气体钻井双稳定器钟摆钻具的模拟仿真分析-.pdf

学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图 4为 L l 2 7 m， L z 9 m时钟摆力与钻压 尸 0 的关 系 ， 当钻 压 P o 0 t ， 0 1 。 时 ， 钟 摆 力 为 4 9 7 ． 9 9 N， 0 3 。 时 ， 钟摆力为 1 4 9 3 ． 3 8 N； 当钻压 P o 1 4 t ， 0 1 。 时 ， 钟摆 力 为 4 7 4 ． 0 5 N， 0 3 。 时 ， 钟摆 力 为 1 4 2 1 ． 5 8 N。 由此可 见 ， 对于 z 9 m的双稳定器钟摆钻具组合来说 ， 钟摆 力随钻压增大而稍微减小 ， 其对钻压并不敏感。同时 也验证 了在使用钟摆钻具时采用 “ 轻压 吊打” 、 以牺牲 机械钻速来提高井身质量 的原因， 钻压能够使钟摆钻 具产生增斜力 ， 同时减小降斜力 ， 表现为钟摆钻具的 降斜力随压力的增大而减小。 ● 一 l 。 --l - - 1 60 0 1 20 0 Z 8 0 0 萆 40 0 O U 3 6 9 l 2 l5 钻压尸 ／ t 2 7m ， L2 9m 图 4钟摆力与钻 压 P 0 的关 系 图 5为 L 1 8 m， 8t 时 ， z 从 6 ～ 1 5 m 的变 化对 钟摆力的影响， 在不同的井斜角 0 下 ， 随着 z 的改变钟 摆力的变化趋势几乎为直线 ，也就说稍微改变 的距 离对钟摆钻具组合的钟摆力几乎不产生影响， 这也与纵 横弯曲梁理论计算出的结果相吻合， 在 1 8 m， P o 8 t ， 0 l 。 时， 为 6 , 9 、 1 2和 1 5 m，用纵横弯曲连续梁理论计 算的各 自钟摆力分别为 4 0 4 ． 2 、 4 2 2 ． 5 、 4 3 1 ． 4和 4 3 2 ． 1 N。 9 0 0 量 6 0 0 躺 采3 0 0 O 6 9 1 2 1 5 1 8 ￡2 ／ m L1 ／ l 8m P0 8t 图 5 L 与钟摆 力的关 系 图 6为不同尺寸的上下稳定器与钟摆力 的关 系， 即稳定器与井壁 间隙大小对钟摆力的影响。对于下稳 定器来说 ， 当采用小尺寸的稳定器时 ， 稳定器与井壁间 隙增大 ， 其钟摆力明显增加 ， 钟摆效果增强 ， 图 6中有 下 稳定 器外径 尺寸 在 3 1 1 ． 1 5 - 2 4 1 ． 3 m m 间变化 ， 随着 下 稳定器与井壁间隙的增加，在不同井斜角0 下钟摆力 l 第 3 。卷 P 第 M E 5 N 期 TMACH NERY AND EQUI P ME N T l 相 棘 设 备 l 7 7 l l 相 棘 i殳 备 I ， ， 的变化曲线。当下稳定器与井眼尺寸相当时， 上稳定器 尺 寸在 3 1 1 ． 1 5 ～ 2 4 1 - 3 mm问变 化 ， 随着上 稳定器 与井壁 间 隙的增 加 ， 在 不 同井斜 角 0 下钟 摆 力逐渐 减小 ， 减小 幅度小 于 同尺寸下 稳定 器引起 的增 加幅度 。 因此现场 施工时，可以采用不同尺寸的上下稳定器获得最佳的 防斜效果 。 下 稳定器 1 。 一下 稳定器 2 。 一 一上稳定 器 1 。 上稳定器 t 7 2 。 器 a t 3 。 3l 0 2 90 27 0 25 0 2 30 稳定 器外径 ／ mm 图 6不同稳定器尺寸与钟摆力的关 系 3 现场应用 针对 以上分 析 ， 结 合实 际采用 的钻具 组合 尺寸 ， 当 钻压 2 t 、 井斜角 0 在 2 。 ～ 3 。 间波动时， 可知实际采用 的钻具 组合在钻 头处所 产生 的钟 摆力在 1 1 0 0 - 1 6 2 0 N 间变化。 在克服地层因素影响的前提下 ， 实钻轨迹井斜 角与井 深 的关 系见 图 7 。 从 图 7可 知 ， 在 二开 井段 内该 直井 的井斜角都 比较小 ， 在 3 。 以内， 满足直井井斜角 要求。表明采用本课题组设计 的气体钻井专用稳定器 的双稳定器钟摆钻具组合 ， 起 到了较好的防斜纠斜效 果 。 井斜 角／ 。 0 1 2 3 4 5 60 0 9 00 1 2 00 l 5 O0 1 8 00 图 7实钻 轨 迹 的井 斜 角 变化 4 结论 对采用气体钻井专用稳 定器的双稳定器钟摆钻 具组合进行了有限元分析 ， 发现该双稳定器钟摆钻具 组合具有较好的纠斜能力 ， 能够在气体钻井 中钻 出高 质量的垂直井眼。 该双稳定器钟摆钻具组合 已应用于 现场 ， 实际效果如下 下转第 8 7页 O O O 0 0 O O ∞ ∞ 加 ∞ 如 z 、 靠 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 ． 2浮顶 附件 浮 顶众 多 的结 构 功 能件 和 附 件 的安 装 ， 需 要在 浮 顶进 行 开 孔作 业 。对 于 薄板 ， 理论 上 插入 式 开 孔接 管 能够增大开孔部位钢板的刚性。但若在顶板和底板大 面积组焊尚未完成 时，同步进行开孔接管的焊接 ， 无 异于增加薄板的外部约束 ， 施工顺序如若协调不好则 会增大焊后的残余应力 ， 导致顶板波浪变形 。 4控 制焊接变形技术 实施 的效 果 通过对某工程 中 1 O台大罐的比对 ，后期施工中 采 用 了 改 进 的顶 板 组 装 顺 序 的 T 1 0 4 、 T 1 0 6和 T 1 0 1 0 这 3台罐的浮顶组装质量达到了较好水平 ， 其 中 T 1 0 4 一 次合格率达到 了 1 0 0％， 其余均在 9 8％以上 ， 且超 差 量较 小 。 5 结 论 双盘式浮顶原油罐顶板焊接变形虽容易发生 ， 但 只要优 化设计 ， 采取合理 的焊接工 艺 、 焊接顺序和焊 接措 施 ， 是可 以得 到有 效 控制 的 。 f g 3 o MACHI NERY AND EQUI P 第 ME 5 N 期 T I 和 赫 设 备 l O。 7 I 和 赫 设 备 l ， 参考文献 [ 1 ] 徐英 ， 杨一凡 ， 朱 萍， 等． 化 工设备设计全 书 球罐和 大型储罐[ M] ． 北京 化学工业出版社 ， 2 0 0 5 ， 1 2 3 ． f 2 ] 赵 小川 ，崔建伟． 凝析油 内浮顶储罐 浮船损坏事故分析 [ J ] ． 天 然 气 与 石 油 ， 2 0 0 7， 2 5 5 3 0 3 2 ． [ 3 ]张永兴． 大型储罐 施工 中的焊接 变形控 制 [ J ] ． 石 油工程 建 设 ， 2 0 0 2， 2 8 1 5 6 --5 8 ． [ 4 ]申建 国． 大型储罐底 边焊接 变形控 制 [ J ]化 工建设 工程 ， 2 0 0 2， 2 5 4 2 5 -- 2 8 ． [ 5 ] 邓 健 ． 储罐底板焊接 变形的控制 方法l_ J ] ． 化 工建设 工程 ， 2 0 0 3， 2 5 3 1 9 2 3 ． [ 6 ]卞宗强． 