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钻柱摩阻扭矩智能预测模型与解释 被引量:1
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作者 刘慕臣 宋先知 +5 位作者 李大钰 朱硕 付利 祝兆鹏 张诚恺 潘涛 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期89-99,共11页
钻井管柱力学的准确表征和动态分析是保证安全高效钻井的关键。现有经典的钻井管柱摩阻扭矩软杆/刚杆模型中,钻柱摩阻系数通过经验估算或钻后反演来确定,其准确性和时效性有待提升。本研究基于人工智能技术在复杂非线性映射问题中的有效... 钻井管柱力学的准确表征和动态分析是保证安全高效钻井的关键。现有经典的钻井管柱摩阻扭矩软杆/刚杆模型中,钻柱摩阻系数通过经验估算或钻后反演来确定,其准确性和时效性有待提升。本研究基于人工智能技术在复杂非线性映射问题中的有效性,通过预测摩阻系数建立机理-数据融合的钻柱摩阻扭矩预测方法。首先利用已钻录井数据和软杆模型反演摩阻系数,为摩阻系数智能预测提供数据基础,通过对74口井数据处理和特征量化分析,建立考虑数据序列特征的LSTM(Long Short-Term Memory)网络,并通过摩阻扭矩预测和SHAP(SHapley Additive exPlanation)可解释性分析验证模型合理性。结果表明:摩阻系数预测误差为5.89%,摩阻扭矩预测误差降低了4.41%,模型表征的输入特征与摩阻系数的映射关系符合管柱力学机理,具备较强稳定性和可解释性。该方法可为钻井管柱力学的准确表征与动态分析提供理论与技术支撑。 展开更多
关键词 智能预测 钻柱摩阻扭矩 摩阻系数 机理数据融合 可解释性 深度学习
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石油钻机管柱移运装置设计与动力学仿真 被引量:2
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作者 陈艳 潘志杰 张利贤 《机械设计与制造工程》 2023年第1期47-52,共6页
为解决石油钻机传动系统抗压能力较弱的问题,设计一种新型石油钻机管柱移运装置,并针对其动力学特性展开研究。将油管上翻机构、伸缩臂、猫道翻转机构连接在石油钻机管柱的既定位置处,完成移运装置的主要部件结构设计,再分别从负荷重心... 为解决石油钻机传动系统抗压能力较弱的问题,设计一种新型石油钻机管柱移运装置,并针对其动力学特性展开研究。将油管上翻机构、伸缩臂、猫道翻转机构连接在石油钻机管柱的既定位置处,完成移运装置的主要部件结构设计,再分别从负荷重心、负荷量、顶升区域三方面,分析所设计石油钻机管柱移运装置的动力学特性。实验结果表明,新型石油钻机管柱移运装置可以在快速向下钻进的同时,保证动力传导设备轴压力载荷量、回旋扭矩载荷量始终处于较高的数值水平,对于增强石油钻机传动系统的抗压能力能起到一定的促进作用。 展开更多
关键词 石油钻机管柱 动力学特性 伸缩臂 轴压力载荷 回旋扭矩载荷
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旋转钻柱与井壁的碰撞摩擦边界问题研究 被引量:12
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作者 祝效华 童华 +1 位作者 刘清友 冯林先 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第15期1833-1837,共5页
旋转钻柱与井壁的碰撞摩擦边界是钻柱动力学研究和摩阻扭矩计算的基础研究内容。介绍了6种钻柱与井壁边界问题的研究方法,借助有限单元法中构造形函数的思想,提出了时间历程形函数法,构造钻柱与井壁的动态边界。将构造的动态边界模型融... 旋转钻柱与井壁的碰撞摩擦边界是钻柱动力学研究和摩阻扭矩计算的基础研究内容。介绍了6种钻柱与井壁边界问题的研究方法,借助有限单元法中构造形函数的思想,提出了时间历程形函数法,构造钻柱与井壁的动态边界。将构造的动态边界模型融入全井钻柱系统动力有限元模型中,研究了钻柱的动力学特性,根据仿真结果与现场实测数据的对比,验证了该研究方法的正确性和合理性。 展开更多
关键词 钻柱与井壁 边界模型 钻柱动力学 摩阻扭矩
