斜直井内钻柱非线性屈曲的数值研究

斜直井内计重柔性钻柱的非线性屈曲属于强非线性问题研究的范畴。鉴于Newton-Raphson法一般只对弱非线性有效,难以满足工程实际对计算精度及可靠性的要求,用圆柱坐标系表示的钻柱屈曲四阶非线性平衡微分方程可以用微分求积单元法直接进行数值求解,结合DQ单元,用弧长法构建了增量迭代法。用两个工程实例验证了方法的有效性。数值结果表明, DQ单元法克服了有限单元法在处理钻柱自重方面的困难,提高了解的精度。基于DQ单元的弧长迭代法,方法简单,易于实施,收敛性好,能准确地捕捉到螺旋屈曲的临界载荷。因此,可方便地用于求解斜直井内钻柱的非线性屈曲问题。     

水平井钻井管柱力学模型与软件开发

在充分考虑侧钻水平井的屈曲、钻压、扭矩和摩阻的基础上,将侧钻水平井分为直井段、曲率段和水平段,建立了侧钻水平井钻井管柱力学分析模型。采用基于COM组件的VB与MATLAB混合编程软件制作技术,开发了水平井管柱力学分析软件,同时结合某井的钻井参数对软件进行了应用。应用结果表明,软件可以对井身轨迹进行预览,能够进行钻压、扭矩、应力及稳定性分析,并能得到一定钻井轨迹下的水平钻进延伸极限。     

斜直井钻柱螺旋屈曲时轴向力钻速和井斜角间的关系

通过考虑重力、转速和井斜角对钻柱屈曲的影响，利用能量方法研究了斜直井中轴向载荷、重力和离心力共同作用下钻柱的螺旋屈曲问题，着重研究了重力的轴向分力、转速和井斜角对钻柱屈曲的影响，推导了钻速、井斜角和轴向力间的数学关系表达式。理论分析表明，在相同条件下钻柱螺旋屈曲临界载荷随井斜角增大而增大，且呈非线性；临界载荷随转速增大而减小，且井斜角较大时减小幅度较大；钻柱重力线密度对临界载荷的影响大小与井斜角和屈曲模态有关。     

用有限元法对抽油机进行准静态分析

要对抽油机的设计提供较为精确的理论计算依据，必须对抽油机进行弹性动力分析。为此，建立了抽油机的力学模型，导出了用有限元进行弹性动力分析的动力微分方程。考虑到抽油机低速旋转的特点，将动力微分方程简化成准静态的线性方程组，大大节省了计算时间。又因为考虑了动力效应，计算精度得以保证，计算结果更接近于实际工况。对CYJ10－3－53HB常规式抽油机进行了编程计算，可知最大应力值较低，表明目前抽油机的设计偏于保守。     

川渝地区三维水平井钻柱力学模型研究

近年来川渝地区的水平井多设计为三维水平井,特别是页岩气井多设计为丛式三维水平井井组。三
维水平井大幅度扭方位后均不同程度的出现摩阻、扭矩增大、钻具偏磨、定向托压等严重现象,严重影响了钻井安
全和钻井速度。为此,在调研分析国外钻柱力学试验数据的基础上,研究三维水平井整体钻柱三维力学模型,结合
有限元理论对钻柱受力力学分析方法,考虑井眼几何形状、钻柱屈曲、钻柱刚性对钻柱力学的影响,提出了三维空
间中的整体钻柱与井壁接触力、摩擦力分布的计算方法,采用微软ｎｅｔ平台ｃ^＃语言编制了相应的计算机软件,使现
场施工人员能够根据钻柱力学仿真数据及时了解井下钻柱形态与受力状态,及时调整施工参数,避免井下复杂情
况的产生。     

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。     

定向井抽油杆柱系统的准静态分析

在定向井有杆抽油系统中,为避免抽油杆柱直接和油管壁接触,必须按照一定的方法安装扶正器.安装扶正器后,杆住的受力与变形分析都不同于直井.本文就准静态条件下,运用纵横弯曲连续梁理论对定向井抽油杆柱系统的受力与变形进行分析,为定向并抽油杆柱的设计提供依据.     

水平井钻柱摩阻力几何非线性分析研究

针对石油钻井技术的特点,探讨了编制钻柱力学有限元专用程序所遇到的问题;并在国家级重点攻关课题"水平钻井"中,首先提出引入非线性力学分析的论点。在接触非线性分析中,使用了"约束-放松法";在几何非线性分析中,首次考虑了四次非线性对钻具弯曲应力的影响;还建立了一个方便于钻柱分析的坐标转换系统;据此编制的计算机程序,为大港油田官H1水平井提供了较为准确的力学参数预测。     

动态载荷作用下UGS管柱非线性屈曲特性研究

为探究动态载荷作用下地下储气库(UGS)受压段管柱非线性屈曲特性,根据储气库井筒结构特点,建立了柔性约束下UGS管柱非线性屈曲力学模型,采用慢动力法阶跃式施加管柱外载荷,并结合考虑接触的管柱屈曲动力学方程,分析了动态载荷作用下管柱的非线性屈曲特性.以UGS-ZY 11井现场数据为例,通过ABAQUS模拟计算进行对比研究...     

勘探开发动静态数据库数据加载研究

在数字油气田的研究和建设中,勘探开发动静态数据库作为基础数据源,具有十分重要的作用.勘探开发动静态数据库涵盖物探、钻井、测井、地质、试油试采、井下、生产动态、开发地质等十余个勘探开发专业数据,且数据关系复杂、类型多、数量大.为了高效、正确地管理调用不同类型数据组成的海量数据,快速、准确加载数据显得尤为重要.通过分析石油勘探开发过程中动静态数据库数据加载的流程、关键技术、实施方式,提出了采用专业模版加载的方式实现对海量数据的批量加载,使勘探开发动静态数据库服务于科研、管理和一线人员,助力石油生产、科研、管理工作.     

