钻井液的静止和流动对钻柱弯曲的影响

本文从钻井液流动与静止的根本原因出发，分别讨论了二向应力和三向应力作用下，钻井液的流动与静止对钻柱弯曲的影响，并由此而推导出钻井液流动导致钻柱失稳弯曲的临界泵压，及一些具有普遍意义的结论。     

钻柱的动力不稳定性

从整体钻柱入手,考虑波动轴向力、钻井液的流动和质量,以及钻柱旋转的影响,建立了较接近实际的钻柱弯曲振动模型;推导出钻柱弯曲振动的偏微分方程并求出弯曲振动的频率;角渐近线方法确定在波动钻压作用下钻柱的动力不稳定区域,分析了动力失稳的特点及影响动力不稳定区域的因素。     

环空流体流动下的钻柱横向振动数学模型分析

对井下环空钻井液流动中的钻柱横向振动数学模型进行了分析。首先,把井下钻柱简化为一完全浸在沿其轴向流动的钻井液流体中的圆柱体;然后,就钻井液流体流动对钻柱所施加的各种力作了分析和推导;最后,在已导出各个量的基础上,建立考虑环空钻井液流体流动下的钻柱横向振动方程。     

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长期以来，钻井工作一直在致力于钻井过程中钻井液井下循环压力计算精度的提高，以保证钻井施工安全，快速的进行。章用Herschel-Bulkley模式描述钻井液的流变特性，考虑温度，钻柱偏心和旋转对钻井液在环空和钻柱内流动的影响，提出了一个新的钻井液循环压力计算的水力模式，计算结果与不同井深的实测数据比较表明，该模式具有较高的精度，可以满足现场钻井作业的要求。     

水平井中利用钻柱旋转作用清除岩屑床的数值模拟

岩屑床清除困难是大斜度、大位移定向井和水平井钻井普遍存在的问题。除环空钻井液返速、钻井液密度外,钻柱的旋转作用是清除岩屑床的一个重要因素。采用计算流体动力学(CFD)仿真模拟技术对钻柱旋转作用下的钻井液流动特性进行了研究,从速度场、流线图、压力场方面对模拟结果进行了分析,结果表明:在钻柱旋转的作用下,钻井液在靠近低边小环空处的轴向速度和切向速度都随着钻柱转速的提高而增大;切向速度的增大有利于将沉积在井眼低边的岩屑带入大环空,而大环空处较大的轴向速度则将更多的岩屑带出井眼。同时,存在一个临界速度,当转速超过这一速度时,旋转作用对岩屑床清除的影响程度将降低。     

钻柱内钻井液流动对钻柱横向振动的影响

在假设无扶正器钻柱为均质等截面弹性管,两端为铰支的条件下,研究了钻柱内钻井液流动对钻柱横向振动的影响。钻柱内的钻井液增加了钻柱横向振动的惯性质量。在一般情况下,钻井液流动对钻柱的横向振动频率影响很小,既不会诱发钻柱振动,也不会使钻柱失稳。     

三维井眼全井钻柱系统动力学模型研究

依据Hamilton原理,利用有限元法建立了综合考虑钻柱纵向横向扭转耦合振动、钻柱与井壁的碰撞及摩擦、钻井液对钻柱的黏滞阻尼、钻柱内钻井液对运动钻柱的弯曲效应、环空钻井液对运动钻柱的压差效应、地层压差效应、屈曲对摩阻的增益、钻头与岩石相互作用等因素的三维井眼全井钻柱系统动力学模型。研究了具有不确定性和动态边界的大型非线性系统的求解方法,开发了钻柱系统动力学特性仿真软件。该软件可以计算任意钻井参数、钻具组合、钻井液参数及地层参数下任意钻柱单元的动力学特性参数(包括位移、速度、加速度、载荷等)。     

钻井液对钻柱横向振动和稳定性的影响

作者在假设无扶正器的钻柱为均质等截面弹性管、两端为铰支座的条件下,研究了钻井液流动对钻柱横向振动和稳定性的影响,导出了振动的频率方程和失稳的临界方程。钻井液在钻柱内流动将增加钻柱横向振动惯性质量、侧向惯性作用力和诱导钻柱振动。当钻柱的轴向力一定时,钻井液流速增大,钻柱横向振动频率降低。流速大于钻柱振动基频为零的流速时,钻柱将发生失稳现象。     

钻井液阻尼对钻柱动力失稳的影响

人们研究钻柱动力失稳时，往往忽略钻井液阻尼的影响，实际上钻井液阻尼对钻柱的振动是一个极其重要的影响因素。据此，研究了钻井液阻尼对钻柱动力失稳的影响。推导出钻井液阻尼时钻柱动力失稳区域的计算公式，讨论了钻柱动力稳定性与钻压及钻柱长度的关系。实例分析表明，钻井液阻尼有利于提高钻柱的动力稳定性，钻井液的流速越大，钻柱动力稳定性就越好，其失稳区域越小；钻压越大，钻柱越长，钻柱的动力稳定性就越差，其失稳区域就越大。     