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基于钻柱系统动力学的摩阻扭矩计算新方法 被引量:9
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作者 祝效华 童华 +1 位作者 刘清友 冯林先 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第21期4853-4856,共4页
回顾了已有的摩阻扭矩研究工作;探讨了基于全井钻柱系统动力学模型的摩阻扭矩计算方法,全井钻柱系统动力学模型综合考虑了钻柱纵横扭耦合振动、钻柱与井壁摩擦碰撞、泥浆对钻柱的粘滞阻尼、内外环空泥浆对钻柱的弯曲效应与压差效应、钻... 回顾了已有的摩阻扭矩研究工作;探讨了基于全井钻柱系统动力学模型的摩阻扭矩计算方法,全井钻柱系统动力学模型综合考虑了钻柱纵横扭耦合振动、钻柱与井壁摩擦碰撞、泥浆对钻柱的粘滞阻尼、内外环空泥浆对钻柱的弯曲效应与压差效应、钻柱屈曲对摩阻的增益等因素。基于前述系统模型开发了专用的摩阻计算软件,分别以实钻定向井和实钻直井为例给出了部分仿真结果,从仿真结果中获得了许多有价值的结论性认识。首次探讨了动态摩阻的计算方法,提供了较为实用的摩阻计算软件,研究工作对指导钻井施工和丰富钻柱动力学理论都具有较重要的意义。 展开更多
关键词 摩阻扭矩 钻柱系统 动力学 计算软件 新方法
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基于钻柱动力学的井筒摩阻系数预测与应用 被引量:5
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作者 宋巍 胡中志 +2 位作者 周岩 沈园园 魏纳 《西南石油大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期84-90,共7页
井筒摩阻系数是钻井设计和施工阶段准确预测和控制摩阻扭矩的关键因素,对比摩阻扭矩的实测值与预测值可预防钻井事故的发生。为此,基于钻柱动力学摩阻扭矩计算模型,结合近钻头多参数测量仪实测数据,开展了大斜度井实钻条件下套管段和裸... 井筒摩阻系数是钻井设计和施工阶段准确预测和控制摩阻扭矩的关键因素,对比摩阻扭矩的实测值与预测值可预防钻井事故的发生。为此,基于钻柱动力学摩阻扭矩计算模型,结合近钻头多参数测量仪实测数据,开展了大斜度井实钻条件下套管段和裸眼段摩阻系数的预测方法研究,结果成功应用于同类型邻井的三开钻进阶段摩阻扭矩分析与控制。现场应用结果表明,实钻井筒套管内摩阻系数0.27~0.29,裸眼段摩阻系数0.39~0.41,均高于经验值;案例井钩载和扭矩预测值与实际值的误差满足施工精度要求,依托摩阻扭矩预测图版实时监测实钻摩阻扭矩的异常变化,保障了该井顺利施工。研究结果可为大斜度井钻机设备优选、井身剖面优化和现场钻井施工方案决策等提供科学依据。 展开更多
关键词 钻柱动力学 摩扭预测 摩阻系数 计算模型 现场应用
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吉林油田大位移水平井钻柱摩擦阻力计算的间隙元法 被引量:2
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作者 张凤民 闫铁 +1 位作者 刘维凯 毕雪亮 《大庆石油学院学报》 CAS 北大核心 2007年第5期36-40,120,共5页
针对吉林油田大位移井的钻井实际,建立新的大位移井整体钻柱摩阻力分析的间隙元模型.根据钻柱在井眼中的受力状况,给出大位移井钻柱摩阻力沿轴线的分布规律.依据该模型和理论编制了软件,进行扶平24大位移井的摩擦阻力计算.通过与现场实... 针对吉林油田大位移井的钻井实际,建立新的大位移井整体钻柱摩阻力分析的间隙元模型.根据钻柱在井眼中的受力状况,给出大位移井钻柱摩阻力沿轴线的分布规律.依据该模型和理论编制了软件,进行扶平24大位移井的摩擦阻力计算.通过与现场实测值的比较,理论计算值的平均误差为6.94%,能满足石油钻井工程现场的需要. 展开更多
关键词 大位移井 钻柱 力学分析 间隙元 摩擦阻力
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基于全井钻柱系统动力学的摩阻扭矩分析 被引量:3
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作者 李田军 石奎 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第S1期210-212,共3页
