底部钻具组合三维静力分析

考虑钻井液和钻头的工作扭矩对钻柱横向变形的影响，分析了扶正器与井壁间的作用，用传递矩阵方法建立了定向并中底部钻具组合的三维力学模型，研制了相应的计算机程序，能有效地计算钻柱对钻头的横向作用力和确定钻头轴线的方向。     

计算弯曲井眼内双扶正器钟摆钻具受力的加权残数法及扶正器位置的优化设计

钟摆钻具是石油井工程中重要的组合钻具之一，本文用加权残数最小二乘法分析弯曲井眼内的多扶正器组合钻具的静力问题，推导出能适用于任何下部组合钻具的变形和受的理论公式，将其具体应用扶正器钟摆钻具，给出了双扶正器钟摆钻具的钻头侧向力，扶正器处的内弯矩和侧向力等计算公式，采用伸缩保差的优化方法计算纠斜侧向力为最大时对应的最优扶正器位置，实际算例说明此方法是可行且实用。     

用加权残数法计算弯曲井眼内钟摆钻具的变形及扶正器位置的优化设计

本文用加权残数法分析弯曲井眼内多扶正器组合钻具的静力问题,推导出能适用于任何下部组合钻具的变形和受力的理论公式。将其用于钟摆钻具,给出了该钻具的钻头侧向力、扶正器处的内弯矩等计算公式,讨论了扶正器位置的优化设计。     

井壁与钻具组合相互作用分析

本文分析了井壁岩石与钻具组合的相互作用，将井壁岩石作弹性体来处理井壁与钻具组合的接触问题，推导建立了井壁岩石影响钻铤及扶正器变形的计算式。通过算例，分析了井壁岩石对钻具组合变形的影响，证实了以往将井壁作刚性约束处理是不合理的。     

往复泵─管路液力系统动态特性研究

本文用传递矩阵的方法建立了描述往复泵—管路液力系统流体动力特性方程，井导出了各子系统的传递矩阵。该方程综合考虑了空气包、泵阀的动态特性以及不同管路、液缸间压力的相互影响。研究和计算结果表明，该方程全面地、接近实际地反映了往复泵工作过程中液体的动态特性，从而替代以往的、建立在伯努利方程基础上的往复泵液力系统、用于泵实际工作过程的动态特性分析计算方法。     

下部钻柱组合的变形及应力研究

应力集中是钻具疲劳破坏的一个关键因素,定量计算钻具在井下所承受的应力水平及其分布规律显得尤为重要。建立了带扶正器下部钻具组合在垂直井和斜直井眼中的有限元力学模型,用编制的软件求解并得到了下部钻具组合的形变和弯曲应力。揭示了下部钻具组合失效的力学机理。下部钻柱组合在长跨距内变形挠度最大。钻柱变形后,危险点不在挠度最大处,而在钻柱变形转角大的位置。在扶正器附近的转角大,因而弯矩也大。扶正器附近是应力集中区,而远离扶正器的两跨之间应力水平相对较低。从钻具的结构上看,钻具的连接螺纹正处在这些最大应力集中区,这是连接螺纹疲劳失效的根本原因,而扶正器或配合接头的失效多发生在连接螺纹部位。     

带扶正器弯螺杆钻具的造斜率计算及应用

介绍了单扶正器钻具组合力学模型和弯壳体螺杆钻具的理论造斜率计算方法.综合分析了带扶正器弯螺杆钻具组合的造斜率影响因素及控制井眼轨迹的方法.该方法成功应用于2根试验螺杆的设计,对现场技术服务也有指导意义.     

