【摘要】：隨著油氣開采量的加大和油氣儲量的減小,為了提高油氣井的采收率,同時降低鉆井的成本,水平井技術成為現代鉆井技術中一項十分重要的鉆井技術,但因為水平井鉆進過程中,鉆柱易偏離自己的旋轉中心,導致橫向振動,而嚴重的鉆柱振動將導致鉆具產生逐漸擴展的脆性裂紋,導致最終斷裂等嚴重事故。所以,探討鉆柱橫向振動是非常有意義的。本文針對鉆柱共振導致的鉆具產生逐漸擴展的脆性裂紋,最終導致其斷裂的問題。以岳10X-A1水平井直井段鉆柱為研究對象,考慮鉆柱外鉆井液密度比鉆柱內鉆井液密度大這一重要因素,采用流體數值計算軟件,分別對鉆柱內鉆井液進行K-ε湍流模型分析,對鉆柱環(huán)空段鉆井液進行離散相模型分析,得到鉆柱內壁壓力及外壁壓力隨井深變化的曲線,從鉆柱內、外壁壓力曲線可以看出,密度、粘度、流速中任一因素的變化均會引起壓降變化,由流體力學理論可知,管路中能量的消耗會產生壓降,而能量的消耗是由水頭損失引起的,水頭損失又主要分為沿程水頭損失和局部水頭損失,根據管路沿程水頭損失和局部水頭損失公式可知,密度、粘度、流速越大,壓降越大,且當除管路長度之外的因素均不變時,壓降與管路長度成線性關系,故通過計算建立了鉆柱內壁壓力及外壁壓力隨井深變化的函數;再根據鉆井實鉆數據,基于動力學理論,應用ANSYS軟件建立水平井直井段鉆柱橫向振動模型,考慮鉆柱內外不同密度鉆井液對鉆柱振動的作用,將鉆井液壓力分布以函數加載的方式加載到有限元模型上,通過模態(tài)分析,獲得了鉆井液密度、鉆井液粘度、鉆井液流速、鉆壓對鉆柱橫振固有頻率的影響規(guī)律,得到鉆井液密度、粘度、流速、鉆壓增大時,鉆柱橫振固有頻率均大致減少,從而為水平井直井段施工提供一定的實際指導意義。
[Abstract]:With the increase of oil and gas exploitation and the decrease of oil and gas reserves, horizontal well technology has become a very important drilling technology in modern drilling technology in order to improve oil and gas recovery and reduce drilling cost. However, during horizontal well drilling, the drill string is easily deviated from its rotation center, which leads to lateral vibration, and the serious vibration of drill string will lead to the gradual propagation of brittle cracks in the drill tool, resulting in the final fracture and other serious accidents. Therefore, it is very meaningful to study the lateral vibration of drill string. In this paper, the brittle crack of drill pipe due to the resonance of drill string is gradually extended, which leads to the fracture of drill pipe. Taking the drill string in the straight section of Yue 10X-A1 horizontal well as the research object, considering the important factor that the drilling fluid density outside the drill string is higher than that in the drill string, the fluid numerical calculation software is used. The K- 蔚 turbulence model was used to analyze the drilling fluid in the drill string, and the discrete phase model was used to analyze the drilling fluid in the annulus of the drill string. The curves of the inner wall pressure and the outer wall pressure of the drill string changing with the depth of the well were obtained. As can be seen from the pressure curve of the outer wall, any change in density, viscosity and flow rate will cause pressure drop. According to the theory of fluid mechanics, the energy consumption in the pipeline will produce pressure drop, and the energy consumption is caused by the loss of water head. The head loss is mainly divided into the head loss along the path and the local head loss. According to the formula of the head loss along the pipeline and the local head loss, the greater the density, viscosity and velocity, the greater the pressure drop. The pressure drop is linearly related to the length of the pipe when all the factors except the length of the pipe are invariable, so the function of the inner wall pressure and the outer wall pressure of the drill string with the depth of the well is established by calculating. Based on the drilling data and dynamic theory, the lateral vibration model of drilling string in horizontal well is established by using ANSYS software. The effect of drilling fluid with different density inside and outside the drill string on the vibration of drill string is considered. The pressure distribution of drilling fluid is loaded into the finite element model by function loading. Through modal analysis, the effects of drilling fluid density, drilling fluid viscosity, drilling fluid velocity and drilling pressure on the natural frequency of drilling string transverse vibration are obtained. When the drilling fluid density, viscosity, flow rate and drilling pressure increase, the natural frequency of horizontal vibration of drill string is reduced, which provides some practical guidance for horizontal well vertical section construction.
【學位授予單位】：長江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE921.2

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 樓一珊,蔣小鶯,朱江,吳田忠,杜燕,向緒金;鉆柱失效機理分析[J];江漢石油學院學報;2001年02期

