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小尺度水平井钻柱动力学实验台架研制及应用: 2024年; 水平井钻井过程中钻头与钻柱的运动规律非常复杂,通过现场测试研究钻头与钻柱振动的方法成本高,无法准确解耦各因素,且数据采样率低,不能进行系统分析。因此,以物理相似为基础,设计了一套基于微钻头−钻柱−岩石的小尺度水平井钻柱动力学模拟实验台架;在钻柱上设计分段套管,模拟套管对钻柱的约束;为更加真实反应钻头与岩石互作用对钻杆及钻头振动的影响,设计微型PDC钻头进行模拟破岩;开展了水平井钻柱室内试验研究,分析了钻柱系统的耦合振动、转速及钻压对钻柱系统振动的影响规律。结果表明:钻头的轴向振动对钻头的扭转振动有较大的影响,且当钻柱发生扭转振动时,其功率谱密度明显高于匀速转动下钻头的功率谱密度;随着转速增大,钻头和钻柱的横向振动加速度也随之增大,钻头扭转振动在主频上的振动幅值也随之增大;随着钻压增大,钻头粘滑振动和横向振动加剧,但对轴向振动的影响不明显。; 况雨春张涛林伟; 关键词：水平井钻柱动力学钻柱振动

水平井钻柱动力学实验装置: 本实用新型公开了水平井钻柱动力学实验装置，包括地面驱动系统和储液箱，还包括设置在管线上用于对井液所产生的瞬间冲击力进行缓冲的缓冲机构，所述缓冲机构包括固定连接在管线侧壁上的连接管，所述连接管的另一端固定连接有缓冲管，所述...; 吴泽兵常小兰王少飞王志恒寇婷程宇瑶

特深井钻柱动力学特性模拟与分析被引量：1: 2024年; 随着钻井深度不断增加,钻柱运动所涉及的力学问题变得更加复杂,钻柱动力学特性模拟及分析可为安全优质高效钻井提供支撑。为了探求特深井钻柱的运动特性,将钻柱运动的控制方程采用Newmark法对时间离散后,运用SOR节点迭代法,对每一时间步的钻柱整体构形进行求解,实现了总长超9000 m的钻柱动力学特性模拟,不仅给出了钻柱4个典型位置的涡动轨迹、涡动速度和横向加速度,还分析了钻柱的粘滑特性。分析结果表明,上部钻柱的涡动及粘滑现象不明显;随着位置下移,出现不规则涡动及不充分粘滑现象;近钻头位置的钻柱会出现较剧烈涡动,也会出现粘滑振动;中性点位置处钻柱的涡动最为剧烈、碰摩严重,可能给钻柱带来安全隐患。研究结果为特深井安全钻井提供了理论依据。; 狄勤丰尤明铭李田心周星杨赫源王文昌; 关键词：钻柱动力学涡动粘滑

钻柱动力学研究进展及发展趋势: 2024年; 钻柱动力学是安全、高效钻井的基础,许多研究人员对此进行了深入研究,成果累累。然而,钻柱具有超大长细比,工作环境恶劣,非线性特征显著,使得钻柱的安全性面临严峻挑战,这在超万米特深井中尤为突出。因此,把握钻柱动力学研究历程,提炼钻柱动力学核心关键问题十分必要。本文在简要回顾3种基本钻柱振动形式的研究进展基础上,重点阐述了这3种基本振动的耦合振动的研究进展,详细讨论了粘滑和涡动这2种复杂振动的危害、形成机制、研究方法、测量技术和控制方法,并对近十年来备受关注的高频扭转振动(HFTO)的研究进展进行了归纳。现有研究成果表明,涡动是井下钻柱最易出现的一种复杂振动形式,包括向前、向后规则涡动和不规则涡动形式,且大都体现为不规则涡动。其中,反向涡动对钻柱的危害很大,不但会加剧钻具的疲劳破坏,而且会降低钻头的机械钻速。粘滑振动是另一种危害极大的复杂振动形式,其形成机制在于钻头与岩石之间的相互作用,并可用速度弱化效应进行很好描述;粘滑振动与涡动密切相关,粘滑振动中的滑脱阶段的最大转速可能达到地面转速的3倍以上,并伴随着剧烈的涡动。而振动频率远高于涡动和粘滑振动的高频扭转振动的危害不容忽视,但相关机理远未探明,迫切需要攻关研究。; 狄勤丰杨赫源王文昌骆大坤张鹤陈锋; 关键词：钻柱动力学测量技术仿真技术

