隨鉆擴(kuò)眼工具及技術(shù)研究.pdf

1、實(shí)踐表明，隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)在處理井下復(fù)雜情況、降低鉆井綜合成本、提高建井質(zhì)量和安全性等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，隨鉆擴(kuò)眼工具也正逐漸成為一種重要的石油鉆井工具。國(guó)內(nèi)隨鉆擴(kuò)眼工具及其技術(shù)的研究剛起步，重視該項(xiàng)技術(shù)，并以隨鉆擴(kuò)眼工具、配套工藝技術(shù)以及相關(guān)基礎(chǔ)理論的研究為切入點(diǎn)，補(bǔ)充完善石油鉆井工具設(shè)計(jì)和應(yīng)用的基礎(chǔ)理論，加速解決當(dāng)前制約我國(guó)鉆井裝備發(fā)展的部分瓶頸問題，對(duì)提升我國(guó)鉆井的綜合實(shí)力，搶占技術(shù)制高點(diǎn)具有重要的意義。鑒于此，本文就隨鉆擴(kuò)眼工具及其

2、技術(shù)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。 基于底部鉆具組合力學(xué)特性的分析，建立了隨鉆擴(kuò)眼工具底部鉆具組合力學(xué)分析模型，并給出了三維縱橫彎曲連續(xù)梁法求解該模型過程中的各種問題的解決方法。依據(jù)所建立的模型，對(duì)直井中隨鉆擴(kuò)眼鐘擺鉆具和剛性滿眼鉆具的造斜特性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，隨鉆擴(kuò)眼工具對(duì)鐘擺糾斜鉆具組合的影響較小，對(duì)滿眼防斜鉆具組合的影響較大，隨鉆擴(kuò)眼工具的橫向切削能力越強(qiáng)、離鉆頭越近，滿眼鉆具的防斜能力就越差。對(duì)于直井隨鉆擴(kuò)眼來說，選用隨鉆擴(kuò)

3、眼鐘擺鉆具組合，采取低鉆壓鉆井是比較安全的。在擴(kuò)眼工具橫向切削能力不確定的情況下，應(yīng)避免使用擴(kuò)眼工具和鉆頭之間少于兩個(gè)的穩(wěn)定器的滿眼鉆具組合進(jìn)行防斜。 運(yùn)用多體動(dòng)力學(xué)理論，對(duì)隨鉆擴(kuò)眼工具在井眼內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過程和動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了仿真研究。仿真結(jié)果表明，隨著偏心距的增大，或擴(kuò)眼刀翼數(shù)量的減少，所擴(kuò)井眼的實(shí)際可通過直徑逐漸減小，擴(kuò)眼刀翼與井壁的最大接觸力則逐漸增大，仿真結(jié)果與相關(guān)試驗(yàn)規(guī)律吻合良好。對(duì)隨鉆擴(kuò)眼工具和PDC切削齒與巖石的相互作用

4、進(jìn)行了摩擦接觸有限元分析。數(shù)值計(jì)算的結(jié)果較真實(shí)地反映了隨鉆擴(kuò)眼工具和PDC切削齒工作時(shí)，所受接觸壓力、有效應(yīng)力和摩阻應(yīng)力的分布變化情況，研究結(jié)果獲得了試驗(yàn)結(jié)論的支持。 基于井底巖石應(yīng)力狀態(tài)和巖屑啟動(dòng)機(jī)制的分析，采用標(biāo)準(zhǔn)的k．￡雙方程模型，用有限元方法模擬分析了井底反向射流提高鉆井速度的機(jī)理。分析結(jié)果表明，反向射流抽吸井底流體，降低了作用于井底的壓力，使得巖石易于破碎，巖屑的凈化效果改善，而且抽吸作用在井底誘使流體定向流動(dòng)，也強(qiáng)化

5、了井底巖屑的啟動(dòng)，促使新的巖石破壞面暴露，提高鉆頭的破巖鉆進(jìn)效率。 在深入剖析現(xiàn)有隨鉆擴(kuò)眼工具主要結(jié)構(gòu)形式和工作原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)鉆井工程實(shí)際，成功研制出了機(jī)械式PDC隨鉆擴(kuò)眼工具?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，所研制的隨鉆擴(kuò)眼工具原理正確、結(jié)構(gòu)可靠，為提高完井質(zhì)量、解決井下復(fù)雜情況等提供了一個(gè)新的技術(shù)手段，所用結(jié)構(gòu)方案也為相關(guān)鉆井工具的研制提供了有益的借鑒。研究結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)規(guī)律吻合良好，進(jìn)一步說明理論分析方法和結(jié)論是正確的。