在回顾钻柱力学发展进程的基础上,总结了摩阻扭矩的研究现状,探讨了基于全井钻柱非线性系统动力学的摩阻扭矩计算方法,获得了一些有价值的结论性认识,并针对大位移水平井给出了解析式。
关键词 钻柱力学 系统动力学 摩阻扭矩
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钻柱拖扭阻力的计算分析 被引量:7
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作者 刘延强 吕英民 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1996年第3期110-115,共6页
考虑钻柱主要部分的刚度,对水平井乃至其它井中的整个钻柱的拖扭阻力,进行深入分析,提出了系统的计算模型、方法及其功能与适用范围,并对起下钻及钻进时的大钩载荷、摩阻、水平段长度设计、井身优化等问题,进行了计算分析。
关键词 摩擦阻力 扭矩 钻柱 钻具组合
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钻杆减阻工具减阻效果计算与分析 被引量:3
9
作者 祝效华 朱虎军 +2 位作者 司念亭 左凯 童华 《海洋石油》 CAS 2008年第2期112-115,共4页
通过全井钻柱系统动力学模型和计算软件,以某已实施水平井为例,计算了井口至不同井段的动态摩阻扭矩,根据计算结果初步设计了多种减阻工具安放方案,完成了不同安放方案动态摩阻扭矩的计算与分析,通过分析发现动力学计算方法能较好地反... 通过全井钻柱系统动力学模型和计算软件,以某已实施水平井为例,计算了井口至不同井段的动态摩阻扭矩,根据计算结果初步设计了多种减阻工具安放方案,完成了不同安放方案动态摩阻扭矩的计算与分析,通过分析发现动力学计算方法能较好地反应摩阻扭矩的波动情况;具体井况中减阻工具的安放数量存在一个临界值,并非越多越好;安放位置必须经过对比计算确定,合理的安放位置不仅可以有效降低摩阻,而且可以减少安放工具数量。文中的钻柱系统动力学特性分析技术可以为减阻工具选型及安放位置优化提供有力的支撑。 展开更多
关键词 减阻工具 摩阻扭矩 定量计算 安放位置 钻柱动力学
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径向振动对旋转钻柱摩阻扭矩的影响 被引量:4
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作者 李子丰 张超越 +1 位作者 任文明 马建伟 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期80-86,共7页
大位移井已被广泛应用于非常规油气资源的勘探开发当中,但在大位移井大斜度稳斜段钻进过程中,如果扭矩过大易造成钻柱失效,而目前关于水平段径向振动对于旋转钻柱摩阻扭矩影响规律的研究则较少,并且多集中于产生径向振动工具研制和摩擦... 大位移井已被广泛应用于非常规油气资源的勘探开发当中,但在大位移井大斜度稳斜段钻进过程中,如果扭矩过大易造成钻柱失效,而目前关于水平段径向振动对于旋转钻柱摩阻扭矩影响规律的研究则较少,并且多集中于产生径向振动工具研制和摩擦系数测量等方面。为此,在分析径向振动对于旋转钻柱摩阻扭矩影响原理的基础上,设计了不同型号截面外形为椭圆形的钻杆减磨接头模型;采用自行研制的减摩降扭工具性能试验装置,对不同钻速、转速条件下安装有不同钻杆接头模型的水平旋转钻柱进行扭矩测试;进而探究了径向振动对钻柱摩阻扭矩的影响规律。研究结果表明:①随钻杆接头椭圆截面长短轴半径比的增大,扭矩均值和扭矩波动最大幅值均先减小后增大,长短轴半径比为1.065时,扭矩的均值和最大幅值均明显降低,可以起到减摩降扭的作用;②减小钻速和转速,可以降低扭矩均值;③转速超过45 r/min后,扭矩最大幅值随转速的增加变化不大;④扭矩波动基频与转速呈近似线性关系,与钻速和长短轴半径比无关。结论认为,该研究成果可以为大位移井水平井钻柱接头设计与应用提供帮助。 展开更多
关键词 大位移井 大斜度稳斜钻进 径向振动 旋转钻柱摩阻扭矩 钻杆减磨接头 长短轴半径比 转速 钻速
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基于状态反馈和扭矩前馈钻柱黏滑振动控制系统 被引量:2
11
