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。     

垂直井眼内钻柱的轴向力计算及强度校核

根据材料力学中分析内力的基本方法──截面法和流体静力学的基本方法──压力面积法，推导了钻柱真实轴向力的计算公式。进一步考虑到管内外液体对钻柱侧壁压力引起的内应力，推导了钻柱有效轴向力的计算公式。给出了有效轴向力和真实轴向力以及虚力之间的关系式，从而得出了一些非常重要的结论。结论认为，中性点可定义为有效轴向力等于零的点（截面），对于垂直井眼来说，此定义与鲁宾斯基关于中性点的定义是一致的。同时指出，进行钻柱强度计算和校核以及进行钻柱稳定性分析（失稳弯曲分析）时，都应该使用有效轴向力。     

考虑残余应变的连续油管螺旋屈曲载荷新公式

在假设连续油管初始形态为正弦形态,受外载发生屈曲后由正弦形态变成螺旋屈曲形态的基础上,推导得出在斜直井中考虑残余应变的连续油管螺旋屈曲载荷计算新公式。利用新公式进行的实例计算和分析表明,当井斜角小于2°时,连续油管螺旋屈曲载荷随着初始幅值角的增大而增大,但井斜角大于2°后,螺旋屈曲载荷随初始幅值角的增大而减小,且随着井斜角的增大,减小的幅度变大;井斜角的增大,使连续油管的螺旋屈曲载荷增大。     

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。     

高温斜直热采井管柱热屈曲探讨

针对在高温热采井中热应力对套管强度的影响,考虑了在空套段或水泥胶结差的井段可能由于热效应而导致的管柱屈曲,提出了热屈曲的概念。建立了计算热屈曲的模型,推导了发生正弦热屈曲或螺旋热屈曲的轴向力与屈曲半波数的关系以及临界温度。计算了两种屈曲情况下屈曲的弧长,求得了热屈曲的最大幅值与平均螺距。结合算例计算与分析,得出了当注气温度超过一定温度时,会导致位于水泥胶结质量差的井段的套管发生正弦屈曲而先期损坏的结论,对于热采井中注入蒸汽参数的选择和套管的维护具有一定的理论指导意义。     

斜直井抽油机的悬点载荷

根据斜直井采油技术特点，探讨了斜直井抽油机悬点载荷的计算方法。阐述了斜直井抽油机悬点静载荷、动载荷、摩擦载荷、示功图及最大、最小悬点载荷的计算公式。分析了稠油斜直井中的各项摩擦阻力、最高抽汲冲次和液力反馈泵的应用。给出河南油田第一个丛式斜直井抽油机悬点载荷的计算实例。     

斜直井眼中管柱变形参数仿真实验

根据物理相似原理,设计了井眼中管柱屈曲变形的小尺寸模拟实验装置,利用该装置对管柱在斜直井眼中的钻压传递规律、位移与载荷的关系以及临界屈曲载荷进行了研究.通过改变管柱变形微分方程中包含的无因次轴力、无因次摩擦系数和无因次轴力分布系数的值,对管柱在斜直井中的临界载荷、载荷传递效率、变形效应等进行了模拟实验.由钻压传递、位移及载荷的实验结果与理论计算曲线相比较得知,两者之间的最大差值不超过10%,理论临界屈曲载荷与实验求得的临界屈曲载荷之差不超过6%.其结果可为修正理论模型提供依据.     

斜直井眼中钻柱的动力学特性分析

为研究和控制钻柱动力学特性,分析斜直井眼中全井钻柱的受力变形特点,建立了钻柱动力学模型,利用节点迭代法解决了利用整体有限元法计算钻柱动力学特性较困难的问题,并应用节点迭代有限元法研究了钻柱的涡动轨迹和涡动速度等动力学特性。在转盘转速为120 r/min时,在给定的钻柱结构下,井深5256 m处的涡动速度达252 r/min,井深261~732 m处的钻柱应力波动幅值约为15 MPa。结果表明,钻柱内的这种应力波动或涡动特征是导致钻柱失效的重要因素,控制钻柱内的动态应力水平对钻柱失效事故的降低十分重要。     

机械式无线随钻直井测斜仪在海上油田的应用

海上油田直井作业时多采用起钻前投多点测斜仪或测斜绞车拉单点测斜仪测井斜的模式,该模式存在严重的滞后性,不能及时根据井斜变化趋势调整钻具组合与作业参数,易导致井斜超标,同时也会影响机械钻速,使作业周期延长。为此,引进了机械式无线随钻直井测斜仪。该仪器主要由脉冲发生机构、井斜测量机构、液压平衡与液压阻尼机构等组成,通过铰接实现测量装置和脉冲发生装置之间的数据传输,通过钻井液提供实时测量数据的脉冲,脉冲信号不需要任何解码设备。现场应用结果表明,虽然该测斜仪测量数据与MWD测量数据存在误差,但能较好地反映井斜变化趋势,满足现场作业要求。     

