【摘要】：鉆柱失效是鉆井嚴重事故之一,鉆柱振動作為鉆柱失效的主要原因,包括鉆柱的縱向、橫向及扭轉(zhuǎn)等振動形式,其中鉆柱橫向振動多發(fā)生下部鉆具組合上且是最具破壞力和最復(fù)雜的振動,研究下部鉆具組合的橫向振動機理并實現(xiàn)隨鉆橫向振動監(jiān)測與參數(shù)優(yōu)化對于降低鉆井風(fēng)險、提高機械鉆速等具有實際意義。采用理論分析與現(xiàn)場試驗相結(jié)合的方法,研究了直井中下部鉆具組合在指定外激勵條件下的狀態(tài)矢量響應(yīng)特征:基于線性疊加方法和歐拉伯努利梁理論建立了適用于直井鉆進的頻率域下、單自由度和有阻尼條件下的下部鉆具組合受迫振動質(zhì)量分布模型,并將二維鉆柱模型擴展到三維鉆柱模型;同時基于牛頓動力學(xué)微分方程與歐拉伯努利梁理論建立了適用于直井鉆進的頻率域下、單自由度和有阻尼條件下的下部鉆具組合受迫振動集中參數(shù)模型。在給定外激勵條件下,基于所建立的數(shù)學(xué)模型并利用MATLAB編程獲得了下部鉆具組合的狀態(tài)矢量分布規(guī)律,通過比較相同外激勵條件下不同下部鉆具組合的狀態(tài)矢量響應(yīng)程度,實現(xiàn)鉆前下部鉆具組合的對比及優(yōu)選;通過控制變量法改變鉆井參數(shù)實現(xiàn)了鉆前下部鉆具組合中鉆柱失效高風(fēng)險區(qū)域識別;基于獲得的狀態(tài)矢量參數(shù)(位移、傾角、彎矩、剪切力)形成了橫向振動強度評價指數(shù)(LSE),并利用井下存儲式振動測量短節(jié)的現(xiàn)場試驗完成了對所建立數(shù)學(xué)模型的對比與校核,對比結(jié)果顯示直井中正常鉆進時下部鉆具組合的橫向振動強度是影響鉆頭破巖機械比能和機械鉆速的主要因素,且模型計算結(jié)果與測量結(jié)果基本相符,驗證了模型對直井中下部鉆具組合橫向振動強度的預(yù)測精度;基于提出的下部鉆具組合橫向振動強度評價指數(shù)(LSE)形成了一套橫向振動隨鉆控制與優(yōu)化流程,并通過現(xiàn)場試驗驗證了下部鉆具組合橫向振動強度隨鉆監(jiān)測與優(yōu)化流程的適用性,對鉆井現(xiàn)場評價與降低下部鉆具組合的橫向振動強度具有指導(dǎo)意義。
【圖文】：

原則上強度越大的地層巖石，鉆頭破巖所響鉆頭破巖機械比能因素還包括鉆頭磨損、鉆頭泥包橫向振動）、井底泥包、水力參數(shù)等諸多因素[75]，在情況下鉆井過程中機械比能消耗越多說明鉆頭破巖效機械比能概念的同時也通過大量室內(nèi)實驗得到以下三個程中鉆頭破巖所需要的最小機械比能理論上等于所鉆即鉆井過程中鉆頭破巖比能基線值由地層巖石本身決碎地層巖石顆粒大小與鉆頭破巖所需能耗成反比，巖中井底“壓持”效應(yīng)越明顯，，鉆頭破巖機械效率越低井過程中影響鉆頭破巖效率的因素多且復(fù)雜，巖石強頭破巖機械比能變化范圍較大，一定長度井段內(nèi)鉆頭地層巖石強度的比值可以用來分析和評價井下實際工，鉆頭的鉆壓和扭矩組成鉆頭破巖輸出能量系統(tǒng)，原機械鉆速越高。但實際鉆井過程中鉆頭機械鉆速和鉆線性關(guān)系，典型的機械比能和機械鉆速的關(guān)系曲線如

圖 3.1 直井中下部鉆具組合二維示意圖Fig3.1 two-dimensional schematic diagram of the BHA in vertical well3.1.1 狀態(tài)矢量的疊加與傳遞當(dāng)下部鉆具組合發(fā)生橫向運動時，定義下部鉆具組合微元狀態(tài)矢量μ 表示為：1yMVθμ = (3.1)式（3.1）中， y 為微元體相對井眼軸線的橫向位移，m ；θ 為微元體相對于井眼軸線于的傾角，rad ；M 為微元體所承受彎矩，N m；V 為微元體所受剪切應(yīng)力， N 。
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE921.2

【參考文獻】

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本文編號：2637794