UM Drillstring Analysis

UM Drillstring Analysis

钻柱系统动力学仿真方案

UM软件针对不同的用户群体提供两套钻柱系统动力学建模和仿真方案。一个是采用UM软件标准用户界面的UM Drilling建模和仿真模块,一个是为钻井工程服务人员定制化的专用程序UM Drillingstring Analysis。两套方案都可用于分析钻柱及下部钻组合在油气井内的多种力学行为,如:静力分析,摩阻扭矩分析,线性振动分析、时域分析等。

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UM ICON.gif 主要分析功能


摩阻扭矩分析

评估多种钻井作业时下钻柱扭矩和轴向力的分布,如:分析井眼中钻柱发生螺旋屈曲和正弦屈曲的临界力。

既提供快速求解的“软杆”模型,又提供考虑横向刚度及位移的“刚杆”模型。

支持模拟起下钻、钻进、卡钻及井下动力驱动等工况。

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静力分析

给定钻头在井眼中的位置,评估下部钻具组合的平衡状态,获得套管/井壁与钻杆的接触力、钻杆内力分布等。

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振动分析

  • 线性振动分析 (开发中的功能)

基于下部钻具组合的线性化模型,分析可以获得潜在的危险钻速。

线性分析包括静平衡计算,自振频率和振型求解,以及不同钻速下的谐响应分析。

基于一组标准激励工况的线性分析可以获得临界速度图。

  • 非线性振动分析

下部钻具组合及钻杆柱的非线性振动分析通过时域仿真实现。

时域仿真分析

时域仿真功能既支持下部钻具组合,也支持包含了钻杆柱的完整系统。

计算时充分考虑到钻头与岩石,钻杆与井壁/套管的接触作用,顶部驱动控制以及特殊激励。

提供推靠式和指向式旋转导向的交互式控制面板。

通过施加不同的边界条件模拟作业工况:大钩负荷,钻压、顶部驱动转速,钻进速度和钻井液流速等。

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通过时域仿真可以验证线性分析的结果,获得各种作业工况下的钻柱及下部钻具组合的力学行为,以此来指导现场钻井作业,优选钻进参数和设备操作。

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方向趋势分析(开发中的功能)

通过评估下部钻具组合在井眼中的平衡状态来进行方向趋势分析。

通过系列数值仿真计算的迭代来预测井眼轨迹。

UM ICON.gif 软件界面


  • UM Drillstring Analysis

UM Drillingstring Analysis(简称UM DSA)是面向钻井公司工程服务人员的下部钻具组合及钻杆柱系统动力学建模和仿真的专用程序。UM DSA基于UM软件内核开发而成,具有参数化、数据库化、智能化和自动化等特点,用户无需学习UM软件基本操作和多体动力学理论知识,就能进行建模、仿真和后处理分析工作。

  • 提供井眼轨道、井身结构以及钻井工具的设计工具

  • 可实现Wellplan和 DrillScan等软件的功能

  • 建模输入和仿真输出的数据为标准的钻井工程格式

  • 支持多核多工况并行计算及多工况结果对比分析

  • 自动生成仿真报告

  • 提供英制、国际单位制以及自定义的单位

目前,该软件包已具有摩阻扭矩分析、静力分析和时域分析功能。

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  • UM Drilling

UM Drilling是嵌入到UM软件标准框架内的一个功能模块,具有更全面、更精细的建模和仿真分析能力。这个模块更适合高校和研究所使用,因为需要学习UM软件的建模和仿真操作以及具备基本的多体动力学理论知识。

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UM ICON.gif 软件发布计划



软件功能UM DSA程序UM Drilling 模块
摩阻扭矩分析

软杆模型ok.pngQ1 2022
刚杆模型ok.pngQ1 2022
下部钻具组合静力分析ok.pngQ1 2022
下部钻具组合线性振动分析Q1 2022Q1 2022
方向趋势分析Q1 2022Q2 2022
时域仿真分析ok.pngQ1 2022
交互式控制面板ok.pngQ1 2022


UM ICON.gif 工程数据格式的模型描述


UM DSA钻柱系统仿真模型需要用户输入的数据全部为工程格式,专业化程度高,非常便于工程人员使用,这些数据包括井眼轨迹和井身结构、温度和压力梯度、泥浆参数以及下部钻具组合的描述等。

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UM ICON.gif 建模与求解方法


下部钻具组合及钻杆柱系统在UM软件里实际是由一组柔性的非均质梁、刚体以及外部导入的复杂有限元模型组成,相邻杆件之间通过不同的铰或力元连接。基于UM通用多体系统的建模环境,不仅能很方便地建立均匀的钻杆,还能模拟复杂的钻头、扶正器、井下动力钻具和旋转稳定系统等。

钻杆的柔性通过模态综合法或绝对节点坐标法描述,可以自动考虑钻柱在曲线井眼(定向井、水平井、大位移井)中的弯曲变形。

钻柱系统的运动方程由UM软件内核自动生成,无需手动推导方程。

钻柱与井壁/套管之间的相互作用通过专门开发的“圆-圆筒”、“点-圆筒”接触来模拟,既考虑法向力,又考虑切向摩擦力。借助于UM软件高效率的接触力元,实现了不同形式的钻头与岩石的接触模拟,如:PDC钻头、牙轮钻头。

高效高精度的数值算法是快速精确求解下部钻具组合及钻杆柱系统力学行为的保障。多核多工况并行计算技术更大程度地利用计算机资源,节省仿真时间。


UM ICON.gif 国际用户


Weatherford(美国)

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Nabors(美国)

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Premier Directional Drilling(美国)

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Legacy Directional(美国)