旋转钻柱内赫巴流体流动模型与流场特性研究

为了揭示钻井液在旋转钻柱内的流动特性,采用数值模拟方法建立了旋转钻柱内赫巴流体的流动模型。研究了钻柱的旋转速度、轴向流速及密度的变化对钻柱内螺旋流场的影响,并给出了合理的解释。通过分析得出旋转钻柱内赫巴流体的流动由于其表观黏度的单峰分布特性,使得螺旋流场减弱了流体质点在各方向上的随机脉动趋势,并增强了流场旋流的整体趋势。该项研究成果对于钻柱内考虑旋转效应流场钻井液流动的深入研究具有指导意义。     

钻柱在钻井液反馈影响下的横向振动

在假设钻柱为无扶正器的均质等截面弹性管，且两端为铰支的情况下，既考虑钻柱内钻井液流速和轴向力对钻柱振动的影响，又考虑振动的钻柱对钻井液的反馈影响，建立了钻井液在钻柱内流动时钻柱横向振动微分方程，推导出钻井液波动压力计算式，并给出了钻柱横向振动固有频率方程。定性分析时取频率方程前两阶进行近似计算，讨论了钻井液滚动压力对钻柱固有频率的影响。     

钻柱外钻井液对钻柱横向振动的影响

将钻井液假设为理想流体，在不考虑钻井液沿轴向流动的情况下，引入附加质量和附加质量系数的概念。讨论了钻柱与井壁环形空间内钻井液对钻柱横向振动的影响。举例计算结果表明，钻柱外钻井液所引起的附加质量与钻柱本身的质量为同一数量级，尤其当井筒直径相对较小时，附加质量与钻柱本身的质量几乎相等。在对钻柱进行动力学分析时，这一有限空间内的钻井液对钻柱横向振动的影响是不可忽视的，而这种影响主要取决于井筒直径和钻柱外径的比值。     

深水表层钻井循环压降计算研究

考虑深水低温对钻井液流变性的影响,采用分段计算不同深度井段钻柱内循环压降,然后迭加的方法计算钻柱内总的循环压降.海水越深海底钻柱内温度越低,采用分段计算然后迭加的方法计算钻柱内循环压降更准确.环空层流循环压降计算,运用相关系数法对深水表层钻井液流变模式进行优选,最适合的流变模式是幂律模式.若用宾汉模式计算环空层流循环压降,其计算结果比幂律模式计算结果高好几倍.因而要准确预测环空循环压降必须采用优选出的钻井液流变模式计算环空循环压降.     

计算窄间隙环空循环压耗的新模型

影响窄环空中摩擦压降的关键因素为环空尺寸的变化、钻柱旋转及偏心。用Herschel—Bulkley模式描述钻井液的流变性，考虑钻柱偏心和旋转对钻井液在环空和钻柱内流动的影响，提出了一种新的计算窄间隙环空循环压耗的模型，将所建立模型和传统方法的计算结果与实测数据比较表明，该模型具有较高的精度，可以满足现场作业的要求。     

考虑流固耦合钻井液冲蚀引起的钻柱失效分析

基于钻柱与钻井液耦合影响因素分析,建立了钻柱失效模型,利用流固耦合和钻柱振动的基本理论对钻柱的振动频率和振动速度进行了求解,分析了钻井液密度、流速、流动应力以及钻柱的振动频率和速度对钻柱失效的影响,在此基础上利用冲蚀理论对钻柱的失效进行研究得到了钻井液对钻柱的冲蚀磨损量以及最大冲蚀角度。根据算例参数设计了对应的室内实验,并将算例分析结果与实验结果进行对比,验证了本文所建的钻柱失效模型的正确性,结果表明考虑流固耦合钻井液对钻柱的冲蚀磨损量要远大于未考虑流固耦合钻井液对钻柱的冲蚀磨损量;层流状态下钻井液引起钻柱失效所发生的最大冲蚀角与钻井液和钻柱之间是否进行流固耦合无关。工程应用实例表明,本文研究结果可以较好地指导钻井作业实践,对于减少钻柱失效和降低钻井成本具有一定的参考意义。     

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井眼净化,是大位移钻井的关键技术之一;大位移井中,岩屑床是制约井肯净化的关键蝇水力、钻井液流变参数外,钻柱的旋转作用是清除岩屑床的一个重要因素。通过对钻柱旋转作用下的人流场的研究和分析,揭示了钻柱旋转对清除岩屑床力学机理,即旋转作用使呈现波动形式,产生了有利于清除岩屑的循环力和陀螺力。波动的压力使岩屑床趋于非稳定,而循环力和陀螺力则对岩屑床产生搅动和支承作用,便于环空上返流速对岩屑的携带。并以国内     

钻柱失效机理分析

阐明了定向钻井过程中,钻柱由于弯曲交变循环应力而造成的疲劳损伤是可以积累的,钻柱的寿命与疲劳损伤积累有关。对钻柱进行了动载力学分析和疲劳寿命预测,提出了相应的计算模型,可以计算钻柱组合中任意钻柱单元在钻井过程中所受的疲劳损伤,预测使用寿命。对钻柱的合理使用与监控以及预防钻柱失效具有较大的参考价值。     

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…     

钻柱弯曲振动和屈曲分析

本文从钻柱内外钻井液产生动压时钻柱弯曲的动力方程出发，导出了钻柱弯曲的振动偏微分方程，引用加权残值法进行分析，得到其振动方程，从而可求得钻柱的固有频率。当ω＿１→０时，便能确定泥浆的临界压力和临界流速。文中引用算例说明应用，并与其它方法的结果进行对比，以验证本法的有效性。     

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，