钻柱旋转对大位移井井眼净化影响规律的研究 被引量：14

1

作者 李明 汪志明 +2 位作者 郝炳英 王在强 洪玉奎 《石油机械》 北大核心 2009年第12期34-37,共4页

为了研究钻柱旋转对井眼净化效果的影响规律,选择215.9mm井眼及127.0mm钻柱作为环空尺寸,取钻柱的偏心度为0.5,选择20m作为轴向长度构造物理模型。采用欧拉多相流数学模型对问题进行分析处理,内边界条件设定为旋转,外边界条件为井壁... 为了研究钻柱旋转对井眼净化效果的影响规律,选择215.9mm井眼及127.0mm钻柱作为环空尺寸,取钻柱的偏心度为0.5,选择20m作为轴向长度构造物理模型。采用欧拉多相流数学模型对问题进行分析处理,内边界条件设定为旋转,外边界条件为井壁(不考虑其摩擦效应)。数值模拟结果认为,钻柱旋转带动液、固相做周向旋转运动,其与轴向流动耦合使得环空内固相运动方式与钻柱无旋转时有很大的不同,类螺旋流动是液、固相的主要运动方式,钻柱旋转不仅能降低环空内固相含量,而且还会使固相移动速度增加,从而促进水平井段的井眼净化。 展开更多

关键词 井眼净化 钻柱旋转 大位移井 沉积床 数值模拟

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水平井中钻柱旋转对岩屑运移影响规律研究 被引量：11

2

作者 张好林 李根生 +1 位作者 肖莉 杨传书 《科学技术与工程》 北大核心 2016年第2期125-130,共6页

由于水平井井身结构的特殊性,岩屑较易在斜井段及水平段中沉积形成岩屑床,进而导致卡钻等一系列问题。分析了水平井岩屑运移机理,并建立了水平井中岩屑运移临界流速数学模型。研究钻柱偏心度、转速、井斜角、岩屑粒径及流体粘度对于临... 由于水平井井身结构的特殊性,岩屑较易在斜井段及水平段中沉积形成岩屑床,进而导致卡钻等一系列问题。分析了水平井岩屑运移机理,并建立了水平井中岩屑运移临界流速数学模型。研究钻柱偏心度、转速、井斜角、岩屑粒径及流体粘度对于临界流速的影响。研究表明,钻柱转速增大,直井段岩屑运移临界流速增大,水平段岩屑运移流速减小;井斜角较小时,岩屑运移所需的临界流速随偏心度增大;井斜角较大时,在偏心度较小条件下,岩屑运移所需的临界流速略有增大;而在偏心度较大条件下,岩屑受钻柱转动影响进入悬浮运移状态,运移所需的临界流速急剧减小。岩屑粒径越大其运移所需的临界流速越高,钻井液黏度的增大有利于降低岩屑运移临界流速。 展开更多

关键词 水平井 岩屑运移 钻柱旋转 偏心度 转速

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大斜度井偏心环空钻柱旋转对岩屑运移的影响 被引量：12

3

作者 孙晓峰 纪国栋 +2 位作者 王克林 曲从锋 蒋天洪 《特种油气藏》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期133-136,148,共4页

在钻井过程中,当液流速度小于岩屑悬浮运移速度时,岩屑容易在大斜度井段沉降并形成岩屑床,导致钻柱卡钻、高摩阻和扭矩、低机械钻速等问题。建立大斜度偏心环空三维物理模型,采用结构网格划分环空流体域,用滑移网格模拟钻柱旋转。基于... 在钻井过程中,当液流速度小于岩屑悬浮运移速度时,岩屑容易在大斜度井段沉降并形成岩屑床,导致钻柱卡钻、高摩阻和扭矩、低机械钻速等问题。建立大斜度偏心环空三维物理模型,采用结构网格划分环空流体域,用滑移网格模拟钻柱旋转。基于欧拉固液两相流模型和Realizable k-ε紊流模型,考虑钻井液对岩屑的举升力、岩屑加速产生的虚质量力以及固液间的动量交换,模拟了钻柱旋转条件下井斜角、岩屑注入浓度、钻井液速度和黏度对岩屑运移的影响。研究表明:钻柱旋转使得岩屑床床面沿旋转方向倾斜,沿井眼呈不对称分布状态,并能够显著减小环空岩屑浓度,其变化幅度受钻井液入口流速、井斜角、钻井液黏度和岩屑注入浓度的影响,但当转速达到某一临界值后,旋转作用效果将减弱。研究结果可为采取合理措施提高岩屑运移效率提供参考。 展开更多

