【摘 要】
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目前,大位移井、水平井已成为石油天然气勘探开发过程采用的主要井型。但是,水平井因其井斜方位动态变化、水平段位移较长、摩阻扭矩大以及井眼轨迹难以控制等特征严重制约了水平井的延伸钻进能力。明确钻柱在钻进过程的动态工作行为,探索降低钻柱摩阻扭矩的方法已成为避免钻柱过早失效、评价钻柱动态工作安全性和提高水平井开发程度的关键。本文采用仿真与实验结合的办法,开展了钻柱动态特性、摩阻扭矩变化规律的研究。主要内容
【基金项目】
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陕西省重点研发计划项目“针对陕西页岩气地层的混合钻头破岩机理研究及性能评估方法”（2018KW-12）；
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目前,大位移井、水平井已成为石油天然气勘探开发过程采用的主要井型。但是,水平井因其井斜方位动态变化、水平段位移较长、摩阻扭矩大以及井眼轨迹难以控制等特征严重制约了水平井的延伸钻进能力。明确钻柱在钻进过程的动态工作行为,探索降低钻柱摩阻扭矩的方法已成为避免钻柱过早失效、评价钻柱动态工作安全性和提高水平井开发程度的关键。本文采用仿真与实验结合的办法,开展了钻柱动态特性、摩阻扭矩变化规律的研究。主要内容有:（1）基于有限单元法研究并建立了水平井全井钻柱动力学方程,探讨了钻柱与井壁的接触状态,确定了动力学方程求解边界条件。（2）基于ADAMS软件建立了水平井全井井筒、钻柱系统的仿真模型,验证了模型的可靠性及正确性。（3）研究了钻柱系统的横向振动、扭转振动、井眼内的运动轨迹、运动状态及其与井壁的接触状态和沿程摩阻,结果表明:弯曲段下部、水平段前部钻柱横向振动强度较高;钻头处扭转振动最明显;钻柱整体趋势偏向下井壁,在随机运动过程伴随翻滚运动状态;弯曲段钻柱与井壁的接触状态复杂,水平段接触平稳;旋转钻进能较滑动钻进降15%左右的沿程摩阻。（4）研究对比了仿真模拟与真实试验条件下钻压、转速对钻柱接触的影响规律,分析了钻压、侧向力对钻柱失稳变形的影响规律,研究了水平井全井钻柱旋转钻进的摩阻、扭矩变化规律。结果表明:仿真模型具有一定的准确度;钻压加剧了钻柱失稳变形,侧向力改变钻柱失稳变形后的弯曲方向;井口扭矩及大钩载荷呈波动趋势。
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