轴向振动对长水平段水平井钻柱摩擦阻力的影响规律研究
The Effect of Axial Vibration on Friction of Drill String in Horizontal Well with Long Horizontal Section
近年来,为了降低钻井成本和提高开发效率,长水平段水平井钻井技术得到了广泛应用.但是,在水平井的长水平段,由于钻柱紧贴在井壁上,造成摩擦阻力增大,使钻压难以有效传递到井底,形成"托压现象",引起一系列的钻井问题.现场经验表明,轴向减阻工具在水平井中的应用效果明显,通过对钻柱施加轴向振动可以有效降低长水平段水平井钻井摩阻,但是目前轴向振动对摩擦阻力的影响规律仍然不太明确.因此,针对轴向振动对长水平段水平井钻柱摩擦阻力的影响规律研究具有重要意义.通过调研国内外研究现状,对长水平段水平井存在的问题进行了分析,并对轴向振动减阻工具原理进行了研究.根据汉密尔顿原理,建立长水平段水平井滑动钻进情况下、施加轴向振动的钻柱摩阻数学模型,选取了Newmark-β算法对模型求解,自主编制开发了该数学模型求解软件.为了进一步验证模型的合理性,设计并进行了轴向振动情况下的钻柱摩阻室内模拟实验,结合现场数据对模型进行了对比验证.根据建立的轴向振动力学模型及求解方法,分析了轴向振动对钻柱摩擦阻力的影响规律.分析结果表明:轴向振动的减阻能力与轴向振动参数相关;轴向振动激振力的增加能显著提高减阻效率,在设备条件允许的范围内,应尽可能的选用高激振力的轴向振动减阻工具;激振力频率对减阻效率影响同样显著,并且存在最优激振力频率,在最优激振力频率下工作可以取得最大化的减阻效果;轴向振动减阻工具的安装位置存在最优区域.在工程现场应用中,应在设备条件允许的范围内,尽可能的选用高激振力的轴向振动减阻工具,配合工具的最优激振频率,可以取到更好的减阻效果.
- 作者：
- 李清培
- 学位授予单位：
- 重庆科技学院
- 专业名称：
- 石油与天然气工程(专业学位)
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 苏堪华；陈祎
- 中图分类号：
- TE921.2
- 关键词：
- 水平井；摩阻；轴向振动；振动模型；影响规律
- Friction; Horizontal Well; Axial Vibration; Vibration Model; Effect;