带可变径稳定器底部钻具组合的等效刚度及其导向能力分析

带可变径稳定器的底部钻具组合可以通过地面控制实时调整稳定器外径,快速实现不同的底部钻具组合控斜功能,大幅节省起下钻更换钻具的时间,具有广阔的应用前景。底部钻具组合的导向能力与其在井眼内的变形特征密切相关,首先针对带可变径稳定器的底部钻具组合结构特征,考虑稳定器外径变化引起的支座径向位移以及井眼曲率影响,完善底部钻具组合纵横弯曲梁三弯矩方程,实现底部钻具组合在弯曲井眼内的变形特征及其应变能的求解,形成基于应变能的底部钻具组合等效刚度计算方法;其次,利用底部钻具组合三维静力分析模型的加权余量法,计算得到带可变径稳定器底部钻具组合在不同结构时的钻头侧向力。结果表明,带可变径稳定器底部钻具组合的等效刚度系数受稳定器外径影响较大,并与钻头侧向力具有一定的相关性。     

双扶正器钟摆钻具组合的优化设计

为了提高钟摆钻具的防斜侧向力,本文应用纵横弯曲连续梁理论,研究在井斜角很小的垂直井中,对双扶正器的钟摆钻具组合如何使用优化方法合理选择钻具参数。采用“对分法”和“伸缩保差法”作为搜索方法,得出防斜侧向力最大的并随着钻压增加而增大的“双扶正器柔性钻具组合”(即两扶正器之间为柔性钻杆)。又对“双扶正器刚性钻具组合”(即两扶正器之间用刚度较大的钻铤)进行优化设计,从而取得了对不同造斜地层打钻时进行参数优选的规律性。优化设计后具有双扶正器的柔性和刚性钟摆钻具可较光钻铤钻具的防斜侧向力有显著的提高(可提高40～60%)。     

往复泵─管路液力系统动态特性研究

本文用传递矩阵的方法建立了描述往复泵-管路液力系统流体动力特性方程,井导出了各子系统的传递矩阵.该方程综合考虑了空气包、泵阀的动态特性以及不同管路、液缸间压力的相互影响.研究和计算结果表明,该方程全面地、接近实际地反映了往复泵工作过程中液体的动态特性,从而替代以往的、建立在伯努利方程基础上的往复泵液力系统、用于泵实际工作过程的动态特性分析计算方法.     

水平井及大斜度井下部钻具组合的弹性稳定性

应用能量法研究了水平井及大斜度井钻柱的弹性稳定性。在研究压杆弹性稳定性的能量方程过程中，根据现场作业情况，分析了钻柱转速、钻头扭矩、井斜角以及钻柱的几何尺寸、钻柱自重引起的横向均布载荷等参数对下部钻柱弹性稳定性的影响，并由此导出了在水平井及大斜度井中下部钻具组合临界钻压的计算公式。这对指导水平并及大斜度井的现场施工、正确选择钻井参数和选配钻具组合、确保井下钻具安全有着十分重大的意义。     

下部钻具组合横向振动固有频率的计算

根据下部钻具组合的动力学方程，推导出下部钻具组合横向振动固有频率的计算公式，该公式可适应不同形式的下部钻具组合。指出下部钻具组合横向振动频率取决于下部钻具组合的结构型式，并且受钻压、转速和钻井液密度等操作参数的影响。     

纵横弯曲法对钻具组合的二维分析

一个多扶正器钻具组合可看成是一个受有纵横弯曲的多支点连续梁柱。把它在各扶正器处分开,使其分成几个简支梁柱。然后,即可建立一组“三弯矩方程”组,以解出各扶正器处的内弯矩、钻头上受到的侧向力、以及加于各扶正器上的约束反力等。此时,井身轴线则被假设为一条位于某垂直平面上的圆弧曲线。这样得到的一些数字计算结果与Millheim应用有限元素法求出的结果进行了对比分析。     

水平井变刚度下部钻具组合的弹性稳定性

针对目前水平井及大斜度井中常采用变刚度钻具组合的特点，从现场实际情况出发，应用弹性变形能量法，建立了变刚度管柱的三角级数挠曲变形方程。同时，还根据水平井及大斜度井旋转钻进和滑动钻进的特点，考虑了与实际操作有关的钻头扭矩、钻压、转速、钻柱的几何尺寸、自重以及井斜角等主要参数的影响，研究了变刚度钻具组合的弹性稳定性问题及临界钻压的计算方法。最后进行了两口井的现场应用实例计算及分析。     

