水平井套管弯曲力学模型与计算分析

给出了对水平并段套管柱在具有初始曲率时进行弯曲分析的力学模型，介绍了模型中相关载荷参数的确定方法，运用这种方法可精确和方便地计算套管柱的最大挠度和最大弯曲正应力。指出有的文献未考虑端面弯矩的存在，或虽论及端面弯矩的影响却未给出确定端面弯矩的方法。据此，作者运用等截面杆的转角位移方程和静力平衡、变形协调条件确定了端面弯矩，从而正确地分析套管柱的弯曲。     

螺杆钻具挠性轴强度校核及干涉量计算

螺杆钻具挠性轴设计中的两个主要问题是强度校核和干涉量计算。应用纵横弯曲梁柱理论求解挠性轴的弯矩及变形量，应用数值计算法研究挠性轴自身惯性力对挠性轴的最大弯矩及变形量的影响，计算结果表明，在挠性轴较长时，影响较大，不能忽略不计。挠性轴强度校核主要是校核疲劳强度，为此提出了合理设计挠性轴的原则，即挠性轴的疲劳强度应取决于扭转疲劳强度。若疲劳强度取决于弯曲疲劳强度，则可增加挠性轴的长度，且挠性轴最佳直径为满足强度要求的最小值。为确保挠性轴的使用安全性，给出了干涉量计算式。     

弯曲井眼中钻柱的稳定性分析

用力法对弯曲井眼中钻柱的稳定性进行了分析计算，推导出了弯曲井眼中钻柱挠曲线方程的表达式。研究表明，弯曲井眼中的钻柱无论初弯曲的情况怎样微小，其承载能力总是比Euler临界载荷小，钻柱初弯曲的情况越严重，其承载能力越小。     

初始弯曲对塔形井架承载能力的影响

本文以文献[1]为基础,根据塔形井架的结构特点,应用弹性稳定理论,在考虑构件(主弦杆)初始弯曲和井架整体初始弯曲同时存在的情况下,确定初始弯曲程度与塔形井架承载能力之间的关系,并绘制成图表,可供现场人员判定塔形井架安全工作能力之用。     

海洋平台Y型管节点静力强度研究

在海洋平台结构中,管节点是关键部位。以典型Y型管节点为例,采用有限元法,研究Y型管节点的静力强度。利用ABAQUS建立某海洋平台某Y型管节点有限元模型,通过施加一系列不同的载荷,计算得到Y型管节点失效时所承受的载荷。基于ABAQUS计算该Y型管节点在承受轴向拉伸、平面内弯曲和平面外弯曲载荷时构件发生失效的应力情况,发现构件失效时,所承受的轴向拉伸载荷为1 430 kN,平面内弯曲和平面外弯曲时弯矩载荷分别为37.28 kN·m和17.69kN·m。敏感性研究通过改变弦杆的壁厚,计算得到该Y型管节点在承受外部载荷一系列最大应力和变形值。研究表明,随着弦杆壁厚的增加,Y型管节点的应力和变形值减小。     

中型钻机前开回井架外形结构分析

在静力结构电算和现场实际电测的基础上，对中型钻机前开口井架的弦杆斜度不变井架和弦杆斜度折线变化井架，从位移、受力和应力等三方面进行系统的对比分析，结果表明：弦杆斜度不变井架比弦杆斜度折线变化井架的刚度好，承载能力强。建议设计井架时，优先选用弦杆斜度不变的外形结构；使用井架时，应避免发生弦杆不共线问题。     

水平井套管挠曲变形的级数方程及计算方法

水平井套管柱的挠曲变形,不仅受自重引起的横向均布载荷的影响,而且还受轴向力的影响,同时还可能有初弯曲。为此应用三角级数方程和变形能原理,导出了水平井套管柱的挠曲变形方程及最大挠度计算公式。这种方法具有运算精度高、使用简捷的优点。     