万米深井上部大尺寸井眼钻柱动力学特性研究被引量：5: 2024年; 油气勘探已向更深、更复杂的超深层的万米勘探新领域推进,但上部大尺寸井眼给万米深井的钻井提出了巨大挑战:岩石硬和返速低导致钻速慢,大尺寸井眼内剧烈振动导致钻具裂纹多发,钻压小则钻速慢,钻压稍大则下部振动快速加剧从而导致大尺寸钻具使用寿命远低于预期。为此,在对比研究了深地川科1井(以下简称SDCK-1井)和毗邻8000 m超深井上部井段钻柱振动问题基础上,基于全井钻柱系统动力学模型和数值仿真方法,针对性研究了大尺寸井眼中的钻柱动力学特性。研究结果表明:①井眼尺寸越大,钻头和下部钻具的振动越剧烈,SDCK-1井二开大尺寸井眼与邻井中等尺寸井眼相比(井深500 m处),其钻头及下部钻具振动强度均值分别增加了48.0%和41.5%,比SDCK-1井三开中等尺寸3000 m井深的钻头及下部钻具振动强度均值分别高了29.0%和2.9%;②相同井眼尺寸和岩石特性情况下,下部钻具组合比钻柱整体长度对钻头振动的影响更大,优化下部钻具组合能够明显改善钻头振动,保护钻头,同时还可以提高钻头破岩能量利用效率实现钻井提速;③在大尺寸井眼中钻头破岩激励向上传播,横向振动衰减慢于轴向振动衰减,大尺寸钻头扭矩更大且钻压和扭矩波动更加明显,因此从保护下部钻具的角度出发,大尺寸井眼钻具组合对抑制横振更加有效;④大尺寸井眼中下部钻具弯矩和弯矩波动更大,现场频繁出现的钻具裂纹除受控于整体振动强度较大以外,交变弯矩是裂纹发生的重要原因。结论认为,该研究成果揭示了超深井大尺寸井眼中钻柱的动力学特性,指出了应着重控制横振和交变弯矩,该认识可以为超深井上部大尺寸井眼钻井提供技术指导。; 祝效华李柯李文哲贺明敏佘朝毅谭宾; 关键词：超深井大尺寸井眼钻柱动力学

基于钻柱动力学大位移井钻具接头可靠性研究: 2024年; 以埕海区块大位移井的钻具组合与井身结构为基础,通过钻柱动力学技术计算相同钻压、排量、转速条件下,不同井深底部钻具组合所承受的动态载荷。结果表明:随着井深的增加,随钻测量系统MWD承受的轴向载荷均值逐渐降低,扭矩载荷均值逐渐增大,弯矩与井眼曲率直接相关,且随着井深的增加载荷幅值在变大,并利用随钻测量数据对井眼狗腿度和钻具承受的弯矩载荷进行验证,证明了动力学计算的有效性。从动力学计算结果中选出2个工况环境恶劣的载荷谱,并将极限载荷施加在MWD工具接头上,分析螺纹静强度,结果表明:外螺纹应力最大位置都是位于距台肩面的第2个齿根部,内螺纹最大应力位于端面到第1个螺纹处,螺纹根部的Mises应力低于材料屈服强度;在交变载荷作用下分别循环作用1.0×10^(7)次,接头螺纹的疲劳安全系数为1.1~1.2,在井下工况复杂多变的情况下仍存在一定风险。; 沈吉阳孙晨皓王建民张木楠邹树江彭勇; 关键词：大位移井钻柱动力学

