导向力计算分析系统SABHA

1、BHA导向力计算分析,上海大学 石油工程技术研究中心,1、BHA三维力学分析模型研究,方法：三维小挠度模型的加权余量解法优点：计算速度快，计算精度高，是计算力学中针对一些特殊问题提出的一种新型解法，目前发展很快。假设：针对本项目的特点，我们共作了13条假设。 对于位移法旋转导向系统，共有14条假设。模型：三维小挠度模型； 弯曲平面倾角模型； 复合钻井导向力计算模型； 平衡侧向力法导向能力预测模型。,1）、坐标系：,1、三维力学模型：,1 BHA三维静力学模型,带双稳定器的BHA,控制方程,边界条件：,2） 稳定器处,3）弯角处,4）切点位置,利用动力学仿真结果来确定。,20井斜角时,45井斜角

2、时,0井斜角时,方程简化：,，,试函数选择：,钻头侧向力加权余量解,钻头侧向力,钻头侧向力计算模型,弯曲平面示意图：,2 弯曲平面倾角模型：,弯曲平面倾角：井眼高边方向顺时针转到井眼弯曲方向的夹角， 变化范围为0360，计算模型：,方向判定矢量：,法线矢量与井眼高边方向矢量间的夹角 ：,方向判定系数 ：,2 弯曲平面倾角模型：,3 复合钻井BHA三维准动力学模型,其中：,4 导向能力平衡侧向力法计算模型,平衡侧向力: -稳斜钻具组合的理论侧向力,4 导向能力平衡侧向力法计算模型,钻头上的有效增井斜力：,4 导向能力平衡侧向力法计算模型,建立有效增井斜力与井眼曲率的对应关系：,钻头上的有效增井斜

3、力为0时对应的井眼曲率即为BHA的导向能力：,举例：,令：,可得：,当： 时， 。,当： 时， 。,当： 时， 。,5 复合钻井防斜打快钻具组合三维动力学模型,钻铤形心涡动轨迹图,1.5度倾斜井眼,复合钻井防斜打快钻具组合三维动力学特性,动态侧向力相图,6 防斜打快机理研究准动力学机理,在井斜角为1时：,表1、复合钻井防斜打快钻具组合侧向力 表2：钟摆钻具侧向力,(偏心距=1mm),(偏心距=2mm),由于涡动，钻具组合的统计质心偏向井眼低边一侧，引起钻头对井壁的动态冲击力体现出降斜趋势。,7 防斜打快机理研究动力学机理,SABHA-Steering Ability of BHA,BHA导向力

4、计算分析系统,8 软件结构,SABHA软件结构图,SABHA计算流程图,1） 常规BHA导向力变化规律,9 导向力变化规律,钻压影响,L1影响,L2影响,L2影响,近钻头稳定器间隙影响,近钻头稳定器间隙影响,第二稳定器间隙影响,第二稳定器间隙影响,弯曲平面倾角影响,弯曲平面倾角影响,弯曲平面倾角影响,弯曲平面倾角影响,井斜角影响,井斜角影响,井眼曲率影响,井眼曲率影响,2） 复合钻井BHA导向力变化规律,合导向力计算结果：,井斜角影响,井眼曲率影响,弯曲平面倾角影响,L1影响,导向力随 L2 的变化规律,近钻头稳定器偏心距的影响,远钻头稳定器偏心距的影响,导向力随 W 的变化规律,3） 常用复

5、合钻井防斜打快BHA导向力特征,444.5mm双稳定器复合钻井防斜打快组合,444.5mm三稳定器复合钻井防斜打快组合,311.2mm双稳定器复合钻井防斜打快组合,311.2mm三稳定器复合钻井防斜打快组合,251mm双稳定器复合钻井防斜打快组合,251mm三稳定器复合钻井防斜打快组合,215.9mm双稳定器复合钻井防斜打快组合,215.9mm三稳定器复合钻井防斜打快组合,4） 软件功能介绍,主界面,控制界面,参数输入界面结构参数,参数输入井身结构参数与施工参数,钻头侧向力计算结果,参数影响规律钻压,参数影响规律钻压-造斜力,参数影响规律钻压-方位力,参数影响规律井眼曲率,参数影响规律弯曲平面倾角,参数影响规律近钻头稳定器位置,参数影响规律稳定器之间距离,参数影响规律近钻头稳定器外径,参数影响规律上稳定器外径,参数影响规律井斜角,参数优化,复