ｎ2 ＝ 2×Ｔ×sin Φ +2×Ｅ×Ｉm ×Ｋ/1719×Ｌ1这里:Ｋ － 井眼曲率 (°/100米)Ｌ － 井段长度 (米)Ｌ1 － Ｌ的直线长度 (米)IA T SINi w I T N sin sin )sin (1⨯⨯+⨯+⨯=Ｎ2 －附加正压力 (KN)Ｅ－弹性模量 (KN/m)Ｉm －截面惯性矩 (m^4)2、摩擦系数的确定在设计一口水平井时,我们可以利用邻井摩擦系数来预算摩阻和扭矩。
钻井工程复习题终极版的答案
名词解释1、装置角：在井底平面上，以高边方向线为始边，顺时针旋转到装置方向线所转过的角度。
2、岩心收获率：在取心钻井过程中，实际取出岩心的长度与本次取心钻进进尺的百分比。
3、拉力余量法：在钻柱设计过程中，考虑钻柱被卡时的上提解卡力，钻杆柱的最大允许静拉力应小于其最大安全拉伸力的一定值（拉力余量）的设计方法。
4、压持效应:在钻井过程中，井内存在一定压差，在压差作用下井底的岩石碎屑难以离开井底，造成钻头重复破碎而导致钻进效率下降的现象。
5、窜槽：指在注水泥过程中，由于水泥浆不能将环空中的钻井液完全替走，使环形空间局部出现未被水泥浆封固的现象。
6、门限钻压：指钻头牙齿刚刚吃入岩石时的钻压，其值的大小主要取决于岩石的性质。
7、上覆岩层压力：指该层以上岩石基质和岩石孔隙内流体的总重力造成的压力。
8、先期裸眼完井：钻至油气层上部下套管固井，然后钻开生产层的完井方法。
9、水泥稠化时间：指水泥浆从配置开始到其稠度达到其规定值（API规定水泥浆稠度达100BC）所用的时间。
10、钻柱中和点：指钻柱上轴向力为零的点。
11、岩屑运载比：岩屑在环空的实际上返速度与钻井液在环空上返速度之比。
12、欠平衡压力钻井：指在钻井过程中保持井内钻井液柱压力小于地层压力的钻井技术。
13、岩石可钻性：岩石被钻头破碎的难易性，反映了岩石的抗钻能力。
14、水锁效应：钻井液中的水侵入油层，封锁孔喉，使油流阻力增大的效应。
15、井漏：钻井过程中钻井液或水泥浆漏入地层中的现象。
16、气窜17井斜角：指该点在井眼轴线上的切线与铅垂线之间的夹角。
18、牙齿磨损量：钻头牙齿磨损掉的高度与牙齿原始高度之比。
19、工具面：弯接头的轴线是一条折线，折线构成的平面称为弯接头的工具面。
20、地层破裂压力：在井下一定深度裸露的地层，承受流体压力的能力是有限的，当液体压力达到一定数值时会使地层破裂，这个液体压力叫地层破裂压力。
21、表观粘度：在某一流速梯度下，剪切应力与相应流速梯度的比值。
煤矿工程孔中螺杆钻具组合力学特性分析及应用
煤矿工程孔中螺杆钻具组合力学特性分析及应用用螺杆钻具组合实施煤矿工程孔定向钻进时，钻头侧向力是其主要力学特性。
本论文在力学基本方程的基础上，分析了螺杆钻具组合的的受力状态，建立了适用于上弯式螺杆钻具组合和下弯式螺杆钻具组合的二维以及三维小挠度静力学
分析的力学模型和数学模型，并用加权残值法进行求解。
运用MATLAB语言进行编程计算，对影响侧向力的主要参数如钻压、钻孔曲率、顶角、弯接头角度、装置角、弯接头与钻头之间距离、螺杆钻具等效抗弯刚度以及弯点以上钻具抗弯刚度等作出了定量分析：对比分析了上弯式和下弯式螺杆钻具组合的造斜能力。
结合煤矿工程孔工程实际，把分析结论应用于指导工程孔定向钻进，收到了良好的效果；实测数据证明了理论分析的正确性。
本论文分析所得的螺杆钻具组合的主要力学特性结果，对煤矿工程孔定向钻进设计和施工具有一定的参考价值和指导意义。