阻尼模型的力学机制及对钻柱动力学特性的影响: 2024年; 钻柱动力学特性模拟中普遍采用Rayleigh阻尼模型来反映阻尼(包括钻井液阻尼)的作用,但很少关注选用该模型的合理依据,且其阻尼系数主要依赖经验确定.首先,在考虑非线性和钻井液阻尼作用的基础上建立了钻柱动力学有限元模型,实现钻柱动力学特性的模拟,然后,研究较为典型的Rayleigh阻尼模型、Caughey阻尼模型、Clough阻尼模型的力学机制及其内在联系,并基于实际算例研究3种阻尼模型对钻柱动力学特性的影响,比较不同阻尼模型下钻柱的横向位移、横向加速度、以及涡动轨迹和涡动速度.结果表明,l取−2∼1时的Caughey阻尼模型的阻尼值偏小,未能起到阻尼的黏滞作用,而l取其他数值时阻尼值又过大,可见取4项的Caughey阻尼模型并不适用于钻柱动力学模拟计算.Rayleigh阻尼模型和Clough阻尼模型可以有效反映钻井液的阻尼效应,所得钻柱动态特性比较贴合实际振动情况,但前者形式简洁,便于计算,更适用于目前钻井工程中的钻柱动力学模拟.; 狄勤丰陈功胡菲菲王文昌陈锋; 关键词：钻柱钻井液动力学特性有限元分析

钛合金/钢钻杆复合钻柱动力学特性分析与优化设计被引量：1: 2024年; 钻井深度的持续增加使钻柱面临的载荷工况越来越严苛。钛合金具有密度小、屈服强度高和弹性模量低等特点,基于井口钻杆抗拉余量设计要求,设计3种钛合金/钢钻杆复合钻柱,即复合钻柱1(Φ101.6 mm钻杆段全段使用钛合金钻杆)、复合钻柱2(Φ101.6 mm钻杆上半段使用钛合金钻杆)和复合钻柱3(Φ101.6 mm钻杆下半段使用钛合金钻杆)。为了探究钛合金/钢钻杆复合钻柱(简称为复合钻柱)的动力学特性,基于Hamiton原理建立复合钻柱的动力学模型,并采用节点迭代法和Newmark-β法对模型进行求解,分析3种复合钻柱的涡动特征、动态应力和振动特性,并与常规钢钻柱进行比较。结果表明:钛合金钻杆的使用可有效减缓钻柱涡动速度、动态应力,其中复合钻柱3的涡动速度、动态应力最小;基于振动特征强度对钻井作业参数进行优化,形成复合钻柱3的钻井作业参数推荐图版并给出合理的施工参数范围。; 陈锋宾国成刘志虎张建军郭文婷吴永清王文昌刘强狄勤丰; 关键词：超深井动力学特性钻井参数

一种简谐冲击下的钻柱动力学特性的计算方法: 本发明涉及的是一种简谐冲击下的钻柱动力学特性的计算方法方法，它包括如下步骤：一、将钻杆、钻铤、底部钻具组合、钻头等效为集中质量的二自由度轴向与扭转相互耦合的物理模型；二、基于振动力学的相关理论，采用牛顿定理描述二自由度轴...; 李思琪陈卓孙文睿童叶霜李玮赵欢

考虑钻头-岩石非线性相互作用的钻柱动力学研究被引量：2: 2023年; 钻头作为底部钻具组合的重要组成部分,直接与岩石接触,其动态特性对底部钻具组合有重要影响。提出了聚晶金刚石钻头(PDC钻头)与岩石的非线性相互作用模型,采用PDC钻头动态特性作为钻柱动态模型的边界条件。为了更真实地模拟钻柱动力学,基于哈密顿原理,采用梁有限元法建立了钻柱动力学模型,通过广义-α法求解,并分析了PDC钻头的动态特性。研究结果表明:轴向振动是钻头最剧烈的振动形式,而当轴向振动传递到钻柱时,产生大幅度衰减,横向振动成为钻柱的主要振动;中性点附近的钻柱不再与井筒碰撞,其运动轨迹接近井眼轴线。; 张会增王名春周长所; 关键词：钻柱动力学

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