水平段大段取心钻具力学分析与设计

水平段大段取心钻具力学分析与设计

油田开发后期有大量的剩余油,水平井取心可以为剩余油分布规律的科学描述提供重要资料,对油田后续开采具有指导意义。本文建立了取心组合钻具受力变形分析的三维有限元模型。

应用ANSYS软件的大变形、接触非线性理论对取心钻具在不同井身剖面的受力变形进行分析计算,对不同曲率井段的取心筒长度进行了优选,为取心钻具的通过能力评价提供了新的研究方法。根据水平段取心时钻具工作状态,对取心筒进行了弯曲刚度等效,考虑了满筒和空筒的重量、钻具结构与井壁的间隙和接触状态、井眼曲率等因素的影响,建立了取心钻具受力变形分析模型。

针对钻具与井壁在不同井深和不同井眼圆周方向上的随机接触摩擦,应用“多向接触摩擦间隙元”和空间梁单元对取心组合钻具非线性力学问题进行了有限元分析,得到取心组合钻具与井壁的接触状态和钻头处的受力变形值。应用“水平段取心钻具组合设计与力学分析”软件,依据取心钻具力学分析与钻具造斜性能计算结果,设计出适合于转盘和螺杆复合驱动进行取心作业的稳斜、微降、单稳定器增斜和双稳定器增斜4种钻具组合,计算了井眼尺寸、稳定器外径等因素对钻具造斜性能的影响规律。

在杏6-1-平35井实验中应用了3种钻具组合,共取心58筒,取心总进尺339.31m,总芯长为336.41m,总收获率99.15%,3种钻具在水平段取心时的井眼轨迹预测准确率为92.88%,完全满足了水平段大段取心时井眼轨迹控制技术要求,为水平段大段连续取心的钻具设计提供了可靠的理论分析方法和实用的钻具组合。