涡动条件下钻柱的屈曲分析

建立了涡动条件下钻柱屈曲的平衡方程。在弯曲挠度为小变形和钻柱中轴向力为0的条件下,采用理论方法分析了钻柱的弯曲挠度、屈曲应力随转盘转速变化的情况。当涡动速度增加导致钻柱的弯曲挠度增加和钻柱中存在轴向力时,钻柱的弯曲挠度以及交变应力的大小就需要通过非线性有限元来进行分析。使用非线性有限元方法求解了不同轴向拉力条件下钻柱的弯曲挠度、最大应力、最小应力和应力幅度。计算结果表明,不考虑轴向力时,理论分析结果与非线性有限元分析结果精度较高且具有一致性;当钻柱中轴向拉力大于200 kN时,由涡动引起的交变应力对钻柱的影响可以忽略;适当增大钻铤长度可以减轻钻柱的疲劳失效。     

弯曲井眼中钻柱屈曲的非线性有限元分析

建立了弯曲井眼中的钻柱模型,在模型中考虑了重力、钻井液浮力、曲率半径、井眼轨迹等因素,用有限元法对钻柱屈曲过程进行分析,通过调整扶正器安放位置,得到超刚性钻具组合,并与满眼钻具组合计算结果进行比较。结果表明,超刚性钻具的最大挠度比满眼钻具的最大挠度小,说明超刚性钻具的刚度比满眼钻具的刚度大,受钻压和转速的影响小,抗地层造斜能力强;钻压和转速对钻柱挠度都有影响,但转速影响比钻压大得多。     

钻柱纵向受迫振动的广义传递矩阵法

钻柱纵向受迫振动的研究在钻柱的三种振动形态中最为重要。本文建立了能更真实反映钻柱系统的纵向受迫振动模型,此模型适合于任意组合钻柱。分析钻柱各种能量损耗后,给出钻柱纵向振动时的阻尼系数计算公式。根据钻柱纵向受迫振动的特点,本文提出广义状态向量的新概念,并且用此向量描述钻柱的振动状态。用广义传递矩阵方法研究钻柱纵向受迫振动的一般规律,克服了直接求问题的解析解存在的困难。文章给出计算任意组合钻柱系统的纵向受迫振动的稳态响应的一般公式和不同测量条件下求状态向量的不同途径。     

超短半径水平钻井钻柱运动控制分析

在超短半径水平钻井过程中，钻柱运动控制对钻柱稳定送进，防止冲击和步进式运动，获得优质井眼极为重要。液力尾端式运动控制器主要依靠小孔节流使钻柱运动自动维持在设计的钻速范围内。推导出节流孔径的计算公式，分析了各参数对控制效果的影响，提出了设计和使用应遵循的原则。同时提出缆绳控制与液力尾端自动控制相结合，可使钻柱运动控制更为精确可靠。     

水平钻柱屈曲载荷的分析计算

文章把水平钻柱看作位于弹性支撑上的两端铰接的轴心受压杆件,利用平衡法对水平井眼中钻柱所能承受的临界载荷进行了分析计算,推导出了水平井眼中钻柱临界压力的计算公式。研究表明,水平钻柱所能承受的临界载荷与屈曲时的半波数有关。而半波数则与钻柱长度、几何参数,材料性质及地层弹性系数有关。     

水平径向钻井钻柱通过转向器工况分析

简要地介绍了水平径向钻井系统的基本结构和作用原理，分析了钻柱通过转向器的受力情况及径向井眼阻力R对钻柱通过转向器阻力岭的影响。由对转向器以上一段钻柱稳定性的分析，认为不宜以钻井液作用在钻柱上端的推力作为钻柱动力，欲使钻柱安全地工作，转向器以上一段钻柱应为拉杆。由钻柱所受径向井眼阻力R的变化，讨论了钻柱通过转向器的运动情况。指出要钻更长的径向水平并段，必须减小或消除径向井眼阻力R。为此，应在转向器、高压水射流破岩钻井技术、钻柱运动控制技术和井眼轨迹控制技术等四个方面加强研究。     

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。     

水平井钻柱延伸能力影响因素分析

页岩气、煤层气等非常规油气开采技术近年来发展迅速,为了降低钻井成本和提高储层的开发力度,水平井作为一种提高油气产量和采油效率的有效开采方法,在钻井工程设计中被广泛使用。水平井段延伸越长,经济效益就越好。但水平井段的可钻长度不能无限延伸,还受地质条件、地面设备和工程设计等多因素的制约。水平井段能延伸多远,能否根据现有条件准确预测,成为水平井钻井领域研究的一个重要课题。文章从工程设计、地层因素和工程技术三个方面详细分析了影响水平井水平段延伸能力的因素,通过对井深剖面、造斜率、摩擦系数、钻具组合、钻柱屈曲变形、钻压、水力参数等影响因素的限制机理的研究,得出通过优化井身剖面设计,优选钻井参数,提高钻井泵额定泵压等措施,达到有效提高水平井水平段延伸能力的目的。     