作者 付蒙 李江红 +3 位作者 吴亚锋 宋叔飚 赵艾奇 李文青 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期291-298,共8页
钻柱黏滑振动现象广泛存在于油气井的勘探开发。该振动容易造成钻柱连接松动,加快钻井部件的磨损和失效,从而降低钻井效率、威胁钻井安全。为了抑制钻柱黏滑振动,提出一种状态反馈和扭矩前馈结合的控制方案。基于建立的钻进系统双自由... 钻柱黏滑振动现象广泛存在于油气井的勘探开发。该振动容易造成钻柱连接松动,加快钻井部件的磨损和失效,从而降低钻井效率、威胁钻井安全。为了抑制钻柱黏滑振动,提出一种状态反馈和扭矩前馈结合的控制方案。基于建立的钻进系统双自由度集中参数模型,设计一种状态观测器,可以估计钻进系统难以测量的井下状态。并设计一种参考值优化算法,可以根据钻头与岩石间的摩擦扭矩,实时计算所有状态参考值和前馈扭矩输入量。结合状态观测器和参考值优化算法,实现了全维状态控制器的设计。仿真结果表明,在变化的非线性摩擦扭矩下,设计的控制方案对钻柱黏滑振动起到了良好的抑制效果。井场实验表明,设计的控制器可以应用于抑制钻井现场产生的钻柱黏滑振动现象。 展开更多
关键词 钻柱 黏滑振动 参考值优化 状态观测器 前馈控制 状态反馈控制
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考虑接头的钻柱摩阻扭矩分析 被引量:9
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作者 易浩 唐波 +1 位作者 练章华 孟英峰 《西南石油学院学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第4期85-89,共5页
钻柱接头的直径大于管体直径,在通常情况下钻柱与井壁间的接触发生在接头上。建立考虑接头钻柱的力学模型,并用迭代法进行求解,成功地分析了考虑接头钻柱在钻进、起钻、下钻、空转及倒划眼时与井壁的接触力、摩阻扭矩,并能预测各接头处... 钻柱接头的直径大于管体直径,在通常情况下钻柱与井壁间的接触发生在接头上。建立考虑接头钻柱的力学模型,并用迭代法进行求解,成功地分析了考虑接头钻柱在钻进、起钻、下钻、空转及倒划眼时与井壁的接触力、摩阻扭矩,并能预测各接头处接触力的大小、方向。通过与现场试验数据相比较,对钩载的预测误差小于5%,对扭矩的预测误差小于7%。该模型为预测钻柱摩阻扭矩提供了一个快捷准确的方法。 展开更多
关键词 钻柱 钻杆接头 摩阻扭矩 分析
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悬杆线井眼轨道设计方法 被引量:3
13
作者 于凡 黄根炉 +3 位作者 韩志勇 倪红坚 李菁 李伟 《石油勘探与开发》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1043-1052,共10页
基于弹性杆力学模型建立了悬杆线井眼轨道设计方法,对比了悬杆线轨道在降摩减扭等方面的优势,分析了悬杆线轨道降摩减扭效果的主控因素及其影响规律。研究表明,相对于常规轨道,悬杆线轨道在一定的参数区间内能够有效降低摩阻、扭矩,相... 基于弹性杆力学模型建立了悬杆线井眼轨道设计方法,对比了悬杆线轨道在降摩减扭等方面的优势,分析了悬杆线轨道降摩减扭效果的主控因素及其影响规律。研究表明,相对于常规轨道,悬杆线轨道在一定的参数区间内能够有效降低摩阻、扭矩,相对于悬链线轨道,悬杆线轨道具有更多的可控参数。影响悬杆线轨道降摩减扭效果的主要因素有摩擦系数、造斜点至靶点的水平距离和垂直距离、悬杆段起始点井斜角,摩擦系数、悬杆段起始点井斜角越大,降摩减扭效果越差;当造斜点至靶点的水平距离和垂直距离均超过3 000 m且两者比值接近1.5时,悬杆线轨道的降摩减阻效果最为理想,滑动钻进摩阻最大可降低60%,旋转钻进扭矩最大可降低40%,在深层大位移井中有独特的应用前景。图8表6参28。 展开更多
关键词 井眼轨道设计 悬杆线轨道 钻柱力学模型 降摩减扭 钻井
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大斜度小井眼随钻扩眼钻柱动力学研究 被引量:3
14
作者 郑欣 付建红 +2 位作者 周伟 侯子旭 郑晓龙 《钻采工艺》 CAS 北大核心 2013年第4期70-72,78,共4页
