國(guó)內(nèi)許多老油田經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期反復(fù)注水開(kāi)采后,油井的見(jiàn)水面積不斷擴(kuò)大,裂縫兩側(cè)積攢大量未被開(kāi)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(kāi)始在原有油井基礎(chǔ)上打造超短半徑水平井,以加大對(duì)剩余油的開(kāi)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(guò)4.0m。因此,普通鉆具無(wú)法滿足超短半徑水平井的鉆進(jìn)要求。近年來(lái),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(diǎn),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(jìn)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(jī)構(gòu)問(wèn)題,采用理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對(duì)半鉸接式柔性鉆具中半鉸接柔性鉆桿的建模方法進(jìn)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(dòng)力學(xué)模型,并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)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(shí),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(dòng)力學(xué)模型,并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)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(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),并將總摩阻力現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)值與數(shù)值模擬值進(jìn)行對(duì)比,兩者基本吻合,驗(yàn)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(chǎng)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(jí)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(wú)法滿足其鉆進(jìn)需求，需要選擇特殊的半鉸接式柔性鉆具進(jìn)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(diǎn)，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(jìn)行開(kāi)窗，然后將組裝好的造斜段具總成垂直懸于開(kāi)窗點(diǎn)，并將鉆具總成、扶正器以及普通鉆桿以螺紋連接的方式來(lái)下入井內(nèi)，當(dāng)鉆具總成遇到斜向器時(shí)，在斜向器的導(dǎo)向作用下，造斜鉆具總成向器的方向從開(kāi)窗點(diǎn)鉆出套管，進(jìn)入地層，并開(kāi)始造斜鉆進(jìn)，當(dāng)完成造斜段鉆進(jìn)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?jiǎn)卧挠邢拊碚摚鐖D 2.3 所示，以 i 節(jié)點(diǎn)作為局部坐標(biāo)系的原點(diǎn)系的 x 軸，y 軸和 z 軸沿著梁?jiǎn)卧獧M截面的兩個(gè)主節(jié)點(diǎn)位移 （b）節(jié)點(diǎn)圖 2.3 梁?jiǎn)卧墓?jié)點(diǎn)位移與節(jié)點(diǎn)力移向量 Tiiiixiyizjjjjxjyjz w u w iw —局部坐標(biāo)系中i節(jié)點(diǎn)的線位移；點(diǎn)的扭轉(zhuǎn)角位移；平面內(nèi)i節(jié)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有 6 個(gè)自由度，K 節(jié)點(diǎn)為梁?jiǎn)卧姆较蜿P(guān)鍵點(diǎn)，K 節(jié)點(diǎn)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?jiǎn)卧挠邢拊碚撊稳∫还?jié)梁?jiǎn)卧鐖D 2.3 所示，以 i 節(jié)點(diǎn)作為局部坐標(biāo)系的原點(diǎn)，i 節(jié)點(diǎn)和 j 節(jié)點(diǎn)的連線作為局部坐標(biāo)系的 x 軸，y 軸和 z 軸沿著梁?jiǎn)卧獧M截面的兩個(gè)主慣性軸。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2837206