钟摆钻具带偏轴钻具组合防斜技术试验研究
由式 （） １可知 ，侧 向离心力效应 的大小与偏轴接
头以下 的钻铤尺寸 、偏轴距 、转速有关 。
收 稿 日期 ：２ ｌ ０ ０—１ ２一ｌ 修 订 日期 ：２ １ —０ ７ ０ １ ５—１ ２ 作 者 简 介 ：刘 弛 、 Ｊ６ 一） ９ ３ ， 级 Ｉ 邮 ，从 小 蚪技 术 川 群
２ １ 年 ０１
天 然 气 技 术 与 经 济
Ｎａ ｕ ａ ｓＴ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｏ ｏ ｔｒ ｌ Ｇａ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ Ｅｃ ｎ ｍｙ
Ｖｏ． １ ５． Ｎ Ｏ ３ ．
Ｊ ｎ２ １ ｕ ．０ １
第５ ・ ３ 卷 第 期
ｄ ｉ ０ ３ ６ ｊｉ ｎ ２ ９ ｏ ：１ ． ９ ９／ ．ｓ ． ０ ５—１ ３ ． ０ １０ ． ０ ｓ １２２ １．３０ ７
（ ＝ Ｍ詈＋。 ｃ 一）（ （ ｃ ｔ ）－ ｓ ｇ ＿ ｎ １ ３ ）
（＝ｑ ） —
－
ｅ ｏ
一一 譬 １譬 等 （ 一）
（ ４）
图 ２ 偏 轴 钻 具 组 合 图
（ ＝警 一 ）
＝
（ ５ ）
（） ６
２１ 钻压 ． 偏 轴钻 具组 合 钻压 在 １０～１０ｋ ０ ５ Ｎ范 围 内钻 头 的 平均 侧 向力 变 化不 大 ，效 果较 好 ，如 图 ３ 。经试 验研 究 表 明 ，钟 摆 钻具 带 偏 轴 钻 具 组 合 钻 压 在 １０ ２ ０ ８ ０ ｋ Ｎ范 围 内钻 头 的平均 侧 向力 变化 不大 。
２ ６ ／ ａｕ ａ Ｇ ｓ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｎ ｃ ｎ ｍ Ｎ ｔｒｌ ａ ｃ ｎ ｌ ｄＥ ｏ ｏ ｙ Ｔ ｇ ａ
力学在油气井工程中的应用
145油气井工程是围绕油气井的设计、建设、测量、使用与维护而进行的工程。
在油井生产过程中，管柱是必不可少工具，包括钻柱、套管柱、测试管柱、生产管柱及连续油管、膨胀管等，其力学行为十分复杂，很难从一般的力学知识中直接找到答案，必须给出实际工程的约束条件进行专门研究。
所谓油气井管柱力学，就是建立管柱的力学模型，然后建立相应的数学模型，再施加约束条件求解相关参数，为后续的工程施工提供理论支撑。
1 研究方法油气井管柱力学的理论研究主要有微分方程法、纵横弯曲法、能量法和有限单元法。
具体步骤包括以下几点：分离、简化、力学模型、数学模型求解、计算、验证、得出结论。
分离，将待研究的系统与周围环境分离开单独研究它的受力情况。
简化，将管柱受到的多个力进行合成。
简化可以将复杂的物体抽象为简单的结构，简化时要根据要求解的对象保留主要影响因素，忽略次要影响因素，使后续的力学模型物理意义明确。
力学模型，将简化结果用力学模型明确表达出来，一般用示意图表示，外加文字解释。
数学模型，只有将力学模型转化成数学模型，才能用数学手段进行分析。
数学模型包含偏微分方程和外载约束条件。
求解，通过最有效的方法求解数学模型。
简单的数学模型可以通过解析解求出，而复杂的数学模型就需要通过数值分析方法来求出数值解。
2 油气井管柱摩阻和扭矩对于全井段二维定向井，解析解通常可以很好的适用。
但是对于三维定向井要考虑到它的井斜和方位的变化，很难求出解析解。
针对这个问题，可以用有限差分法对二维模型求数值解。
