单弯螺杆钻具组合的受力分析及造斜率预测

单弯螺杆钻具组合的受力分析及造斜率预测随着经济社会的迅速发展,世界各国对油气资源的需求越来越大,油气资源的消耗量逐年增加。为了满足经济社会发展的需要,世界各国纷纷加大对油气资源勘探开发的力度,易于开采的油气资源越来越少,非常规油气藏所占的比例日渐突出,水平井、定向井、分支井和大位移井等随之迅速发展。

在这类井的钻井施工过程中,为了钻出满足要求的井眼,需要对井眼轨迹进行精确控制。目前国内的井眼轨迹控制技术以常规导向螺杆钻具为主,单弯螺杆钻具则是应用最普遍的造斜工具之一,因此,对单弯螺杆钻具组合进行受力分析,准确预测单弯螺杆钻具组合的造斜率是井眼轨迹控制的关键。

本文首先介绍了本课题的研究目的和意义,对目前的下部钻具组合的静力学分析状况和造斜趋势预测的发展状况作了简要剖析。针对钻具组合的初弯曲和结构弯角,根据变形能相等的准则,将初弯曲的钻具组合等效为附加横向均布载荷的梁柱,根据弯矩相等,用横向集中力对钻具组合的结构弯角进行了等效处理。

考虑到钻井实际中经常出现的变刚度问题,将单弯螺杆钻具组合简化为受纵横弯曲载荷的梁柱进行受力分析,建立了单弯螺杆钻具组合的力学模型。根据该力学模型,结合钻具组合的边界条件和连续条件,建立单弯螺杆钻具组合的三弯矩方程并求解,得出了钻头侧向力的公式。

采用极限曲率法计算钻具组合的极限造斜率,以单弯单稳和单弯双稳两种钻具组合为例,研究了钻具组合结构参数、钻压、井眼轨迹等因素对钻具组合侧向力和极限造斜率的影响,并结合油田现场数据进行了实例验证。利用C#与Matlab 混合编程技术开发了“单弯螺杆钻具组合的受力分析及造斜率预测软件”,可以对单弯螺杆钻具组合的造斜率进行单因素分析和敏感性分析,提高了单弯螺杆钻

具组合造斜率预测的计算效率。

本文通过对单弯螺杆钻具组合的受力分析及造斜率预测的研究,得出了钻具组合的极限造斜率,并指出了各影响因素对单弯螺杆钻具组合造斜趋势的影响。本文的研究结果能够指导螺杆钻具的钻井施工作业,对现场应用中钻具组合的结构优化和钻井参数的优选有一定的指导意义。