大位移井钻柱振动规律研究与应用

在大位移井钻井工程中钻柱受着各种振动，当各种振动共振时，钻柱承受着非常大的动载，很容易受损，同时，钻柱的振动影响着井壁的稳定，严重威胁着井下的作业安全。以大位移井近井底的钻柱为研究对象，分析了钻柱振动行为所遵循的规律。采用线性分析法，获得了大位移井钻柱横向振动和扭转振动的频谱方程。同时获得了钻柱各种共振频率的分布。经分析表明：大位移井钻柱的横向振动和扭转振动的共振频率与实际钻井转速非常接近，应合理选择转速以减小钻柱共振的发生。文章的分析研究为大位移井钻柱动态行为的研究提供了理论依据。     

钻杆柱疲劳寿命的计算模型研究

钻柱在井下的受力极度复杂,甚至工作在腐蚀的介质中。通过对钻柱疲劳破坏机理的分析,建立合理的钻柱受力模型,同时编写可适合于工程应用的钻柱寿命计算程序,研究影响钻柱疲劳破坏的主要因素,为井下钻柱的使用尤其为定向井和水平井钻进过程中避免或减少发生钻柱复杂情况和井下事故提供了可靠的保证。     

管柱螺旋屈曲时接触压力的研究

在油井生产过程中管柱会受到各种载荷.管柱在轴向力作用时,在有外管壁或井壁约束的情况下,内管柱与外管壁或井壁间会产生接触压力,并可能发生螺旋屈曲,严重时会导致管柱失效.文中综述了一些学者的典型接触压力计算式,发现不同计算式间的计算结果差异很大.根据工程应用中的需要,进行了理论推导并首次对该问题作了实验检测,给出了三维光弹性应力冻结法的实验结果,探讨了管柱在屈曲时接触压力分布规律的三个阶段和工程应用的更接近实际的计算公式.在此基础上对前人所发表的不同接触压力表达式进行分析和探讨.为研究管柱屈曲时的受力情况和工程应用提供了理论与实验依据.     

深井钻柱振动规律的分析及应

钻柱振动是在当前钻井工程中的普遍现象，对钻井的影响很大，钻柱共振是钻柱失效的主要原因。文章研究深井钻柱的振动问题，以深井钻柱为研究对象，分析研究了钻柱的纵向振动、横向振动及扭转振动。首先，建立了深井钻柱各种振动的力学模型，获得了钻柱振动所遵循的物理规律，得到了钻柱的各种共振频率。然后，结合实际对振动规律进行了应用，该研究为减小深井钻具损坏和优化钻具设计提供了理论依据。     

基于数值模拟的钻柱谐振响应研究

钻柱振动是钻柱疲劳失效的主要原因,特别是在气体钻井过程中,井眼内缺少钻井液的润滑减震作用,钻柱振动更为强烈。文章建立了钻柱振动有限元数值模型,采用SUBSPACE法对钻柱进行模态分析,计算出了钻柱纵向振动各阶固有频率;并利用FULL法分别对三牙轮钻头和空气锤激励时钻柱的谐振响应情况做了计算,对其响应位移和响应轴力进行了详细研究,得出使用三牙轮钻头时钻柱在低阶频率处纵向共振响应位移最大,对钻柱的损害最大;使用空气锤时,钻柱在高阶频率处易发生共振,响应轴向力较大。     

S135钻杆失效分析

对某油井在很短时间内连续12次发生钻杆刺穿断裂事故进行了调查。力学试验、化学分析、金相试验证明钻杆材料性能符合标准要求,刺穿断裂与钻杆材料无关;宏观观察发现存在管状样品扭转疲劳断裂台阶;扫描电镜观察发现台阶上存在疲劳条带。同时,结合钻杆使用时的受力状况对刺穿钻杆进行综合分析,找出钻杆刺穿的原因为大应力扭转疲劳断裂。此结果提供现场后,现场提出改进措施并及时实施,使得后来的钻井未再发生此类钻杆刺穿事故。     

弯曲井眼中管柱屈曲行为研究

给出了描述弯曲井眼中管柱屈曲及后屈曲行为的解析结果。通过求解由平衡法得到的管柱屈曲平衡方程,得到了管柱的正弦屈曲的构型和螺旋屈曲构型的解析解。解析结果与相应的数值结果有良好的一致性。在此基础上,确定了管柱的初始屈曲临界载荷、保持正弦屈曲构型的最大载荷和螺旋屈曲临界载荷。由此,进一步得到了管柱在后屈曲进程中载荷与变形受力的关系。     

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在丛式钻井设计中，下部钻具组合性能分析、井眼轨道控制和预测都是十分重要的技术问题，而要解决这些问题必须对下部钻具组合进行受力变形分析。本文根据丛式钻井中钻柱的实际工作状态，选取口至井底的整个钻柱为研究对象，充分考虑各种因素，首先建立了整体钻柱静力分析模型，然后根据整体钻柱的受力变形分析值，建立了修正的下部钻具组合静力分析模型。该模型与以往一些下部钻柱静力分析模型相比，简化少，考虑因素多，钻头处的变     

水平井管柱屈曲研究中的争议

在水平井管柱屈曲临界力和屈曲后管柱与井壁的接触力这两方面研究中存在着不同的结论。本文对理论和试验的不同结论进行了分析，指出产生这种不同结论的原因，一是推导方法不同，二是试验条件不规范。认为有关这方面的研究有必要在理论、试验和现场三者结合下，建立科学计算方法，以便得到更正确的结论。