二维井模型：F ：油气井管柱受到的轴向力；N ：井壁受到的反力；µ：滑动摩擦系数；N ：接触面的法向力；对于三维定向井，将上面的公式用向前有限差分公式代替，可得从下往上的计算公式：经过有限差分处理以后，油气井管柱摩阻计算模型变成为袋鼠方程式，有利于编程计算，只要做适度调整满足误差即可。
3 下部钻具组合动静态分析3.1 BHA静力学防斜原理目前，国内外常用的是钟摆钻具组合和满眼钻具组合。
钻井工程理论与技术(第二版)课后题简答题答案
第一章钻井的工程地质条件1.简述地下各种压力的基本概念及上覆岩层压力、地层孔隙压力和基岩应力三者之间的关系。
答：静液压力：是由液柱自身的重力所引起的压力，它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。
地应力：钻井工程施工之前存在于地下某点的应力状态为原地应力状态。
地层孔隙压力：岩石孔隙中流体所具有的压力。
也称地层压力。
上覆岩层压力：是指由上覆岩层重力产生的铅垂方向的地应力分量。
该处以上地层岩石基质和岩石孔隙中流体的总重力所产生的压力。
基岩应力：是指由岩石颗粒间相互接触支撑的那一部分上覆岩层压力。
也称有效上覆岩层压力或骨架应力。
地层破裂压力：地层某深度处的井壁产生拉伸破坏时的应力地层坍塌压力：地层某深度处的井壁产生剪切破坏时的应力上覆岩层的重力是由岩石基质（基岩）和岩石孔隙中的流体共同承担的，即上覆岩层压力是地层压力与基岩应力的和2、简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理。
答：在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就被破坏。
如果沉积速度很快，岩石颗粒就没有足够的时间去排列，孔隙内流体的排出受到限制，基岩无法增加它的颗粒与颗粒之间的压力。
由于上覆岩层继续沉积，负荷增加，而下面基岩的支撑能力没有增加，孔隙中的流体必然开始部分地支撑本来应由岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力，从而导致了异常高压。
3、简述在正常压实的地层中岩石的密度、强度、孔隙度、声波时差和dc指数随井深变化的规律。
答：所以随井深的增加，地层中岩石密度逐渐变大，而岩石的孔隙度变小。
随着井深的增加，岩石的强度增大。
在正常地层压力井段，随着井深增加，岩石的孔隙度减小，声波速度增大，声波时差减小。
在正常地层压力情况下，机械钻速随井深增加而减小，d指数随井深增加而增大。
所以dc指数也随井深的增加而增大。
4、解释地层破裂压力的概念，怎样根据液压实验曲线确定地层破裂压力。
答：在井下一定深度的裸露地层，承受流体压力的能力是有限的，当液体压力达到一定数值时会使地层破裂，这个液体压力称为地层破裂压力。
钟摆钻具组合的防斜原理及使用特点
钟摆钻具组合的防斜原理及使用特点下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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钟摆钻具的纠斜原理及使用特点
钟摆钻具的纠斜原理及使用特点
钟摆钻具是一种常用的地下钻探设备，它的纠斜原理是利用重力和惯性力的平衡来纠正钻杆的倾斜，保持钻杆垂直下降。
具体来说，钟摆钻具上部设有一个旋转体，其下部通过悬挂系统与钻杆相连接，形成一个摆针形态。