大型储罐底板的焊接方法 [ J ]齐鲁石 油化工 ， 2 0 0 0， 2 8 4 3 2 4 -- 3 2 6 ． [ 7 ]张晓东， 冯成功 ， 王小平． 大型储罐 单盘 浮顸施 工工艺[ J ] ． 石 油 工程 建 设 ， 2 0 0 9， 3 5 2 7 3 7 6 ． [ 8 ]朱怀德 ， 张德 文， 孙智宏， 等． 大型储罐浮顸单盘波浪 变形 的 控制[ 7 ] l 石油工程建设 ， 2 0 0 9 ， 3 5 3 5 7 5 9 ． [ 9 ] 王树华． 大型储罐双盘浮顶平整度控制 l_ J ] ． 石油工程建设 ， 2 0 0 9 ， 3 5 4 4 9 -5 1 ． 上 接 第 7 7页 a 在气 体钻 井 中用 双稳 定 器 钟摆 钻具 组 合 ， 不会 产 生强 度破 坏 ， 只 能是疲 劳 破坏 。 b 双稳定器钟摆 钻具组合产生 的钟摆力 与近钻 头稳 定器距 钻 头的距 离 有密切 关 系 ， 随着 的增长 逐渐增大； 井斜角越大 ， 钟摆力就越大且钟摆力增加的 幅度就越大， 这有利于气体钻井钻出高质量直井。 c 双稳定器钟摆钻具组合产生的钟摆力对钻压 和 稳 定 器 间距 不敏 感 ， 改 变 和 对 钟摆 力 影 响不明显 ； 下稳定器与井壁间隙增大 ， 其钟摆力 明显 增加 ， 钟摆效果显著 ； 上稳定器与井壁间隙增大 ， 钟摆 力减小 ， 减小的幅度小于 同尺寸下稳定器引起 的钟摆 力增加幅度。 参考文献 [ 1 ]张杰， 蒋祖军 ， 廖 忠会 ， 等． 定向井稳斜段 气体钻 井井斜机 理应用研究_ J ] ． 钻采工艺， 2 0 0 7 ， 3 0 4 1 6 1 9 ． [ 2 ] 李武广 ， 杨 胜来 ， 殷 丹丹 ， 等页岩 气开发技 术与策 略综述 [ T ] ． 天 然 气与 石 油 ， 2 0 1 1 ， 2 9 1 3 4 --3 7 ． [ 3 ] 李敬元 ， 李子丰 ， 赵金海 ， 等． 气体钻 井轨道 易斜原 因及对策 [ 1 ] ． 石 油钻采 工艺 ， 2 0 0 8 ， 3 0 1 3 3 3 4 ， 4 2 ． [ 4 ] 杨春 和， 王树彬 ， 申子 臣， 等． 多目标垂直靶 区定丛 井井眼轨 迹控制技术 [ I ] ． 油气田地面工程 ， 2 0 1 0 ， 2 9 9 8 0 8 1 ． [ 5 ] 李露春 ，李 刚，蒲 刚． 气体冲旋钻井技术及其应 用[ J ] ． 钻 采 工 艺 ， 2 0 0 8， 3 1 4 1 2 2 -1 2 3 ． [ 6 ]肖 洲， 练章华， 伍 贤柱 ， 等． 气体钻 井井斜控制的发展与新 技术探讨 [ I ] ． 钻采工艺， 2 0 0 8 ， 3 1 6 8 1 0 ． [ 7 ]李 毅 ， 章春熹 ， 高 爽， 等． 基 于开放 图形库的井眼数据处 理软件开发[ T ] ． 天然气与石 油， 2 0 1 1 ， 2 9 6 8 4 8 8 ． [ 8 ] 魏 臣兴． 气体钻井稳定器设计及其 下部 钻具组合力 学研 究 『 D] ． 成都 西南石 油大学， 2 0 0 9 ． 『 9 ]苏义脑． 油气直 井防斜打快技术 理论与 实践[ M] ． 北京 石 油 工 业 出 版 社 ， 2 0 0 3， 3 4 - 4 3 ． [ 1 O ]白家祉 ， 苏义脑． 井斜控 制理论与 实践 [ M ] ． 北京 石 油工 业 出版 社 ， 1 9 9 0， 4 4 - 9 8 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m