关键词 偏心环空 大斜度井 钻柱旋转 岩屑运移 岩屑体积浓度

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钻柱旋转条件下水平井岩屑床厚度计算模型研究 被引量：2

4

作者 白明娜 谢江锋 +4 位作者 陈海涌 欧阳勇 安锦涛 张倩 阚正玉 《钻采工艺》 CAS 北大核心 2023年第2期8-14,共7页

水平段钻进过程中,井眼清洁效果不佳可导致摩阻扭矩增大、环空压耗激增、卡钻等井下复杂情况,严重制约水平段延伸能力。前人在相关研究中往往忽略或弱化了钻杆转速对水平段井眼清洁的影响,建立的相关理论模型未考虑钻杆旋转对环空流场... 水平段钻进过程中,井眼清洁效果不佳可导致摩阻扭矩增大、环空压耗激增、卡钻等井下复杂情况,严重制约水平段延伸能力。前人在相关研究中往往忽略或弱化了钻杆转速对水平段井眼清洁的影响,建立的相关理论模型未考虑钻杆旋转对环空流场的影响。为探究钻杆转速和排量对岩屑运移的协同作用,文章通过对水平井钻杆旋转时的不同方向上的环空流场流体流速以及对岩屑颗粒的三维受力分析建立了钻柱旋转条件下的水平井岩屑床厚度计算模型。在水平段钻进过程中,由于重力作用,钻杆沉于环空低边,形成窄环空区域,模型计算结果表明该区域钻井液轴向流速慢,往往不足以达到岩屑启动的临界流速从而造成岩屑沉积,此时钻杆旋转导致的钻井液周向速度可将岩屑带入环空高边的高速流域从而达到携岩的效果。利用该模型对玛湖现场常用的7种环空尺寸进行了计算,推荐了不同井眼尺寸下的钻杆转速,通过实钻情况的对比分析证实了本模型的可靠性。该模型为指导水平井钻进提供了一定的理论基础。 展开更多

关键词 水平井 钻柱旋转 岩屑运移 岩屑床厚度 钻进参数优选

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大位移井中利用钻柱旋转作用清除岩屑床的机理研究 被引量：21

5

作者 石晓兵 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第2期51-53,共3页

井眼净化 ,是大位移钻井的关键技术之一 ;大位移井中 ,岩屑床是制约井眼净化的关键性因素。除钻井水力、钻井液流变参数外 ,钻柱的旋转作用是清除岩屑床的一个重要因素。通过对钻柱旋转作用下的环空流场的研究和分析 ,揭示了钻柱旋转对... 井眼净化 ,是大位移钻井的关键技术之一 ;大位移井中 ,岩屑床是制约井眼净化的关键性因素。除钻井水力、钻井液流变参数外 ,钻柱的旋转作用是清除岩屑床的一个重要因素。通过对钻柱旋转作用下的环空流场的研究和分析 ,揭示了钻柱旋转对清除岩屑床的力学机理 ,即旋转作用使压力分布呈现波动形式 ,产生了有利于清除岩屑的循环力和陀螺力。波动的压力使岩屑床趋于非稳定 ,而循环力和陀螺力则对岩屑床产生搅动和支承作用 ,便于环空上返流速对岩屑的携带。并以国内大港油田大位移井红 9— 1为例 ,说明了钻柱旋转在大位移井中对清除岩屑床的重要作用。 展开更多

关键词 大角度斜井 旋转钻井 岩屑床 钻柱旋转作用

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考虑钻井液流动阻力与钻柱旋转的井筒瞬态传热新模型 被引量：6

6

作者 张更 李军 +3 位作者 柳贡慧 杨宏伟 王江帅 安锦涛 《断块油气田》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期133-138,共6页