当钻杆倾斜时，重力会使下部悬挂系统发生倾斜，这会引起旋转体与悬挂系统之间产生一个水平力矩。
然后，旋转体会根据这个水平力矩产生一个与倾斜幅度相等但方向相反的惯性力矩，从而将悬挂系统纠正回垂直状态。
钟摆钻具的使用特点如下：
1. 自动纠斜：钟摆钻具具有自动纠斜功能，可以快速有效地纠正钻杆的倾斜，使钻探过程更加稳定和准确。
2. 操作简便：钟摆钻具采用机电液一体化设计，操作相对简便，能够方便地控制和调节钻探过程。
3. 适用范围广：钟摆钻具适用于各种地质条件和地层，能够进行深孔、大直径的钻探工作。
4. 高效节能：钟摆钻具通过纠正钻杆的倾斜，减少了不必要的偏心力和摩擦阻力，提高了钻探效率，并且能够节约能源。
总的来说，钟摆钻具通过重力和惯性力的平衡来纠正钻杆的倾
斜，具有自动纠斜、操作简便、适用范围广和高效节能等特点，是一种常用的地下钻探设备。
气体钻井钟摆钻具组合的有限元分析法_唐波
第36卷第6期2008年11月 石 油 钻 探 技 术P ET RO L EUM D RIL LI NG T ECHN IQ U ES Vo l.36,N o.6N ov.,2008收稿日期:2008-04-18;改回日期:2008-06-05基金项目:国家高技术研究发展计划(“863”计划)项目“超深井钻井技术研究”(编号:2006AA06A109)、中国石化“十条龙”科攻关项目“南方复杂深井钻井关键技术研究”(编号:JP06006)及胜利博士后项目“气体钻井井斜机理研究”联合资助作者简介:唐波(1973-),男,四川安岳人,1997年毕业于西南石油学院机械制造专业,2006年获西南石油大学油气井专业博士学位,工程师,从事钻井工艺、钻柱力学方面的研究工作。
联系电话:(0546)8797403“863”计划专栏气体钻井钟摆钻具组合的有限元分析法唐 波1,2 赵金海2 王敏生2 闫振来2(1.胜利油田博士后科研工作站,山东东营 257000;2.胜利石油管理局钻井工艺研究院,山东东营 257017)摘 要:在现行的钟摆钻具设计过程中,将第一个稳定器及其以下钻铤简化为简支梁进行计算。
常规钻井液钻井时,钻压常远远大于稳定器以下钻铤浮重,忽略钻柱自身重力对轴向力的影响;而气体钻井时,钻压小,钻铤浮重大,此时钻铤自身重力的影响不得不考虑。
以管单元模拟钻具的物理及几何特性,以间隙单元模拟钻具与井壁接触,采用有限元法,对气体钻井过程中下部钻具组合受力及变形进行了动态数值模拟,对单稳定器及双稳定器钟摆钻具组合进行了分析。
该有限元模型不仅考虑了钻铤自身重力的影响,而且考虑了钻铤自转对其变形的影响,为钻柱力学分析提供了一种有效的手段,也为气体钻井防斜打直提供了理论依据。
关键词:气体钻井;钟摆钻具;钻具组合;有限元法中图分类号:T E242.6;T E921+.2 文献标识码:A 文章编号:1001-0890(2008)06-0020-051 问题的提出在钟摆钻具组合的设计中,稳定器安装位置的设计原则是[1]:单稳定器钟摆钻具组合主要是确定稳定器的安装高度(与钻头的间距),保证稳定器以下的钻铤在纵横弯曲载荷作用下产生弯曲变形,其最大挠度处在不与井壁接触的前提下,尽可能高地安装稳定器。
_单弯双稳_钻具组合的受力分析与现场应用
[收稿日期]2010 08 20[作者简介]游云武(1963 ),男,1983年西南石油学院毕业,工程硕士,高级工程师,现主要从事钻井技术研究和管理工作。