随钻扩眼钻井技术是一种能有效解决小井眼钻井难题的重要技术,但存在钻柱动力学稳定性差、扩眼效果不理想和钻速低等问题。文章针对TH-A井■149.2mm大斜度小井眼随钻扩眼至■170mm井眼作业过程,基于有限元力学分析方法,建立了适合大斜... 随钻扩眼钻井技术是一种能有效解决小井眼钻井难题的重要技术,但存在钻柱动力学稳定性差、扩眼效果不理想和钻速低等问题。文章针对TH-A井■149.2mm大斜度小井眼随钻扩眼至■170mm井眼作业过程,基于有限元力学分析方法,建立了适合大斜度小井眼的随钻扩眼钻柱动力学模型,采用Newmark法进行随钻扩眼有限元动力学模拟,研究BHA在小井眼中的运动状态,分析钻柱各关键位置处扭转角速度、扭矩、等效应力、井口轴向力及扭矩的时间响应。模拟结果与实测吻合较好,为研究随钻扩眼钻柱的振动特性,优化随钻扩眼措施提供了理论支持。 展开更多
关键词 随钻扩眼 动力学模型 钻柱振动 动应力 有限元
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钻柱摩阻扭矩测试试验装置设计 被引量:3
15
作者 吴泽兵 吕澜涛 +2 位作者 郭龙龙 王文娟 张帅 《石油机械》 北大核心 2019年第10期20-26,共7页
现有的钻柱摩阻扭矩理论模型假设较多,导致计算值与真实值有较大差异,这严重制约了钻柱力学行为研究和钻井参数的优化。鉴于此,基于相似理论,考虑井斜角和方位角的变化,设计了可模拟不同井身结构的钻柱摩阻扭矩测试试验装置。该装置可... 现有的钻柱摩阻扭矩理论模型假设较多,导致计算值与真实值有较大差异,这严重制约了钻柱力学行为研究和钻井参数的优化。鉴于此,基于相似理论,考虑井斜角和方位角的变化,设计了可模拟不同井身结构的钻柱摩阻扭矩测试试验装置。该装置可有效测量不同钻井参数对钻柱摩阻扭矩的影响,可对任意角度的井斜角、方位角的井身结构的整体钻柱进行模拟。结合运动学和强度分析,验证了试验装置设计合理、安全可行。钻柱摩阻扭矩测试试验装置可用于竖直井、大位移井和水平井钻柱的摩阻扭矩分析、运动学和动力学等方面的研究,也可用于自动化钻井和页岩气开采等相关的科研及教学。 展开更多
关键词 摩阻扭矩 试验装置 钻柱 相似理论 水平井
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摩阻扭矩装置钻柱稳定性分析及可视化应用 被引量:3
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作者 吴泽兵 张文超 +3 位作者 黄海 周珂飞 赵海超 郑维新 《石油机械》 北大核心 2021年第3期51-56,共6页
钻进过程中钻柱的非线性屈曲影响着摩阻扭矩试验装置的安全和平稳运行。针对现有的水平井摩阻扭矩试验装置,基于动力学软件ADAMS,结合力平衡理论和相似理论,建立了与真实试验装置具有一致钻井参数的水平井段钻柱-井壁动态非线性接触模... 钻进过程中钻柱的非线性屈曲影响着摩阻扭矩试验装置的安全和平稳运行。针对现有的水平井摩阻扭矩试验装置,基于动力学软件ADAMS,结合力平衡理论和相似理论,建立了与真实试验装置具有一致钻井参数的水平井段钻柱-井壁动态非线性接触模型。研究了不同钻压下钻柱在井筒中的运动状态与钻柱系统各测点的偏移量,通过分析得到钻柱屈曲的临界预警钻压为29 N,进一步保证了装置的安全运行,提高了钻柱摩阻扭矩装置的试验效率。另因钻柱系统在井筒中的钻进过程难以观测,结合仿真结果,基于Keyshot软件重现了井下钻具组合钻进过程,实现了井下钻柱系统工作状态的可视化。在试验和理论相互补充、支撑的同时便于利用该装置针对钻柱摩阻扭矩开展更深层次的研究。 展开更多
关键词 摩阻扭矩 钻柱屈曲 ADAMS 水平井 可视化
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Method of suspender line trajectory design
17
作者 YU Fan HUANG Genlu +3 位作者 HAN Zhiyong NI Hongjian LI Jing LI Wei 《Petroleum Exploration and Development》 CSCD 2021年第5期1208-1217,共10页
