垂直井眼内钻柱的轴向力计算及强度校核

根据材料力学中分析内力的基本方法──截面法和流体静力学的基本方法──压力面积法，推导了钻柱真实轴向力的计算公式。进一步考虑到管内外液体对钻柱侧壁压力引起的内应力，推导了钻柱有效轴向力的计算公式。给出了有效轴向力和真实轴向力以及虚力之间的关系式，从而得出了一些非常重要的结论。结论认为，中性点可定义为有效轴向力等于零的点（截面），对于垂直井眼来说，此定义与鲁宾斯基关于中性点的定义是一致的。同时指出，进行钻柱强度计算和校核以及进行钻柱稳定性分析（失稳弯曲分析）时，都应该使用有效轴向力。     

弯曲钻柱轴向力计算及强度校核

应用截面法和压力面积法对弯曲井眼内钻柱轴向力计算及强度校核问题进行了分析。采用“液体置换法”巧妙地解决了复杂形状钻柱表面上液柱压力的合力求解问题。对垂直、倾斜和弯曲钻柱轴向力计算理论进行了总结，对有效轴向力和真实轴向力的关系、钻柱强度设计与校核、钻柱屈曲稳定性分析、钻柱摩阻力计算中轴向力分析以及对钻柱中性点和零轴向力点的实用性问题进行了讨论，最后得出一些极为重要的结论。     

钻柱的浮力分析及轴力计算

本文将钻柱真实轴力分解成两部分,一部分为压力,它与作用于钻柱截面同等深度的液柱压力相等;另一部分为有效轴力,它等于钻柱的有效弯曲轴力。求钻柱真实轴力时,可先求有效轴力,再换算成真实轴力。本文还用有效轴力和真实轴力分别定义了中性截面和中和点。     

钻柱的浮力分析及轴力计算

本文将钻柱真实轴力分解成两部分，一部分为压力，它与作用于钻柱截面同等深度的液柱压力相等；另一部分为有效轴，它等于钻柱的有效弯曲轴力。     

短半径水平井钻柱强度和应力计算

短半径水平井中钻柱的受力和强度计算问题是一几何非线性和边界非线性相互耦合的双重非线性问题，推导了非线性梁单元的力与位移的关系，建立了空间梁单元切线刚度矩阵的精确表达式，给出了结合随动坐标系（Corotation)对短半径水平井钻柱的受力进行非线性有限元分析的步骤。实例计算分析了一口实钻短半径水平井，结果表明本文提出的方法是可行。     

水平井钻柱强度分析

水平井钻柱承受自重、钻压、钻头阻力、扭转矩、钻柱与井壁间的接触力等的共同作用。水平井钻柱受力属于拉压、扭转、弯曲,剪切等并存的组合变形,也属于接触问题。本文用接触有限元理论对复杂的水平井钻柱受力进行了分段分析,并以某油田水平井钻柱作为实例进行了钻柱各节点的强度计算。计算结果已被实践证明,文中方法是正确的。     

钻柱螺旋屈曲时钻速与轴向力间的关系

在研究垂直井眼中钻柱在自重作用下发生屈曲时,一直沿用Lubinski的临界钻压条件得出结论,但该结论是在静态下考虑钻柱的失稳问题时获得的,由于钻柱还会受到其他因素的影响,因而该结论具有明显的缺陷。鉴于此,通过考虑离心力和重力对钻柱屈曲的影响,运用能量法研究了钻柱最大转速与螺旋屈曲时临界轴向力间的关系。根据能量法原理,确定钻柱的弯曲变形能等于重力做的功和离心力做的功之和,推导了钻速和轴向临界力间的数学关系表达式。研究结果发现,在工作状态下,钻柱的临界压力会明显地小于静态时的临界力,这在一定程度上弥补了Lubinski无重钻杆螺旋失稳条件的缺陷。对实际的钻探工程来说具有十分重要的指导意义。     

轴向拉力作用下复合钻柱允许扭转圈数的计算方法

深井、超深井钻井中经常使用复合钻柱,如出现卡钻等井下故障,处理时需要计算复合钻柱允许扭转圈数,但目前尚没有关于复合钻柱允许扭转圈数的计算方法。为此,从材料力学基础理论入手,建立了复合钻柱各分段最大剪切应力与几何尺寸之间的数学关系式和各分段谁先达到许用值的判定式,并推导出了在轴向拉力作用下的复合钻柱允许扭转圈数计算式。实例验算表明,推导出的轴向拉力作用下的复合钻柱允许扭转圈数计算式具有科学性和合理性,对处理深井、超深井复合钻柱卡钻等井下故障具有指导作用。      

螺杆泵抽油杆柱轴向力的计算

根据地面驱动单螺杆泵的结构特点和不同于常规杆式泵的工作特点,推导出了抽油杆柱的轴向力计算公式,并以胜利油田井下作业公司罗36井下螺杆泵的实际参数为例作了计算,同时对影响轴向力的各变量也进行了分析,为合理选择或调整某些参数,以满足抽油杆的强度要求,提供了理论依据。     