单弯双稳 钻具组合的受力分析与现场应用游云武(江汉石油管理局钻井工程公司,湖北潜江433121)[摘要]为了提高机械钻速,降低钻井综合成本,现场常使用 单弯双稳 钻具组合防斜打快。
利用纵横弯曲法对 单弯双稳 钻具组合进行了受力分析,研究了不同因素对 单弯双稳 钻具组合钻头侧向力的影响。
结合 单弯双稳 钻具组合在江汉油田部分区块的成功应用,说明该钻具组合能够很好地控制井斜,有效地提高机械钻速。
同时介绍了该钻具的应用实例,为其他油田选择合理的防斜打快钻具组合提供了依据。
[关键词]防斜打快;钻头侧向力;纵横弯曲法;单弯双稳钻具组合[中图分类号]T E921 02[文献标识码]A[文章编号]1000 9752(2010)06 0498 04优质快速 钻井一直是油气钻井施工所追求的目标。
随着钻探开发不断向复杂地层发展,这个问题显得越来越突出。
通过改进钻具组合结构,使之适应地层特性以达到 优质快速 钻井的目的,是一种可行且可靠的方法。
江汉油田所属作业区地层复杂,井眼轨迹控制难度大,严重影响了钻井速度的提高和钻井作业综合成本的控制。
目前,采用的井眼轨迹控制钻具组合及技术,包括满眼钻具、塔式钻具、钟摆钻具和垂直钻井技术,从应用情况来看,各有其优点和局限性。
其中,最为常见的钻具组合是满眼钻具组合,主要结构为 钻头+近钻头稳定器+短钻铤+稳定器+钻铤+稳定器+钻铤+钻杆 。
由于其对地层适应性广及方便现场施工,所以应用广泛。
但是在地层倾角较大的易斜地层,满眼钻具容易失去稳斜、降斜作用,且当钻压超过临界钻压时,变成增斜钻具,其应用范围受到了限制。
笔者介绍一种新的稳斜钻具组合 单弯双稳 螺杆钻具,在现场又简称 单弯双稳 钻具,该钻具组合主要通过滑动钻进与复合钻进相结合的方式,待增到最大井斜角后,强化钻压进行稳斜钻进。
_单弯双稳_钻具组合的受力分析与现场应用
_单弯双稳_钻具组合的受力分析与现场应用单弯双稳钻具组合是一种常用于石油钻井作业的组合钻具。
它由单弯段和双稳段组成，用于在井口处对井筒进行弯曲和稳定，以便进行钻探作业。
本文将对这种钻具组合的受力分析和现场应用进行详细介绍。
首先，我们来看单弯段的受力分析。
单弯段一般由弯曲下压能力较强的非磁性材料制成，主要用于井口处弯曲井筒。
在实际应用中，单弯段所承受的载荷主要有弯曲力和下压力。
弯曲力是由于钻具在井口处的弯曲而产生的，它会对单弯段产生一个向外的弯曲力矩。
下压力是由于地层压力和钻具自身重量而产生的，它会对单弯段产生一个向下的压力。
在设计单弯段时，需要考虑到井深、井温、井压等因素，以确定单弯段的尺寸和材料。
接下来，我们来看双稳段的受力分析。
双稳段是用于对井筒进行稳定的部分，一般由磁性材料制成。
它主要承受来自井壁的挤压力和来自钻具的牵引力。
挤压力是指井壁对双稳段的挤压作用，它会产生一个向内的压力，对双稳段产生挤压力矩。
牵引力是指钻具对双稳段的拉力作用，它会对双稳段产生一个向外的拉力矩。
在设计双稳段时，需要考虑到井壁的稳定性、双稳段与井壁之间的摩擦系数等因素，以确定双稳段的尺寸和材料。
在现场应用中，单弯双稳钻具组合主要用于井口处的钻井作业。
它能够在井口处对井筒进行弯曲和稳定，以适应不同的钻探需求。
它的优点是能够提高钻井的安全性和效率，减少事故的发生和工作的时间。
在实际应用中，需要根据井深、井温、井压等因素进行合理的设计和选择。
同时，在使用过程中需要进行定期的检查和维护，以确保其正常运行。
总之，单弯双稳钻具组合是一种常用于石油钻井作业的组合钻具。
