中短半径水平井造斜率与螺杆钻具应力研究

应用非线性有限元法,建立了中短半径水平井螺杆钻具力学模型。分析了不同井眼曲率和不同弯角下120mm大角度单弯螺杆钻具组合应力分布情况,最大等效应力随着曲率的增加先减小后增大,随着弯角的增大而增大;采用平衡曲率法,对大角度单弯螺杆造斜率进行了计算。确定了螺杆钻具组合极限应力与造斜率的关系,等效应力线与分界线交点的左侧随井眼曲率增加而减小、等效应力线与分界线交点的右侧随井眼曲率增加而增加。该项研究为中短半径水平井大角度单弯螺杆钻具的安全使用、轨迹控制设及螺杆钻具的改进提供了依据。

中短半径水平井弯曲井段套管受力分析

套管柱在高井[曲率的水平井弯曲井段将产生较大弯曲应力和较大的径向变形,有可能导致强度破坏和变形失稳。为了研究套管在弯曲载荷作用下的应力分布及变形情况,采用三维实体单元,运用有限元方法建立了中短半径水平井弯曲井段套管的计算模型,分析了三种不同外径尺寸的套管在一定围压和不同弯曲载荷作用下的最大径向变形量和最大等效应力值,并分析其随井[曲率的变化规律。计算表明,井[曲率增大,弯曲井段套管的径向变形和应力也随之增大;同一井[曲率下,外径较大的套管,径向变形和应力也较大。通过研究,对高井[曲率下中短半径水平井弯曲井段套管柱强度设计提供了理论依据。

中短半径水平井弯曲段套管剩余抗挤强度分析

为得到套管柱剩余抗挤强度与水平井弯曲段造斜率间的定量关系,采用理论推导和三维有限元模拟的方法,分析了3种不同外径尺寸的套管在弯曲荷载和外挤压力作用下的剩余抗挤强度。计算结果表明,弯曲作用产生的套管截面不圆度对套管剩余抗挤强度影响不大;套管柱剩余抗挤强度与水平井弯曲段造斜率间较好地符合二次反比例关系;在造井眼斜率相同时,套管柱剩余抗挤强度与套管柱的径厚比服从指数反比例分布关系。研究结果为中短半径水平井弯曲井段套管柱抗挤强度的设计提供参考依据。

顺北1-4H井超深小井眼中短半径水平井钻井难点及技术对策

顺北油田是中国石化西北油田分公司塔河油田接替区域,顺北油田是目前国内最深的油气藏,地层温度、压力高,很多地方奥陶系桑塔木组含有辉绿岩,受辉绿岩影响,不得不用超深小井眼中短半径水平井钻井。以顺北1-4H井为例,该井面临托压、温度高而仪器配套难、轨迹难以控制等难题。针对顺北1-4H井难题进行分析,形成了相应的技术对策,顺北1-4H井采取这些对策成功钻至目标地层,获得了良好的油气发现。顺北1-4H井采用■120.65mm小井眼钻井,完钻井深8049.50m,创造了■120.65mm小井眼水平井井深最深纪录。顺北1-4H井的成功完井,为超深小井眼水平井钻井的施工提供了很好的借鉴经验。

φ177.8 mm套管内大角度单弯螺杆下入阻力分析

钻中短半径水平井,在采用弯角较大的单弯螺杆钻具以满足高造斜率的需要时,由于套管内径较小,螺杆钻具钻头处位移比较大,螺杆钻具能否顺利通过直井段是钻中短半径水平井面临的一个重要问题。研究大角度螺杆钻具通过直井段时的力学特性对于合理选取螺杆钻具组合具有重要意义。文章采用有限元方法,以φ177.8 mm(7英寸)套管内单弯螺杆钻具为例,分析了单弯螺杆通过直井段时的应力分布规律及不同弯角大小对单弯螺杆通过直井段的影响。