由单位载荷变形判定钻机井架的承载能力

为了确保在用钻机井架的安全服役，须对其承载能力加以判定。鉴于目前尚无理想的方法可供采用，特在理论分析及对井架变形、刚度和单位载荷变形进行实测并在综合考虑钻机井架各种缺陷、损伤对承载能力影响的基础上，提出了一种用单位载荷变形判定井架承载能力的新方法。实践表明，这种方法便于在钻井现场实施。     

中型钻机前开口井架外形结构分析

在静力结构电算和现场实际电测的基础上，对中型钻机前开口井架的弦杆斜度不变井架和弦杆斜度折线变化井架，从位移、受力和应力等三方面进行系统的对比分析，结果表明：弦杆斜度不变井架比弦杆斜度折线变化井架的刚度好，承载能力强。建议设计井架时，优先选用弦杆斜度不变的外形结构；使用井架时，应避免发生弦杆不共线问题。     

旋转导向偏心稳定器芯轴挠曲特性研究

根据旋转导向偏心稳定器芯轴的实际工作情况以及芯轴在纵横弯曲转动条件下的受力运动特征,基于能量法基本原理,推导出了芯轴受轴向力和横向均布载荷条件下转动时的挠曲方程。算例分析表明,利用所推导的方程对偏心稳定器芯轴挠曲变形进行分析,可为芯轴的设计和合理使用提供指导。     

悬臂式钻井平台悬臂梁振动特性研究

根据海上悬臂式钻井平台的结构特点,结合海上作业的实际情况,考虑平台受到的均布载荷与集中载荷,建立了悬臂式钻井平台在作业状态条件下的力学模型,并推导出了悬臂梁挠曲方程和振动频率求解方程.通过算例,分析了悬臂梁外伸距离、甲板质量、井深等对钻井平台振动频率的影响规律.本文研究结果对提高井口及井下工具作业安全有指导意义.     

水平井变刚度下部钻具组合的弹性稳定性

针对目前水平井及大斜度井中常采用变刚度钻具组合的特点，从现场实际情况出发，应用弹性变形能量法，建立了变刚度管柱的三角级数挠曲变形方程。同时，还根据水平井及大斜度井旋转钻进和滑动钻进的特点，考虑了与实际操作有关的钻头扭矩、钻压、转速、钻柱的几何尺寸、自重以及井斜角等主要参数的影响，研究了变刚度钻具组合的弹性稳定性问题及临界钻压的计算方法。最后进行了两口井的现场应用实例计算及分析。     

海上插入锚定密封弹性爪结构优化研究

对插入锚定密封的弹性爪结构在插入封隔器过程中的插入力进行了理论分析,并将该受力结构简化为一端固定非端部受集中载荷的悬臂梁模型,通过对该模型的力平衡方程求解,建立了弹性爪插入力求解的理论计算公式。对理论公式参数化分析,优选了弹性爪的插入角、插入挠度参数,结合对弹性爪长度、爪厚度、爪切槽宽度等参数,使用Workbench参数化设计方法,得到不同弹性爪结构的弹性爪插入力、最大等效应力; 结合弹性爪金属材料的最小屈服强度参数,选择弹性爪长度为142 mm、爪厚度为4.5 mm、爪切槽宽度为20 mm的弹性爪结构为最优设计方案。 对优化后的弹性爪结构的插入力进行了实物测试验证,测试结果与FEA分析结果接近,表明优选的弹性爪结构是满足设计要求的。     

高耸塔设备倾斜监测与安全评估方法研究

针对高耸塔设备受风弯矩影响的倾斜问题,利用材料许用安全条件和倾角监测技术,提出了塔设备倾角监测及安全评估方法.基于材料力学原理的许用强度安全限制条件,通过求解塔设备各截面处受风弯矩的倾角计算式,推导出各危险截面的许用倾角计算式;监测布置在各截面上倾角仪的实时倾角值,将监测值与许用倾角值进行比较,对塔设备倾斜情况进行安全...     