Based on the mechanical model of an elastic rod,a new trajectory design method was established.The advantages of the suspender line trajectory in reducing drag and torsion were compared,and the main controlling factor... Based on the mechanical model of an elastic rod,a new trajectory design method was established.The advantages of the suspender line trajectory in reducing drag and torsion were compared,and the main controlling factors of drag and torque and their influence rules were analyzed.Research shows that the suspender line trajectory reduces drag and torque more effectively than the conventional trajectory in a certain parameter interval and has more controllable parameters than that of the catenary trajectory.The main factors affecting the drag reduction and torque reduction of the suspender line trajectory include the friction coefficient,vertical distance,horizontal distance,and deviation angle at the initial point in the suspended section.The larger the friction coefficient and deviation angle,the less the drag reduction and torque reduction.The suspender line trajectory has the best drag reduction effect when the horizontal and vertical distances are more than 3000 m and the ratio is close to 1.5.The drag in sliding drilling can be reduced up to 60%,and the torque in rotary drilling can be reduced by a maximum of 40%.Therefore,the trajectory design of the suspender line has unique application prospects in deep extended-reach wells. 展开更多
关键词 wellbore trajectory design suspender line trajectory mechanics of drill string drag and torque reduction drilling
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用非线性有限元法预测南海水平井摩阻
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作者 郭永峰 金晓剑 谭树人 《中国海上油气(工程)》 2000年第2期31-34,58,共5页
将非线性有限元的力学方法应用于水平井钻井摩阻的预测,在此基础上编制了一套大位移水平井摩阻计算软件,并于1997年底用软件为南海西部涠洲12-1平台的4口水平井作了钻井摩阻预测。以涠洲12-1-SI2井为例,给出了各种预测和实钻数据,通过讨... 将非线性有限元的力学方法应用于水平井钻井摩阻的预测,在此基础上编制了一套大位移水平井摩阻计算软件,并于1997年底用软件为南海西部涠洲12-1平台的4口水平井作了钻井摩阻预测。以涠洲12-1-SI2井为例,给出了各种预测和实钻数据,通过讨论,得出了一些有价值的结论。 展开更多
关键词 钻柱力学 南海 钻井平台 水平井 非线性有限元法
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