通过对其受力分析和现场应用的介绍，我们可以了解到它的工作原理和重要性。
在实际应用中，需要根据具体情况进行设计和选择，并进行定期的检查和维护，以确保其安全、高效地运行。
钟摆钻具的工作原理
钟摆钻具的工作原理
钟摆钻具是一种用于石油勘探和钻井的工具，其工作原理是利用钟摆的运动来驱动钻头进行钻井操作。
这种钻具的设计灵感来自于钟摆的运动，通过巧妙的机械装置将钟摆的动能转化为钻井的动力。
钟摆钻具的主要组成部分包括钻台、钻杆、钻头以及驱动装置。
钻台是一个固定的平台，用于固定钻杆和提供支撑。
钻杆是连接钻头和驱动装置的部件，它具有足够的强度和刚度来承受钻井过程中的巨大压力和扭矩。
钻头是用于切削地下岩石和土壤的部件，它通常由硬质合金制成，以提高耐磨性和切削效率。
驱动装置是将钻杆和钻头连接起来的部件，它可以将钟摆的运动转化为旋转力，从而驱动钻头进行钻井。
在钻井过程中，钻杆被固定在钻台上，钻头被附在钻杆的底部。
当驱动装置开始工作时，它会产生一个周期性的旋转力，类似于钟摆的摆动。
这种旋转力会通过钻杆传递到钻头，使其开始旋转。
同时，钻头的锋利切削面开始切削地下岩石和土壤。
由于旋转力的作用，钻头会不断向下推进，同时将钻屑从井口带出。
钟摆钻具的工作原理基于物理学原理，利用钟摆的摆动运动和转化系统的设计来实现钻井操作。
这种工具的设计不仅提高了钻井的效率，还减少了人力劳动的需求，使得钻井作业更加安全和高效。
钟摆钻具的应用广泛，被广泛用于石油勘探和钻井领域，为石油工业的发展做出了重要贡献。
钻井工程期末试题总结
钻井工程期末试题总结一、名词解释1.开钻：每改变一次钻头尺寸，开始钻新的井段的工艺。
（P4）2.固井：在已钻成的井眼内下入套管，并向井眼和套管之间的环形空间注入泥浆将套管和地层固结在一起的工艺过程。
（P4）3.完井：钻开生产层，确定完井井底结构，确定完井的井口装置及有关措施。
4.中性点:钻柱上轴向力等于零的点称为钻柱中性点。
5.有效应力：外压与内压与之差。
6. 静液压力：由液柱自身的重力所引起的压力,其大小与液体的密度与液柱的垂直高度或深度有关。
7.上覆岩层压力:地层某处的上覆岩层压力是该处以上的岩石基质和岩石孔隙中流体的总重力所产生的压力。
8.地层压力：指岩石孔隙中的流体所具有的压力，亦称地层孔隙压力。
9.基岩应力：是由岩石颗粒间相互接触支撑的那一部分上覆岩层压力，称为基岩应力10.异常高压：超过正常地层静液压力的地层压力(Pp >Ph)称为异常高压。
11.异常低压：低于正常地层静液压力的地层压力(Pp <ph)称为异低压< bdsfid="74" p=""></ph)称为异低压<>12.岩石强度：岩石在一定条件下受外力的作用而达到破坏时的应力称为岩石在这种条件下的强度。
且，抗拉强度＜抗弯强度≤抗剪强度＜抗压强度13.当量密度：某深度地层压力与等高液柱压力等效时相当的液体密度。
单位：g/cm3（百度）14.地层破裂压力：井下一定深度裸露地层，承受流体的压力是有限的。
当液体达到一定数值时会使地层破裂，该液体压力称为地层破裂压力。
(p17)15.岩石硬度：岩石抵抗其他物体表面压入或侵入的能力。
16.井眼周围岩石受力有上覆岩层压力σ3、岩石内孔隙流压力Pp、水平地应力σ1σ2、钻井液液柱压力Ph17.各向压缩效应：增大围压，一方面增大岩石的强度，一方面也增大了岩石的塑性，这两方面统称各向压缩效应。
18.岩石的可钻性是岩石抗破碎的能力。