空气锤钻具组合稳定性动力学因素分析及优化

作     者：林铁军 聂家昌 李露春 赵朝阳 于浩 LIN Tiejun;NIE Jiachang;LI Luchun;ZHAO Zhaoyang;YU Hao

作者机构：油气藏地质及开发工程国家重点实验室·西南石油大学四川省成都市610500 中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院 

出 版 物：《钻采工艺》 (Drilling & Production Technology)

年 卷 期：2023年第46卷第1期

页      面：36-41页

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 08[工学] 

基　　金：中央引导地方科技发展专项项目“页岩气井裂缝岩体多场耦合蠕变规律及井筒完整性研究”(编号:2020ZYD052) 国家自然科学基金项目“深层页岩多级压裂地应力场时空演化及套管失效机理研究”(编号:52104008) 国家自然科学基金项目“深层页岩多级分段压裂套管变形容忍限研究”(编号:52274042) 

主　　题：空气锤钻井 钻具组合 轴向振动 稳定性 动力学 钻具优化 失效预防 

摘      要：空气锤钻井过程中由于活塞轴向冲击锤头进行破岩工作,钻柱会产生轴向振动,其中下部钻铤振动常发生以钻铤螺纹断裂为主的失效故障。文章以某井空气锤钻井钻具组合及钻井参数为例,通过有限元法,建立了空气锤钻井全井段钻柱动力学模型,从动力学出发研究下部钻具组合动力学特性,优化空气锤气体钻井钻具组合。研究结果表明:空气锤钻井主要影响下部300 m钻柱,在冲击振动弯扭共同作用下,钻铤螺纹容易产生疲劳失效,模拟结果与现场失效情况相符。优化方案为KQC275空气锤钻井过程中上部接φ279.4 mm钻铤,此时钻柱系统轴向振动最小,全井段钻柱动态钻进稳定性好,对现场空气锤钻井钻具组合方案进行了优化,预防了钻柱失效。该研究对空气锤钻井钻柱动力学行为有了明确认知以及提供了钻柱振动失效预防措施。