钻柱力学研究中几个值得探讨的问题

钻柱力学主要研究钻柱的强度和井眼轨迹控制问题。近年来，在钻柱稳定性研究和下部钻具静动态力学分析方面，有些研究人员采用的钻柱在钻头处不受弯矩的边界条件、几何非线性分析方法、斜井段钻柱的稳定性分析方法和下部钻具组合动力分析的定解条件值得探讨。通过分析，指出了某些不确切的提法及症结所在。确切的提法应是：（１）钻柱在运动开始之前处于静力变形状态；（２）钻柱在井底钻头处为铰支座约束。     

推靠式旋转导向钻具力学性能研究

旋转导向钻井系统在大位移井中得到广泛的应用,该项技术国内正处于研究阶段。结合国家863项目"旋转导向钻井系统整体方案设计及关键技术研究",对设计出的偏置式旋转导向钻具组合进行了力学性能的理论研究,介绍了理论模型的建立和力学性能研究的部分结果,给出了推靠式旋转导向钻具的受力状态分析、井眼曲率预测、导向稳定器运行参数、井眼曲率和方向与导向稳定器偏心距和偏心方向的关系。可以为旋转导向稳定器的设计提供理论依据。     

��ƫ���ͷ�²������϶���ѧ���������˶������о�

通过有限元分析方法，建立了带偏轴接头下部钻具组合的动力学方程，在处理相应的边界条件后，对带偏轴接头的下部钻具组合的钻头侧向力随时间变化的趋势和钻具任意截面的运动轨迹进行了全面的动态仿真研究，讨论了钻具的结构参数（偏轴距）、钻井参数（钻压、转速）对钻头侧向力和下部钻具在井内运动形态的影响，根据仿真结果判断带偏轴接头下部钻具组合的防斜效果，并提出为达到好的防斜效果所需的钻具结构参数和钻井参数。计算结果表明，由于偏轴接头的存在，带偏轴接头下部钻具组合的公转趋势增强，钻头无稳定的指向，这是偏轴钻柱能够防斜的重要原因。偏轴接头偏轴距的大小、转盘转速对偏轴钻柱防斜效果的影响较大，而钻压对防斜效果影响较小，因而可以通过增加钻压来提高机械钻速，达到既防斜又提高机械钻速的目的。     

旋转导向钻具三维小挠度稳态分析的数学模型

在普通旋转钻具的基础上,研制了一种旋转的近钻头稳定器,它可以将钻柱稳定在井眼截面的需要位置,以控制井眼轨道.为了研制和应用这种新钻具,建立了适用于该种旋转导向钻具进行三维小挠度静力学分析的数学模型,包括:①微分方程;②钻头、稳定器、变截面、切点和井壁的边界条件;③钻头的侧向力和钻头转角;④钻具的导向能力与偏心距和偏心方向.给出了一种旋转导向钻具的受力状态分析、井眼曲率预测及确定导向稳定器运行参数的计算实例.     

斜井抽油系统优化设计技术研究及应用

结合斜井井身轨迹特点,建立了斜井三维井眼中杆柱轴向载荷和侧向载荷计算数学模型,给出扶正器间距和加重杆配置的计算方法;应用系统工程分析方法,给出系统参数设计的步骤,形成了斜井有杆泵抽油系统抽汲参数优化设计方法,编制了相应的优化设计软件。现场应用实例表明,该优化设计方法理论正确可靠,根据本方法编制的斜井抽油系统优化设计软件用于现场设计,可达到有效降低管杆偏磨,减小悬点载荷,提高油井产量、泵效和井下系统效率之目的。