2 狄勤豐;王文昌;胡以寶;張小柯;;鉆柱動力學研究及應用進展[J];天然氣工業(yè);2006年04期

3 胡以寶;狄勤豐;鄒海洋;吳非;;鉆柱動力學研究及監(jiān)控技術新進展[J];石油鉆探技術;2006年06期

4 韓志勇;;關于鉆柱一次彎曲臨界條件的考證[J];石油鉆探技術;2009年02期

5 嚴維鋒;鄭何光;馬路;;鉆柱偏心和旋轉對環(huán)空壓耗的影響[J];內蒙古石油化工;2010年08期

6 陳樂平;;鉆柱橫向非線性振動分析[J];中國工程機械學報;2010年02期

7 王珍應,徐銘陶;鉆柱的動力不穩(wěn)定性[J];石油機械;1991年09期

8 殷朝陽,王光遠;鉆柱動力學有限元分析及室內軸向試驗結果對比[J];哈爾濱建筑大學學報;2000年03期

9 張廣清,路永明,陳勉;斜直井中扭矩和軸力共同作用下鉆柱的屈曲問題[J];石油大學學報(自然科學版);2000年05期

10 劉清友,馬德坤,鐘青;鉆柱扭轉振動模型的建立及求解[J];石油學報;2000年02期

相關會議論文 前10條

1 焦永樹;蔡宗熙;嚴宗達;;鉛垂井段鉆柱在浮重作用下的靜力分岔分析[A];第七屆全國結構工程學術會議論文集（第Ⅰ卷）[C];1998年

2 狄勤豐;王文昌;胡以寶;張小柯;;鉆柱動力學研究及應用進展[A];中國力學學會學術大會'2005論文摘要集（下）[C];2005年

3 李麗娟;張娜;張青峰;焦永樹;;鉛垂井段兩端固支鉆柱屈曲的理論與數值分析[A];第19屆全國結構工程學術會議論文集（第Ⅰ冊）[C];2010年

4 朱潤;隋允康;;斜井中鉆柱復雜運動的數值模擬[A];北京力學會第15屆學術年會論文摘要集[C];2009年

5 焦永樹;蔡宗熙;嚴宗達;;鉛垂井段鉆柱(鉸—固模型)的靜力屈曲[A];第八屆全國結構工程學術會議論文集（第Ⅲ卷）[C];1999年

6 談梅蘭;甘立飛;王鑫偉;;斜直井內鉆柱的非線性螺旋屈曲[A];第16屆全國結構工程學術會議論文集（第Ⅰ冊）[C];2007年

7 吳澤兵;羅宇義;鄭興華;;鉆柱扭轉振動計算機仿真[A];'2003系統仿真技術及其應用學術交流會論文集[C];2003年

8 祝效華;賈彥杰;;鉆柱動力學研究進展及其應用[A];機械動力學理論及其應用[C];2011年

9 胡以寶;狄勤豐;姚建林;姚永漢;陳鋒;;超深井鉆柱的動力學特性分析[A];中國力學學會學術大會'2009論文摘要集[C];2009年

10 王曉陽;張青峰;焦永樹;;波動鉆壓激勵下斜井段鉆柱運動的數值模擬[A];第19屆全國結構工程學術會議論文集（第Ⅰ冊）[C];2010年

相關博士學位論文 前10條

1 王明杰;超深井鉆柱動力學特性分析及動態(tài)安全性評價[D];上海大學;2016年

2 韓春杰;深水平臺鉆井鉆柱耦合振動及模擬分析[D];大慶石油學院;2010年

3 劉峰;定向井中鉆柱非線性穩(wěn)定性分析[D];南京航空航天大學;2005年

4 談梅蘭;三維曲井內鉆柱的雙重非線性靜力有限元法[D];南京航空航天大學;2005年

5 李茂生;小環(huán)空條件下鉆柱動力學及可靠性研究[D];中國石油大學;2007年

6 胡以寶;基于實際井眼軌跡的鉆柱動力學特性有限元分析[D];上海大學;2011年

7 劉延鑫;考慮流固耦合的鉆柱動力學研究[D];中國石油大學(華東);2014年

8 廖輝;超深水超深鉆井作業(yè)鉆柱三維運動補償系統的研究[D];廣東工業(yè)大學;2011年

9 邵冬冬;水平井眼中鉆柱動力學特性分析[D];中國石油大學(華東);2013年

10 李文飛;直井鉆柱安全可靠性分析方法研究[D];中國石油大學;2008年

相關碩士學位論文 前10條

1 代曉東;最優(yōu)化理論求解鉆柱接觸非線性問題[D];大慶石油學院;2005年

2 王雪剛;鉆柱非線性耦合振動模型研究[D];東北石油大學;2012年

3 賈宏亮;短距離鉆柱聲波通訊技術研究[D];西安石油大學;2015年

4 朱智翔;鉆柱渦動模擬實驗臺測量系統研究[D];燕山大學;2015年

5 王志剛;鉆柱自轉公轉和徑向運動誘發(fā)牛頓流體流動的流場分析[D];燕山大學;2015年

6 諶容;智能鉆柱中傳輸線通信系統模型仿真研究[D];西南石油大學;2014年

7 張海莉;深井鉆柱振動縱向動態(tài)響應規(guī)律研究[D];東北石油大學;2015年

8 程世平;深水鉆井平臺鉆柱自動化處理關鍵技術研究[D];青島科技大學;2015年

9 趙荔;石油鉆井鉆柱在線監(jiān)測系統的設計研究[D];揚州大學;2015年

10 李曉峰;潛孔錘短鉆柱系統振動響應分析[D];中國地質大學(北京);2013年

，

本文編號：2428998