针对超深井控斜、提速和安全钻井卡脖子难题,项目组开展了大量研究,完成了预定任务,取得了预期成果。研究工作主要包括四个方面:(1)建立了超深井钻柱双重非线性动力学模型、提出了结合直梁和曲梁单元的节点迭代快速求解方法,实现了超8000m钻柱动力学特性分析;研究了PDC钻头扭矩的速度弱化效应模型和考虑轴向振动和粘滑特征的钻头综合激励模型,实现粘滑和涡动特征的统一模拟;测试了超深井钻柱振动特征,分析了钻压、地面转速对钻柱粘滑振动的影响,以及粘滑振动对涡动的影响。(2)研发了超深井钻柱动态安全性仿真平台,实现了钻柱结构参数和施工参数优化;结合加权余量法和有限元方法,提出了一种带井下特殊工具BHA横向振动响应的快速求解方法;研究了超深井预弯曲动力学控斜方法,在川深1、顺北蓬1井与顺北鹰1等8000m以上超深井以及页岩气水平井进行了应用,并解决了塔里木油田巨厚砾石层气体钻井井斜控制难题。(3)研究了钻具接头丝扣力学特性计算精度和计算效率的影响因素,形成快速求解方法;研究了复杂载荷作用下钻具接头材料微损伤演化规律和破坏机制,形成了考虑井眼曲率和轴向拉伸载荷影响的钻具接头极限工作扭矩预测方法和钻具接头力学特性数值仿真平台。同样基于有限元方法,研究了超深井钻柱对套管的碰磨特征,形成了套管磨损可视化表征方法;研究了偏磨油套管本体和接头强度的影响,提出了偏磨套管的破裂强度准则和套管特殊螺纹接头的密封机理。(4)研究了大位移井高效岩屑床清除钻杆工作机制,优化了岩屑床高效清除钻杆的螺旋槽结构特征,形成了高效率岩屑床清除钻具的合理安装位置设计和岩屑床清除效率评价方法。 通过对以上关键问题开展系统深入的研究,形成了先进的超深井钻柱动力学理论成果,并在中石化超深井、四川页岩气,中石油塔里木油田开展了现场应用,取得了明显的控斜、提速和安全钻井效果。本研究成果可为深层和深海油气资源勘探开发中的安全提速钻井提供理论基础。 2100433B