带旋转导向工具的底部钻具组合横向振动特性研究

狄勤丰 芮子翔 周星 冯大军 王文昌 陈锋

狄勤丰, 芮子翔, 周星, 冯大军, 王文昌, 陈锋. 带旋转导向工具的底部钻具组合横向振动特性研究[J]. 石油钻探技术. doi: 10.11911/syztjs.2021059
引用本文: 狄勤丰, 芮子翔, 周星, 冯大军, 王文昌, 陈锋. 带旋转导向工具的底部钻具组合横向振动特性研究[J]. 石油钻探技术. doi: 10.11911/syztjs.2021059
DI Qinfeng, RUI Zixiang, ZHOU Xing, FENG Dajun, WANG Wenchang, CHEN Feng. Research on the Lateral Vibration Characteristics of Bottom Hole Assembly with Rotary Steering Tool[J]. Petroleum Drilling Techniques. doi: 10.11911/syztjs.2021059
Citation: DI Qinfeng, RUI Zixiang, ZHOU Xing, FENG Dajun, WANG Wenchang, CHEN Feng. Research on the Lateral Vibration Characteristics of Bottom Hole Assembly with Rotary Steering Tool[J]. Petroleum Drilling Techniques. doi: 10.11911/syztjs.2021059

带旋转导向工具的底部钻具组合横向振动特性研究

doi: 10.11911/syztjs.2021059
基金项目: 国家自然科学基金石油化工联合基金重点项目“超深井钻柱非线性动力学及动态安全性基础理论研究”(编号:U1663205),国家自然科学基金青年基金项目“气体钻井中预弯底部钻具组合控斜的非线性动力学机制”(编号:51704191)联合资助
详细信息
    作者简介:

    狄勤丰(1963—),男,江苏溧阳人,1984年毕业于华东石油学院钻井工程专业,1997年获西南石油学院油气井工程专业博士学位,教授,博士生导师,主要从事石油工程中的力学问题研究。系本刊编委。E-mail:qinfengd@sina.com

  • 中图分类号: TE21

Research on the Lateral Vibration Characteristics of Bottom Hole Assembly with Rotary Steering Tool

  • 摘要: 为了提高旋转导向工具的井眼轨迹控制效果及作业安全性,研究了带旋转导向工具底部钻具组合(RSBHA)的横向振动特征。静态推靠式旋转导向工具通过控制3个导向翼肋的驱动压力实现井眼轨迹控制,可以将其等效为偏心距和偏心方位已知的偏心稳定器;建立RSBHA的三维小挠度静力学模型,基于加权余量法确定RSBHA在钻压作用和井壁约束下的空间构形,获得上切点的位置;以上切点到钻头之间的部分作为横向振动的有效长度建立有限元模型,利用振型叠加法求解RSBHA的横向振动响应,分析工作参数和结构参数对其横向振动的影响。算例计算结果表明:转速约为138 r/min时, RSBHA的动态位移在距钻头距离8.20,18.10,24.60和31.60 m附近等4个位置区间较大;钻压对最大弯曲应力的影响较小;偏心距和偏心方位角对RSBHA横向振动特性的影响较大,对于某些特定的偏心距和偏心方位角,RSBHA最大弯曲应力会明显增加。研究表明,结构参数和工作参数对RSBHA的横向振动影响较大,应对其进行优化设计,以确保旋转导向工具应用效果和作业安全。
  • 图  1  RSBHA结构示意图

    Figure  1.  The structure of RSBHA

    图  2  偏心距与偏心方位角

    Figure  2.  Eccentric distance and eccentric azimuth

    图  3  斜直井眼中RSBHA的静态构形

    Figure  3.  Static configuration of RSBHA in a deviated straight hole

    图  4  斜直井眼中RSBHA前五阶固有振型

    Figure  4.  The first five natural modes of RSBHA in a deviated straight hole

    图  5  斜直井眼中RSBHA的二维动态位移响应

    Figure  5.  2D Dynamic displacement response of RSBHA in a deviated straight hole

    图  6  斜直井眼中RSBHA的三维动态位移响应

    Figure  6.  3D Dynamic displacement response of RSBHA in a deviated straight hole

    图  7  斜直井眼中RSBHA的危险系数

    Figure  7.  Risk factor of RSBHA in a deviated straight hole

    图  8  井眼曲率为3.0°/30m时RSBHA的静态构形

    Figure  8.  Static configuration of RSBHA in a curved hole with a curvature of 3.0°/30m

    图  9  井眼曲率为3.0°/30m时RSBHA动态位移响应

    Figure  9.  Dynamic displacement response of RSBHA in a curved hole with a curvature of 3.0°/30m

    图  10  井眼曲率为3°/30m时RSBHA的危险系数

    Figure  10.  Risk factor of RSBHA in a curved hole with a curvature of 3.0°/30m

    图  11  偏心距对RSBHA固有频率的影响

    Figure  11.  Effect of eccentricity on natural frequency of RSBHA

    图  12  偏心距对最大弯曲应力的影响

    Figure  12.  Effect of eccentricity on the maximum bending stress

    图  13  偏心方位角对RSBHA各阶固有频率的影响

    Figure  13.  Effect of eccentricity azimuth on natural frequency of RSBHA

    图  14  偏心方位角对RSBHA最大弯曲应力的影响

    Figure  14.  Effect of eccentricity azimuth on the maximum bending stress

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出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-04
  • 修回日期:  2021-07-06
  • 网络出版日期:  2021-09-15

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