定向井钻柱强度分析

本文对不同工况下的定向井钻柱进行了力学分析,建立了钻柱内力及应力的计算方法。实例计算表明,采用转盘钻进时,钻柱受压段较短;采用井底动力钻具钻进时,井口处钻柱扭矩、轴向力和相当应力较小。     

斜直井眼中钻柱屈曲的可能性

本文应用虚位移原理,在充分考虑钻柱所处的特殊环境的基础上,考察了斜直井眼中钻柱屈曲的可能性。研究表明,在斜直井眼中钻柱的屈曲失稳与以前的模型大不相同,即在大多数情况下,斜直井眼中的钻柱并不会由于静轴向压力而失稳。由于有侧向分布力的作用,不是杆柱越长临界载荷越小。本模型更适合计算从垂直井到水平井的屈曲。文中对一些典型的钻柱进行计算.给出了在特定钻压下出现屈曲的临界井斜角。     

侧钻水平井钻柱动力学分析及应用

以侧钻水平井中的整体钻柱为研究对象,建立了侧钻水平井钻柱三维动力学分析模型。采用三维动力有限元理论,建立了描述空间内的钻柱振动的动力学方程。用PASCAL语言编制了 1套侧钻水平井钻柱振动分析及疲劳极限应力分析的软件,通过对大庆所钻的第 1口侧钻水平井高 16 0 -侧平 38井设计井身和实测井身数据对应的疲劳强度及响应内力的计算结果表明,该分析具有工程实用价值,对大庆及其它油田的侧钻井技术的开展具有一定的指导意义。     

双弯螺杆降斜时的钻柱强度分析

在浅层水平井钻进过程中,由于油层浅,造斜段相对较短,如果实钻轨迹偏差较大,就没有了纠正的余地。因此在实际的设计或施工中,若造斜率过大,需短程反向安放双弯螺杆钻具降低造斜率。文中以固体力学有限元理论为基础,建立了弯曲井眼中,反向安装双弯螺杆钻具的有限元力学模型,用此模型分析了下部钻具组合的应力场,并对反向安装的双弯螺杆钻具组合的强度进行了评价。现场应用表明,该分析方法的结论是合理的,能够用来指导现场。     

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。     

存在上凸弯曲的水平井眼中钻柱的屈曲分析

在铅垂平面内水平井眼轨迹为一条上下起伏的波浪线，因此在某一段井眼轨迹会呈现上凸弯曲，受其约束位于其中的钻柱也会存在上凸初弯曲。利用能量法对水平井眼中存在上凸初弯曲钻柱的屈曲问题进行了分析研究，推导出了屈曲载荷的计算公式。公式表明，水平井眼中当钻柱存在上凸初弯曲时其屈曲载荷的大小不仅与钻柱的长度、截面尺寸、材料以及钻柱与井眼之间的间隙等有关，还与钻柱上凸初弯曲的程度有关系，不可忽略其影响。算例分析表明，水平井眼中钻柱存在的上凸初弯曲会使其屈曲载荷减小，上凸初弯曲程度越大，屈曲载荷减小的幅度越大。     

考虑初弯曲时水平井眼中杆柱的稳定性

利用能量法研究了水平并眼中杆柱的稳定性，推导出水平并眼中具有初弯曲的杆柱稳定性轴向临界压力的计算公式，讨论了失稳变形曲线正弦半波数的确定方法，分析了初弯曲对轴向临界压力的影响。计算实例分析表明，轴向临界压力从r随初弯曲最大挠度a0的增大而减小，当a0较小时，Pcr减小幅度不大；当a0较大时，Pcr的减小较大。认为在分析杆柱的稳定性时，若初弯曲较大，就不能把杆柱当作直梁来处理，必须考虑初弯曲的影响。     

摩阻扭矩装置钻柱稳定性分析及可视化应用

钻进过程中钻柱的非线性屈曲影响着摩阻扭矩试验装置的安全和平稳运行.针对现有的水平井摩阻扭矩试验装置,基于动力学软件ADAMS,结合力平衡理论和相似理论,建立了与真实试验装置具有一致钻井参数的水平井段钻柱-井壁动态非线性接触模型.研究了不同钻压下钻柱在井筒中的运动状态与钻柱系统各测点的偏移量,通过分析得到钻柱屈曲的临界预...     

水平井中钻杆对双侧向测井的影响

用钻杆输送双侧向测井仪进行水平井测井，当钻杆不通电时，浅侧向的探测深度达不到钻杆位置，钻杆处于零电位区，对浅侧向响应不会产生影响；深侧向的仪器位于低阻层，钻杆所处位置的电位较高，对深侧向响应将产生影响。当钻杆作深侧向回路电极时，用计算出的带钻杆加长电极系系数刻度可将钻杆影响归结为仪器固有特性，测井响应则可不另外考虑钻杆影响。     

水平井钻柱摩擦力的计算

本文介绍了不同工况下水平井钻柱摩擦力的计算方法。计算结果表明,起钻和井底动力钻具钻进两种工况,钻柱与井壁间有较大的摩擦力。并指出降低摩擦力的有效措施是将造斜率较大的井段放在井眼下部,采用油基钻井液及轻质材料钻杆。     

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。