为了分析钻井液流动阻力与钻柱旋转对井筒温度的影响,文中基于能量守恒定律,考虑流动阻力产生的摩擦热能与钻柱旋转产生的旋转动能,建立了井筒瞬态传热新模型。该模型的计算值比Yang数值模型和Al-Saedi解析模型的计算值高,更接近井底实... 为了分析钻井液流动阻力与钻柱旋转对井筒温度的影响,文中基于能量守恒定律,考虑流动阻力产生的摩擦热能与钻柱旋转产生的旋转动能,建立了井筒瞬态传热新模型。该模型的计算值比Yang数值模型和Al-Saedi解析模型的计算值高,更接近井底实际温度。实例井计算结果表明:相比于流动阻力,钻柱旋转对井口温度和井底温度的影响较大;流动阻力与钻柱旋转对上部井段温度的影响不大,但随着井深的增加,影响逐渐加剧;随着钻柱转速与钻井液排量的增加,环空温度不断增大。 展开更多

关键词 瞬态传热模型 井筒温度 流动阻力 钻柱旋转

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钻柱旋转对大斜度井岩屑运移的影响研究 被引量：10

7

作者 牟艳宇 张艳华 冯雷 《科学技术与工程》 2010年第15期3582-3584,共3页

大斜度井中岩屑能否有效地运移对安全钻井至关重要。在国内外学者对大斜度井岩屑运移问题研究的基础上,考虑了钻柱旋转对其影响。钻柱旋转产生螺旋流,在螺旋流场中建立空间三维坐标,对岩屑颗粒进行受力分析,建立了力学平衡方程,进而求... 大斜度井中岩屑能否有效地运移对安全钻井至关重要。在国内外学者对大斜度井岩屑运移问题研究的基础上,考虑了钻柱旋转对其影响。钻柱旋转产生螺旋流,在螺旋流场中建立空间三维坐标,对岩屑颗粒进行受力分析,建立了力学平衡方程,进而求出临界环空返速,在此基础上可以计算最小携岩排量。通过研究可知,钻柱旋转对岩屑运移起到了有效作用,工程实践中,计算最小携岩排量时应考虑钻柱旋转的影响。 展开更多

关键词 钻柱旋转 岩屑运移 螺旋流

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钻柱旋转滑动控制工具的研制与应用 被引量：5

8

作者 郑德帅 陈丽萍 《钻采工艺》 CAS 北大核心 2022年第3期94-98,共5页

文章针对页岩气井长水平段定向作业时存在的井下摩阻大、托压严重等现象,一定程度上制约了水平段延伸、机械钻速提高等问题,研制了一种钻柱旋转滑动控制工具。该工具的工作原理为类似一个带开关的离合器,当井下需要滑动定向作业时,打开... 文章针对页岩气井长水平段定向作业时存在的井下摩阻大、托压严重等现象,一定程度上制约了水平段延伸、机械钻速提高等问题,研制了一种钻柱旋转滑动控制工具。该工具的工作原理为类似一个带开关的离合器,当井下需要滑动定向作业时,打开工具,实现工具上端钻柱由转盘控制产生旋转运动,工具下端钻柱由螺杆控制产生滑动运动,避免定向作业时由于钻柱不旋转、只能滑动钻进且部分钻柱还紧贴井壁产生较大的滑动摩擦阻力,实现定向作业时消除滑动摩擦的同时,还可以有效解决托压问题。钻柱旋转滑动控制工具利用地面开关钻井泵的方式完成工具的启动与锁定,同时建立了工具的安放位置计算方法。样机经过测试表明,结构设计合理,开关使用寿命超过200次,成功率达到100%。经过现场试验,试验井段机械钻速提高22.5%,该工具的成功研制及推广应用后将对于页岩气水平井的降阻提速产生重要意义。 展开更多

