國內(nèi)許多老油田經(jīng)過長期反復(fù)注水開采后,油井的見水面積不斷擴大,裂縫兩側(cè)積攢大量未被開采的剩余油,嚴(yán)重影響了油井產(chǎn)量。為了提高采收率,很多油田開始在原有油井基礎(chǔ)上打造超短半徑水平井,以加大對剩余油的開采。與一般水平井相比,超短半徑水平井的曲率半徑非常小,一般不超過4.0m。因此,普通鉆具無法滿足超短半徑水平井的鉆進要求。近年來,半鉸接式柔性鉆具以其易彎曲、能夠控制井眼軌跡的優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于超短半徑水平井鉆井工藝中,而確保半鉸接式柔性鉆具載荷與柔度傳遞規(guī)律的合理性是超短半徑水平井鉆進成功的關(guān)鍵。本文首先根據(jù)超短半徑水平井柔性鉆具的工作狀態(tài),考慮半鉸接結(jié)構(gòu)中的機構(gòu)問題,采用理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對半鉸接式柔性鉆具中半鉸接柔性鉆桿的建模方法進行研究,確定了能夠合理描述半鉸接柔性鉆桿變形規(guī)律的力學(xué)模型;然后,建立造斜段不同柔度下導(dǎo)向篩管內(nèi)半鉸接柔性鉆桿的單層接觸瞬態(tài)動力學(xué)模型,并對其進行動力學(xué)分析,得到隨著井深增加,半鉸接柔性鉆桿的扭矩減小,軸力增大;隨著柔度減小,半鉸接柔性鉆桿井底扭矩減小,軸力增大,導(dǎo)向篩管與半鉸接柔性鉆桿的總摩阻力矩增大;當(dāng)柔度相同時,隨著井斜角的增加,半鉸接柔性鉆桿井底的扭矩減小、軸力增大、導(dǎo)向篩管與半鉸接柔性鉆桿的總摩阻力矩增大。最后,建立不同柔度下半鉸接式柔性鉆具的多層接觸瞬態(tài)動力學(xué)模型,并對其進行動力學(xué)分析,得到隨著井深增加,半鉸接柔性鉆桿扭矩減小、軸力增大、導(dǎo)向篩管軸力增大;隨著柔度減小,半鉸接柔性鉆桿底端扭矩減小、底端軸力增大、導(dǎo)向篩管底端軸力增大、半鉸接式柔性鉆具底端總軸力增大、導(dǎo)向篩管與柔性鉆桿的總摩阻力矩增大、導(dǎo)向篩管與井壁的總摩阻力增大。開展現(xiàn)場試驗,并將總摩阻力現(xiàn)場試驗值與數(shù)值模擬值進行對比,兩者基本吻合,驗證了本文所建立的半鉸接式柔性鉆具多層接觸力學(xué)模型及分析方法的正確性。本文研究成果為超短半徑水平井的現(xiàn)場施工提供合理的力學(xué)依據(jù)。
【學(xué)位單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TE93
【部分圖文】：

東北石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第二章 半鉸接式柔性鉆具有限元理論超短半徑水平井與常規(guī)水平井的主要區(qū)別就是曲率半徑特別小，一般不大于 4.規(guī)鉆具無法滿足其鉆進需求，需要選擇特殊的半鉸接式柔性鉆具進行鉆井，半鉸性鉆具具有能夠承受流體壓差、軸向力和扭矩的作用以及易彎曲，能夠控制井眼優(yōu)點，成為超短半徑水平井的主要鉆井工具。超短半徑水平井鉆井技術(shù)是在原套管內(nèi)直接進行開窗，然后將組裝好的造斜段具總成垂直懸于開窗點，并將鉆具總成、扶正器以及普通鉆桿以螺紋連接的方式來下入井內(nèi)，當(dāng)鉆具總成遇到斜向器時，在斜向器的導(dǎo)向作用下，造斜鉆具總成向器的方向從開窗點鉆出套管，進入地層，并開始造斜鉆進，當(dāng)完成造斜段鉆進水平段油層深度后上提并取出造斜鉆具總成，下放已經(jīng)組裝好的水平段鉆具總成其與扶正器和普通鉆桿連接好一起下入井內(nèi)，重復(fù)以上步驟，當(dāng)水平段鉆具總成斜段完成的深度后，半鉸接柔性鉆桿將扭矩和鉆壓傳遞給鉆頭，完成水平段的鉆短半徑水平井鉆井示意圖如圖 2.1。

圖 2.2 BEAM188 單元幾何中梁單元的有限元理論，如圖 2.3 所示，以 i 節(jié)點作為局部坐標(biāo)系的原點系的 x 軸，y 軸和 z 軸沿著梁單元橫截面的兩個主節(jié)點位移 （b）節(jié)點圖 2.3 梁單元的節(jié)點位移與節(jié)點力移向量 Tiiiixiyizjjjjxjyjz w u w iw —局部坐標(biāo)系中i節(jié)點的線位移；點的扭轉(zhuǎn)角位移；平面內(nèi)i節(jié)點的角位移；

第二章 半鉸接式柔性鉆具有限元理論2.2 所示，該單元由 I 和 J 兩個節(jié)點組成，每個節(jié)點有 6 個自由度，K 節(jié)點為梁單元的方向關(guān)鍵點，K 節(jié)點的方向決定了梁截面的高度方向。圖 2.2 BEAM188 單元幾何2.1.1 局部坐標(biāo)系中梁單元的有限元理論任取一節(jié)梁單元，如圖 2.3 所示，以 i 節(jié)點作為局部坐標(biāo)系的原點，i 節(jié)點和 j 節(jié)點的連線作為局部坐標(biāo)系的 x 軸，y 軸和 z 軸沿著梁單元橫截面的兩個主慣性軸。
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本文編號：2837206