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石油钻柱的失效80％以上都为疲劳破坏，这与钻柱在弯曲和扭转组合下的交变应力有关。文章结合钻柱疲劳破坏的基本特征和有关实验数据，得到了钻柱在钻井液腐蚀条件下的持久极限应力近似计算公式。利用复合交变应力强度计算理论，考虑钻柱涡动及轴向载荷的影响，建立了钻柱复合交变应力下的动态强度条件，并给出了计算实例。结果表明，静态条件下安全系数满足设计要求的钻柱，一旦动态条件下的疲劳强度不够，就会发生失效。文中所建模型对于钻柱设计时的强度校核、在役钻柱的安全评估以及失效钻柱的事故分析具有实际的指导意义。     

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。     

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。     

塔河油田超深井库1井固井评析

钻柱工作条件恶劣，尤其在狗腿或弯曲井段时，较大交变弯曲应力常造成钻柱疲劳破坏，计算钻柱疲劳寿命可以为钻柱使用和管理提供依据。在定性分析钻柱失效机理的基础上，对钻柱进行了三轴应力分析，结果表明：①变应力是钻柱疲劳失效的根本原因，但振动和涡动也不可忽视。钻柱自身的剧烈振动，将引起钻柱上联接螺纹疲劳断裂。②钻柱在井眼中同时受拉、压、弯曲、扭转、冲击等多种载荷作用，且多数情况下都是交变的。③有初始裂纹的钻柱与无初始裂纹的钻柱，其疲劳破坏机理不同，     

水平井段钻杆接头的力学效应

通常在研究水平井段钻柱受力和变形时，忽略钻杆接头的影响，仅将钻柱当作光滑管柱处理，因此计算结果不够准确。实例计算时分析了接头对变形过程、屈曲临界力和弯曲应力的影响，提出了计算正弦屈曲临界力的新方法。分析指出，当接头外径较小时，外径的变化将改变正弦屈曲临界力。接头外径增大会不断增加螺旋屈曲临界力，因而具有抑制螺旋屈曲的作用。接头外径大到一定程度，就不再影响正弦屈曲临界力。当轴向压力较小时，接头引起钻柱弯曲应力；当轴向压力较大时，考虑接头影响不会引起屈曲钻柱弯曲应力计算值的增加。     

钻柱瞬态动力学失效分析

目前钻柱瞬态动力学的研究大部分处于理论阶段,计算工作量大,而且针对钻柱的动态失效分析还比较少。为此,考虑钻柱轴向力的作用,在一定条件下发生屈曲,诱发横向振动,使钻柱的一些部位与井壁碰撞,建立钻柱的动力学模型;通过ANSYS软件,用Newmark方法,分析钻柱承受任意随时间变化的钻压的动力响应,提取钻柱上的危险点。实例计算和分析结果表明,钻柱的实际断点一般都接近危险点,且断点处交变应力的变化幅度比较大,从而为钻柱的失效和断裂提供了理论依据。     

信息

钻柱失效机理及其疲劳寿命预测研究钻柱工作条件恶劣,尤其在狗腿或弯曲井段时,较大交变弯曲应力常造成钻柱疲劳破坏,计算钻柱疲劳寿命可以为钻柱使用和管理提供依据。在定性分析钻柱失效机理的基础上,对钻柱进行了三轴应力分析,结果表明:①变应力是钻柱疲劳失效的根本原因,但振动和涡动也不可忽视。钻柱自身的剧烈振动,将引起钻柱上联接螺纹疲劳断裂。②钻柱在井眼中同时受拉、压、弯曲、扭转、冲击等多种载荷作用,且多数情况下都是交变的。③有初始裂纹的钻柱与无初始裂纹的钻柱,其疲劳破坏机理不同,疲劳寿命也不同;对有裂纹的钻柱,裂纹形…     

钻柱涡动情况下疲劳损伤浅析

钻柱在井下工作环境恶劣,疲劳破坏是钻柱失效的主要形式。随着对钻柱工作环境的不断认识,理论和实践都证实疲劳破坏是一个累积的过程,疲劳寿命与钻柱在弯曲和扭转组合作用下的交变应力有关。建立了在涡动情况下钻柱的交变力学模型,分析了交变弯曲应力,应用形状改变对构件屈服区进行了渐进分析,扩展了线弹性断裂力学的应用范围,并用Forman模型预测了钻柱的疲劳寿命,使计算结果更加准确,引入疲劳损伤观点为钻柱使用安全性的判断增添了一种新方法,具有较好的应用前景。     

钻压防斜技术的实践与理论探讨

常规防斜钻具要求小钻压或带有多个稳定器,因而钻速低,且易发生事故。新的防斜技术──光钻铤加压防斜,除具有常规防斜钻具的钟摆力和惯性离心力外,还有动态轴向附加力。新的防斜理论认为,增加钻压引起钻柱屈曲,保持钻柱涡动,有井斜时使钻柱产生周期性变化的轴向附加力,无井斜时轴向附加力消失。轴向附加力给钻头与地层的接触增加一个周期性附加分量,改变了钻头的破岩速率和方向,所以轴向附加力具有防斜和纠斜的作用,而绝不会增斜。新的光钻铤加压防斜技术,在塔西南地区试验取得极好效果。     