关键词 长水平段 滑动钻进 摩阻阻力 机械结构 旋转钻柱运动

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一种新型旋转定向钻井工具的研制与应用

9

作者 杜征鸿 郑德帅 +1 位作者 刘建华 黄贵生 《钻采工艺》 北大核心 2025年第4期185-189,共5页

针对水平井钻进时螺杆钻具定向效率低、旋转导向使用成本高这一难题,研制了一种螺杆钻具定向时可旋转钻柱的旋转定向钻井工具。基于螺杆钻具反扭矩振动特性分析,提出产生自适应扭矩以自动平衡螺杆钻具反扭矩的技术思路,解决了工具面不... 针对水平井钻进时螺杆钻具定向效率低、旋转导向使用成本高这一难题,研制了一种螺杆钻具定向时可旋转钻柱的旋转定向钻井工具。基于螺杆钻具反扭矩振动特性分析,提出产生自适应扭矩以自动平衡螺杆钻具反扭矩的技术思路,解决了工具面不稳定的技术难题。设计了增压结构,满足了井下复杂对高扭矩的需求。结合理论方法和现场数据,建立了底部钻具组合压耗和摩阻扭矩计算模型,提高了旋转定向工具的控制精度。现场应用表明,该工具扭矩平衡原理可行、机械结构设计合理,实际钻井条件下可有效稳定工具面,提高机械钻速,实现旋转定向钻进、复合钻进以及常规定向钻进三种状态,具有部分替代旋转导向的良好前景。 展开更多

关键词 水平井 旋转钻柱 工具面 降阻提速

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钻柱偏心旋转对环空摩阻压降影响的数值模拟研究 被引量：7

10

作者 田野 蒋东雷 +3 位作者 马传华 徐一龙 于晓东 宋洵成 《石油钻探技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期42-49,共8页

准确预测钻柱偏心旋转工况下的环空摩阻压降是复杂结构井控压钻井的重要理论基础,但常规钻井液环空摩阻压降计算方法无法直接计算复杂结构井的环空摩阻压降。为此,应用数值模拟方法,分析了偏心度(0~67.42%)和钻柱转速(0~114.65 r/min)... 准确预测钻柱偏心旋转工况下的环空摩阻压降是复杂结构井控压钻井的重要理论基础,但常规钻井液环空摩阻压降计算方法无法直接计算复杂结构井的环空摩阻压降。为此,应用数值模拟方法,分析了偏心度(0~67.42%)和钻柱转速(0~114.65 r/min)对典型环空(Ф127.0 mm钻杆和Ф215.9 mm井眼)中摩阻压降梯度的影响。分析结果表明:偏心度小于45.00%时,转速和偏心度对摩阻压降梯度影响较弱,摩阻压降梯度随转速增大略有降低,随偏心度增大而增大;偏心度大于45.00%时,低转速(<60 r/min)下摩阻压降梯度随偏心度增大而降低,高转速(≥60 r/min)下摩阻压降梯度随偏心度增大而略有增大。基于数值模拟结果,建立了偏心度分类的无因次偏心环空摩阻压降梯度预测模型,计算了南海某水平井Ф215.9 mm井段的ECD,并与PWD测试结果进行了对比,平均相对误差为0.45%,表明该模型具有较好的准确性。研究结果表明,无因次偏心旋转环空摩阻压降计算模型可以精细描述环空压力场和准确计算ECD,为控压钻井水力参数优化提供指导。 展开更多

关键词 钻柱偏心 钻柱旋转 环空摩阻 环空压降 数值模拟 预测模型

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旋转钻柱内赫巴流体流动模型与流场特性研究 被引量：1

11

作者 张晋凯 李根生 +2 位作者 刘广军 宋先知 王海柱 《石油机械》 北大核心 2013年第5期15-18,24,共5页

为了揭示钻井液在旋转钻柱内的流动特性,采用数值模拟方法建立了旋转钻柱内赫巴流体的流动模型。研究了钻柱的旋转速度、轴向流速及密度的变化对钻柱内螺旋流场的影响,并给出了合理的解释。通过分析得出旋转钻柱内赫巴流体的流动由于其... 为了揭示钻井液在旋转钻柱内的流动特性,采用数值模拟方法建立了旋转钻柱内赫巴流体的流动模型。研究了钻柱的旋转速度、轴向流速及密度的变化对钻柱内螺旋流场的影响,并给出了合理的解释。通过分析得出旋转钻柱内赫巴流体的流动由于其表观黏度的单峰分布特性,使得螺旋流场减弱了流体质点在各方向上的随机脉动趋势,并增强了流场旋流的整体趋势。该项研究成果对于钻柱内考虑旋转效应流场钻井液流动的深入研究具有指导意义。 展开更多

关键词 旋转钻柱 螺旋流 流动模型 流场特性 赫巴流体 数值模拟

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旋转钻柱振动的动力响应分析 被引量：2

12

作者 薛中天 屈展 《石油机械》 北大核心 1994年第3期23-27,共5页

针对钻井过程中钻柱的旋转运动及扭转和横向弯曲振动形式的同时发生，分析和探讨了旋转状态下的钻柱耦合振动问题，建立了一个含回转项的旋转钻柱运动方程，并用近似方法解出了其动力响应的具体表达式。