斜直井抽油泵杆柱动态参数预测

根据斜直井抽油杆柱工况特点,建立了斜直井抽油杆柱的一维有阻尼波动方程。利用微机对斜直井抽油杆柱动态参数的预测计算结果表明,与竖直井相比,斜直井最大光杆载荷变化不大,最小光杆载荷减小很多。这对斜直井抽油杆柱的设计和使用有重要参考价值。     

定向井全井段钻柱下放过程应力及接触力分析

钻柱在下放过程中,由于井眼轨迹的影响和井壁的约束,钻柱会产生弯曲应力、接触压力和摩擦力等初始应力。忽略钻柱轴线与井眼轴线重合这一前提假设,模拟了整个钻柱的下放全过程,得到了真实的钻柱初始状态,对钻柱下放过程中的应力及接触力进行了分析。在有限元处理中把整体模型假设为细长梁在管内沿管轴线的下放过程,将井壁考虑为刚体。模拟结果表明,从全井段应力变化来看,直径段由于重力作用呈线性减小趋势,而进入造斜段时则迅速增加,在接触处和截面突变处变化剧烈,进入稳斜段后,在靠近钻头附近趋于平稳,维持在较低水平。     

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目前大斜度井、水平钻井日益普遍,但是由于井眼弯曲等多种因素的作用,大斜度井、水平井的管柱在井眼弯曲段存在较严重的磨损,管柱的严重磨损是钻这类井必然存在的现象,因此进行套管磨损预防、预测与处理技术的研究是一个迫切需要解决的问题。套管在给定位置处单位长度所受的侧向力与井斜角和钻入深度等许多因素有关。文章通过受力与变形分析,导出在增斜段侧向力的计算模型,通过对微分方程组的求解,最终导出了在套管单位长度上侧向力的关系表达式。该参数的确定在套管柱设计,井下套管摩阻分析,尤其是在开展套管磨损问题的分析中占有非常重要的地位。     

钻柱在井筒内自由降落时的运动和受力分析

在钻井过程中由于各种原因造成部分钻柱落井，致使钻头或底部钻具损坏。文中在分析影响钻柱在井筒内自由降落时速度的各种因素的基础上，建立了钻柱在井筒内自由降落的运动数学模型，以及与井底接触时对钻柱产生的碰撞力。为现场处理类似的钻柱落井事故提供预先的分析和处理方案，以缩短事故处理时间，减少经济损失。     

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本文根据接触非线性理论,设计了“多向接触摩擦间隙元”,并编制了相应的计算机程序。运用该程序结果表明:间隙元法能准确、方便地描述出钻柱与井壁的接触状态。能计算出钻头处的变井斜力、变方位力以及钻柱的受力变形。为钻柱受力变形分析提供了一种行之有效的计算方法。     

塔深1井超深井段弯螺杆钻具MWD定向纠斜技术

塔深1井五开从6800 m钻进到完钻井深8408 m,所钻油藏岩性以白云岩为主,岩性复杂,给井斜控制带来了极大困难,曾多次采用各种常规的防斜打直技术,都没有取得成功。后使用弯螺杆动力钻具MWD随钻测斜纠斜技术,通过控制钻压、螺杆弯度、工具面,定向与复合钻进来对井斜进行控制,用正确方法精心调整反扭角、选用抗高温高压MWD和动力钻具、下钻分段循环降温等措施克服了超深井段给工具使用带来的问题,有效地控制住了井斜,优质高效地完成了钻井任务。应用结果表明,MWD加弯螺杆动力钻具纠斜是一种高效、安全、简单实用的纠斜方法,不仅在井斜控制困难时有使用价值,在常规钻井中推广使用也能有效提高效率和控制井斜。     

裸眼水平井阻流酸洗充填一体化管柱的研制

针对目前疏松砂岩油藏裸眼水平井采用悬挂滤砂管的防砂管柱进行防砂完井,在细砂岩、粉细砂岩油藏以及高泥质等油藏中易造成砂埋、堵塞、产量下降快等难题,研制开发了裸眼水平井阻流酸洗充填一体化管柱。该管柱主要由阻流密封装置、压力控制机构、底部充填外装置、定位机构和内充填装置等组成。压力控制机构与阻流密封装置的有机结合确保了泥饼清除和砾石充填的安全可靠性;充填内通径达65 mm,可满足排量高达3 m3/min砾石充填施工的需要;内、外充填口复合密封结构设计保证了管柱的密封和承压能力。室内试验和现场应用结果表明,该管柱集泥饼清除和砾石充填于一体,综合性能可靠,很好地满足了裸眼水平井酸洗充填防砂的要求。     

东海断桥二井下部钻柱断落原因分析与认识

文章针对断桥二井两次下部钻柱断落原因分析 ,对钻具使用提出合理的建议及预防此类事故注意事项 ,以便今后尽可能避免此类井下事故的发生。     

震荡压裂酸化技术在大斜度高温超深井的应用

川东北地区气藏埋藏深度大,气藏压力温度较高,流体成分复杂,在大斜度、超深井中完成增产措施则进一步增大了施工难度。震荡压裂酸化技术在川东北地区成功运用,一定程度上沟通了气井底层深部渗流区域,增加泄油气面积、提高了单井产能。