垂直姿态位置误差的虚拟正交建模与均衡补偿

垂直钻井工具的姿态测量系统中,轴不正交、不同轴、安装和加工等产生的非线性位置误差显著降低了测量精度。基于各实轴独立的概念,分别以各实轴为中心构造3个虚拟正交仪器坐标系,综合推导出包含9个位置误差参数的姿态测量输出方程。分析补偿校正矩阵的精度影响以及常规校正方法的补偿矩阵数值精度,提出一种校正取值均衡方法,并进行补偿测试。测试结果表明:与常规最大值补偿相比,均衡补偿方法使得垂直姿态的测量精度提高5倍以上,并可消除周期性系统误差。     

地面驱动螺杆泵采油系统启动过程动力学研究

综合考虑地面驱动与传动系统的机械特性、杆柱扭转振动、杆柱所受的液体阻尼与负载扭矩,建立了地面驱动螺杆泵采油系统动力学分析的数学模型,该数学模型由描述转盘旋转的动力学常微分方程与描述杆柱扭转振动的波动方程组成,既可以分析螺杆泵采油系统启动过程的动力学特性,也可以分析其停车过程的动力学特性。建立了一种独立模块仿真算法,求解转盘旋转动力学常微分方程组与杆柱扭转振动波动方程所组成的耦合数学模型。开发了地面驱动螺杆泵采油系统动态参数的计算机仿真软件。仿真计算结果表明,对于机械特性较硬的Y系列电动机所驱动的螺杆泵采油系统,电动机在较短时间内就能达到其稳定工作转速,驱动头处有较大的动载扭矩,动载系数随工作转速的增加而增加。当工作转速增加至300r/min时,动载系数达1.3,在对采油杆柱进行强度计算时,有必要考虑动载系数的影响。     

论非均匀壁厚圆管的临界外压计算

长期以来,不均匀壁厚圆管的临界外压计算问题一直争议很大。这是由于非均匀壁厚圆管受外压变形,相当于一个端部铰支且具有变抗弯刚度的压杆,所建方程是一个二阶变系数微分方程,难以求解。以前的研究者们借助于能量法和变分法求得临界外压的表达式,避开直解该微分方程。但采用这些方法时,必须假设变形的屈曲形状函数。问题的焦点就在于,采用的是均匀对称变形时的屈曲形状函数和均匀变形时的边界条件,不能真正代表实际变形形状。因此,导出的非均匀壁厚圆管临界外压计算公式的计算结果误差很大,得出的结论与实际不符。分析了以前学者们在解决此问题时存在的问题,利用力学模型中的几个端点值,转变系数微分方程为常系数微分方程,然后采用几何平均处理方法求得该变系数微分方程的近似解,导出了非均匀壁厚圆管临界外压近似公式,并进行了实例计算分析,认为该导出式符合现场实际结果。     

径向水平井钻杆截面的塑性变形及轴向受力分析

径向水平钻井技术是开发油田的一种新技术,钻杆在经过斜向器时曲率半径反复变化,钻杆处于应力-塑性应变状态.钻杆截面变形量大小及斜向器弯道阻力的大小对能否正常钻进至关重要.分析了钻杆截面的应力-应变关系,在假定钻杆为理想刚塑性材料的条件下,推导出了钻杆截面的长、短轴极限变形量及钻杆转弯时的阻力计算公式,分析了滑道摩擦系数、射流反力对阻力的影响,从三种条件下公式的计算结果与实验对比中可证明这些公式的正确性,对斜向器的设计和钻杆的选材以及确定实际钻进的工作参数具有指导意义.     

ˮƽ��������ѹ���о�

文章通过水平井井内切点以上非垂直井段钻柱弯曲刚性对轴力和摩擦力的影响分析,采用了弹性梁的变形微分方程以及单元体的静力平衡和力矩平衡关系,建立了钻井时轴力的二维计算模式,同时,对切点以下导向动力钻具组合采用纵横弯曲法大变形进行分析时,考察了动力钻具结构弯曲角的影响,得出导,向动力钻具三弈矩方程组,并对DTU钻具组合中第二段梁内存在方向相反的两个结构变角对其梁柱左右端角增量及变形前后的梁柱右端痊移进行分析,得出了DTU钻具组合的井底钻压计处模式,并给出了利用钻井时的钻重的视压力,计算出井底钻压的方法及步骤。