关键词 钻柱 振动分析 旋转钻柱

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径向振动对旋转钻柱摩阻扭矩的影响 被引量：4

13

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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水平旋转钻柱横向振动特性试验 被引量：10

14

作者 邵冬冬 管志川 +1 位作者 温欣 史玉才 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期100-103,108,共5页

利用水平井钻柱动力学特性模拟装置,对不同钻压和转速条件下水平旋转钻柱横向振动特性进行试验研究。结果表明:钻压和转速是影响水平井旋转钻柱横向振动特性的重要因素;随着转速增加,两横向振动的频率逐渐变大而相位差变小,两横向振动... 利用水平井钻柱动力学特性模拟装置,对不同钻压和转速条件下水平旋转钻柱横向振动特性进行试验研究。结果表明:钻压和转速是影响水平井旋转钻柱横向振动特性的重要因素;随着转速增加,两横向振动的频率逐渐变大而相位差变小,两横向振动频率与钻柱自转频率呈线性关系;钻压增大对两横向振动频率的影响不大,但两横向振动的相位差会随着钻压的增大而逐渐变小;实际钻进中,钻柱一直处于井筒的右下部,转速选取时应尽量避开52.1 r/min。 展开更多

关键词 钻井 水平旋转钻柱 钻压 转速 横向振动 试验

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旋转钻柱动载扭矩的研究及其应用 被引量：1

15

作者 姜伟 《中国海上油气（工程）》 1997年第1期24-30,共7页

本文就钻井作业中经常发生的钻具扭断事故进行了运动机理上的分析和研究,并运用双向应力状态分析方法及能量守恒原理,对钻柱在静态下的轴向力和在剪切作用力下的许用扭矩计算,以及钻柱在旋转状态下的动态许用扭矩的计算进行了研究,从而... 本文就钻井作业中经常发生的钻具扭断事故进行了运动机理上的分析和研究,并运用双向应力状态分析方法及能量守恒原理,对钻柱在静态下的轴向力和在剪切作用力下的许用扭矩计算,以及钻柱在旋转状态下的动态许用扭矩的计算进行了研究,从而使扭矩计算及其限制更接近于现场实际。 展开更多

关键词 旋转钻柱 动态扭矩 许用扭矩 钻具 油田

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小井眼水平井洗井岩屑清除效率研究

16

作者 臧传贞 荆思霖 +2 位作者 路宗羽 宋先知 武兴勇 《石油钻探技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期75-83,共9页

为研究小井眼水平井洗井钻柱旋转时的岩屑清除规律,针对玛湖深层三叠系长水平井小井眼洗井工况,进行了相似试验设计,开展了岩屑启动流速和岩屑清除效率的试验研究。试验发现,采用不同排量冲洗岩屑床时,岩屑床呈现稳定运移、沙丘式波浪... 为研究小井眼水平井洗井钻柱旋转时的岩屑清除规律,针对玛湖深层三叠系长水平井小井眼洗井工况,进行了相似试验设计,开展了岩屑启动流速和岩屑清除效率的试验研究。试验发现,采用不同排量冲洗岩屑床时,岩屑床呈现稳定运移、沙丘式波浪运移和整体运移等3种运移形态。试验研究了岩屑床稳定运移形态下岩屑粒径、排量和钻柱转速对岩屑启动流速及钻柱转速对岩屑床高度和形成稳定岩屑床所需时间的影响规律,分析了岩屑床整体运移形态下岩屑粒径、排量和岩屑床初始质量对岩屑床清除效率的影响。研究结果表明,岩屑粒径越小所需启动流速越低,钻柱旋转后等效岩屑启动流速降低45.5%,钻柱转速升高会使形成稳定岩屑床所需时间缩短,岩屑清除效率提高;当岩屑床发生整体运移后,较低排量下岩屑床清除速度受岩屑粒径影响较小,高排量下大粒径岩屑床的运移速度快。排量和钻柱转速是提高洗井过程岩屑床清除效率的关键,而现在洗井时钻柱转速较低,可适当提高钻柱转速,以提高洗井效率。 展开更多

关键词 水平井洗井 钻柱旋转 岩屑启动流速 岩屑床 清除效率

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