在水平井眼中存在下凹初弯曲钻柱的屈曲分析

分析了水平井眼中存在下凹初弯曲钻柱屈曲的性质和可能的屈曲形式,认为钻柱在初弯曲所在平面内不会发生屈曲,而只能在垂直初弯曲所在的平面方向发生屈曲。在此基础上利用能量法对其稳定性予以研究,推导出下凹初弯曲钻柱临界压力的计算公式。研究表明:在水平井眼中,当钻柱存在下凹初弯曲时不但不会减少钻柱的临界载荷,反而会增加其临界载荷,而且初弯曲程度越大,临界载荷增加的幅度越大;在水平井眼钻进中完全可以采用钻杆构成钻柱来传递压力,即使由于井眼弯曲造成钻柱发生下凹初弯曲时也不会影响钻柱的稳定性。     

不扩孔转向轨道中高压钻管变形及阻力分析

目前,国内外对10.0～12.7 mm高压钻管在弯曲半径0.1 m左右时弯曲变形及受力状况的研究仍然存在不足。鉴于此,利用ANSYS研究了高压钻管通过不扩张转向轨道时的形态、截面、壁厚及滑道阻力的变化情况。研究结果表明,高压钻管经过转向轨道后前端向上略微翘曲,其主轴和副轴长度变化量在1 mm以内,壁厚在副轴方向上受压的一侧增加,受拉的一侧减小,但增加量和减小量都可以忽略不计;滑道阻力波动与轨道的曲率变化基本一致,最大值达到841N。该研究结果与试验结果吻合,可以为轨道设计、高压钻管优选及送进工艺设计提供理论根据。     

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。     

水平井抽油加重杆柱设计方法

本文首先分析了水平井中抽油杆柱的受力特点,讨论了水平井中抽油杆柱加重的位置与必要条件。应用纵横弯曲连续梁柱理论得到了求解带扶正器的抽油杆柱的轴力、弯矩和挠度计算公式;以修正的Goodman应力图为强度准则,并考虑杆柱刚度条件,提出了水平井中抽油杆柱加重设计的方法。最后给出了某油田1口井的抽油杆柱设计实例,说明了该万法的正确性。     

钻柱失效机理及其疲劳寿命预测研究

钻柱工作条件恶劣,尤其在狗腿或弯曲井段时,较大交变弯曲应力常造成钻柱疲劳破坏,计算钻柱疲劳寿命可以为钻柱使用和管理提供依据。因此,在定性分析钻柱失效机理的基础上,对钻柱进行了三轴应力分析,并提出了钻柱疲劳寿命的计算模型,该模型可用于无裂纹钻杆和有裂纹钻杆疲劳寿命预测。算例表明,该方法对钻柱疲劳寿命的估算较为合理,符合工程实际。     

连续管在水平井井筒中的力学模拟试验系统

为了更好地了解连续管在井下的力学行为,针对不同的井身结构并考虑水平井在内的全井段模型,开展了连续管井下力学试验研究。试验考虑相似原理设计和现象观察,初步采用钢丝模拟连续管,用有机玻璃管模拟井筒。拟采用人工记录和计算机数据采集系统相结合的方法记录试验数据。试验结果表明,试验系统能够较完整地模拟连续管在井筒内的屈曲、屈曲锁死、井口屈服和解除屈曲;在试验台架能力范围内,井筒的弯曲段部分仅发生平面正弦屈曲,不发生螺旋屈曲;解除屈曲过程首先释放首端轴向力,直到首端轴向力小于等于末端轴向力时,随着首端轴向力的进一步释放,末端轴向力才同步释放。     

钻杆开孔后剩余强度研究

为了对开孔后的钻杆进行剩余强度分析,运用有限元分析法对开孔后钻杆承受内压作用时的强度进行计算。建模时以API内加厚钻杆为研究对象,约束钻杆两边的轴向位移为0。在ABAQUS有限元分析软件环境下建立分析数据库,导入钻杆开孔后的三维实体模型,建立了有限元模型分析数据库。分析结果表明,钻杆开孔后,在内管壁施加的均布压力作用下,最大应力发生在开孔边缘的轴向位置附近,且随着开孔直径的增大,最大Mises应力也增大;在钻杆厚度一定的情况下,随着开孔直径的减小,应力集中因数逐渐减小,且趋近于恒定值;在相同的开孔直径下,钻杆直径越大,应力集中因数越大。     

旋转导向工具心轴弯曲对悬臂轴承影响的研究

指向式旋转导向工具利用心轴的弯曲变形达到导向钻进的目的,在轴承受力分析的基础上,选择滚针轴承达到心轴上部的悬臂轴承限制心轴弯曲的目的,但是心轴的弯曲会影响滚针轴承的工作及寿命。通过对心轴弯曲变形的力学分析,建立了心轴在静态偏置状态下的挠曲线方程,得出在滚针轴承处心轴的挠度值与偏置力之间的关系曲线,利用试验验证了力学分析的合理性;并通过试验研究了在静态和动态2种工作条件下心轴弯曲对滚针轴承工作的影响。结果表明,心轴的弯曲变形是滚针轴承失效的主要原因;采用组合轴承或硬质合金轴承可以改变轴承的受力状态以延长轴承的工作寿命。     

内外液压作用下套管柱屈曲载荷的级数解

关于油井套管柱的屈曲问题虽已经有一些研究文献，但深入系统地研究该问题的文献并不多，由于其微分方程求解困难。各文献并没有给出一致的套管临界屈曲载荷，并且给出的结果普遍偏高，文章首次将套管和内，外部液体一起考虑，建立微分方程，并用无穷级数法求解，得到了比较准确的临界屈曲载荷，论述了管柱内，外壁侧向液压对管柱发生屈曲的影响，对于开口管柱，当其处于微弯状态时，内、外壁同压力上起管柱任一截面的弯矩等于作用于底端的轴向力和沿轴线均匀分布的液柱重力所产生的弯矩。其结果可供油井设计和施工参考。