磁力传动离心管道泵轴向力计算

分析了磁力传动离心管道泵工作时５ 种轴向力产生的原因, 并推导了轴向力的计算公式。对２００ＣＹＧ—６０ 型磁力传动离心管道泵轴向力的实例计算表明, 由零部件重力和后密封环处及内磁钢体与外磁钢体错位产生的轴向力并不大, 且动反力能抵消部分轴向力, 关键是内磁钢体上下受压面积不同引起的轴向力较大。提出了平衡轴向力的２ 项具体措施：（１） 加大后密封环的尺寸, 使部分后密封环对应的前盖板受到向上的轴向力;（２） 采用能承受轴向力的滚动轴承, 这样既对泵轴起定位作用, 又改变了悬浮状态的工作状况。     

辽东湾海冰厚度、抗压强度和冰力公式研究

总结了辽东湾海冰厚度、抗压强度的推算法;提供了葫芦岛测站的海冰厚度、抗压强度的年极值;按照不同的冰力公式,计算了孤立桩柱上的年极值冰力,对不同公式的计算结果进行了比较分析。     

井液流动产生的作用力及其对杆柱受力影响

在分析目前杆管偏磨理论所存在问题的基础上,探讨了井液流动及接箍对抽油杆柱受力的影响,给出了井液在抽油杆柱和油管组成环状管道中流动时产生作用力的计算模型,以及直井中抽油杆柱中和点、轴向力的计算方法,并利用实例进行了验证。实例分析表明：井液流动产生的作用力使杆柱上冲程的轴向力增大,下冲程的受力中和点增加,偏磨范围增大。分析了抽油杆柱在实际运动中的受力状况,为进一步研究杆管偏磨机理打下了理论基础,对杆管偏磨防治措施的研究具有重要的指导意义。     

斜井压力资料试井解释方法研究及现场应用

针对大庆油田和海拉尔探区斜井资料解释中存在的实际问题,从不稳定渗流力学理论入手,开展了斜井试井解释方法研究,建立了斜井三维渗流问题的压力偏微分方程,采用Newman乘积法求解得到井底压力公式.在此基础上,形成了斜井试井解释双对数曲线理论图版.通过典型曲线拟合分析,计算出储层动态参数.该方法解决了以往采用直井模型分析斜井压力资料误差较大的问题,提高了斜井试井资料的解释精度.经现场应用效果良好,达到了合理评价斜井储层的目的.     

轴向力平衡式螺杆泵井下油水分离系统设计

鉴于目前井下油水分离技术尚存不足,将井下油水分离技术与地面驱动螺杆泵采油技术相结合,设计出一套轴向力平衡式螺杆泵井下油水分离系统。介绍了系统的总体结构及工作原理,提出了轴向力平衡式螺杆泵的设计方法,给出了螺杆泵基本参数及油水分离装置结构参数的确定方法。以某油区的生产数据为例,对系统主要装置结构参数和工作参数进行了分析与计算。试制的油水分离装置室内试验结果表明,样机能够满足井下油水分离性能要求。     

水平井注蒸汽测试井口防喷密封装置

为解决水平井注蒸汽测试中高温高压下动密封和连续管注入头超温问题,成功研制了水平井注蒸汽测试井口防喷密封装置。该装置采用二级密封及长密封段自密封方式,采用耐高温氟橡胶、碳纤维及钢垫的组合形式做密封件,采用耐350℃高温导热油自动控制加压密封件,采用水循环冷却管给连续管、密封系统降温,可确保起下时注入头不超温和施工安全。在测试起下过程中,2口水平井井口注汽压力均在13 MPa以上,井口防喷密封装置未发生蒸汽泄漏,注入头处温度低于120℃,完全可以满足高温高压下用连续管测试施工要求。     

复杂井裸眼中测失败原因分析及改进措施研究

复杂井裸眼中测经常出现工具弯曲、掉胶筒、掉胶筒骨架等问题，分析认为这主要与工具制造、管串配置、胶筒材料及加工工艺、胶筒、骨架及测试压差的选择有关，从而提出了裸眼测试工具、管柱组合、测试参数选择的原则，指出应以井下管柱与工具、封隔器胶筒、胶筒骨架强度安全为前提确定允许的最小测试压差。塔河油田多口井采用改进的中测工艺均取得了良好的效果，未出现封隔器落井、工具损坏等事故。     

海上钻井表层导管表面摩擦力变化机理研究

表面摩擦力对海上钻井表层导管承载力和井口稳定性具有至关重要的作用,但关于表层导管喷射过程中和喷射完成后的表面摩擦力变化机理尚不清楚。为此,建立了表面摩擦力的计算模型,分析了导管喷射过程中和喷射完成后土体应力状态的变化情况,认为在表层导管喷射下入过程中超孔隙水压力的形成和消散是表面摩擦力变化的主要原因。现场模拟试验结果表明:表层导管底部传感器测得的径向应力较大;各层的有效应力随时间的延长而下降,在达到一定值后又逐渐增大,这与钻井过程中桩的径向应力变化规律吻合;喷射完成后,土体表面摩擦力随时间的延长呈现出非线性增加的趋势,变化率在前12 h逐渐上升,72 h之后表面摩擦力曲线逐渐趋于平缓。研究结果可为表层导管的现场作业和后续研究提供理论依据。