定向井降斜井段中管柱的屈曲分析

在定向井的降斜井段井眼呈现上凸弯曲状态,位于其中的管柱受其约束必然存在上凸初弯曲。这就使管柱屈曲的性质和井眼轨迹为直线时管柱屈曲的性质就有很大的不同,有必要对其进行专门分析。为此,利用能量法对定向井的降斜段中存在上凸初弯曲管柱的屈曲问题进行了研究,推导出了其屈曲载荷的计算公式。研究表明在定向井的降斜井段,井身的上凸弯曲会造成管柱屈曲载荷的下降,弯曲的程度越大,管柱屈曲载荷下降的幅度越大。当井身上凸弯曲曲率达到一定程度时管柱有出现屈曲的可能性。     

弯曲连续管内流体运动机理与摩阻研究

井眼的弯曲直接影响连续管在井下的弯曲状态和连续管内流体的运动特性与摩阻。为此,分析了弯曲连续管内流体流动的运动机理,在此基础上根据流体力学原理建立了不同流体条件下弯曲连续管内流体摩阻计算模型。分析结果表明:弯曲连续管内流体的运动呈现断面环流和冲击波效应,这可能是引起弯曲连续管内流体复杂运动的力学机制;弯曲连续管内流体流动的断面环流和冲击波效应在一定程度上影响了连续管内流体的流态和摩阻;随着井眼曲率半径的减小和注入排量的增大,不同流体条件下弯曲连续管内流体的横向切力和摩阻随之增大;弯曲连续管内流体流动的横向切力和摩阻受弯曲段井眼曲率半径和注入排量的影响较大。研究结果可对弯曲井眼中连续管循环摩阻计算、受力分析和排量优选提供理论参考。     

弯曲井眼中管柱屈曲行为研究

给出了描述弯曲井眼中管柱屈曲及后屈曲行为的解析结果。通过求解由平衡法得到的管柱屈曲平衡方程,得到了管柱的正弦屈曲的构型和螺旋屈曲构型的解析解。解析结果与相应的数值结果有良好的一致性。在此基础上,确定了管柱的初始屈曲临界载荷、保持正弦屈曲构型的最大载荷和螺旋屈曲临界载荷。由此,进一步得到了管柱在后屈曲进程中载荷与变形受力的关系。     

中短半径井眼固井防砂一体化管柱研究与试验

为了解决渤海油田中短半径裸眼井固井防砂一体化作业无适用管柱的问题,针对渤海油田的开发情况与技术现状,设计了一套适用于中短半径井眼的固井防砂一体化管柱,对其安全性、通过性的分析结果发现:该管柱在下入过程中不会出现螺旋弯曲,安全性达到了要求;可以顺利通过最大狗腿度为19.28°/30 m、曲率半径为89.20 m的井眼。试验井试验和现场试验均表明:中短半径井眼固井防砂一体化管柱的安全性和通过性达到了设计要求,能实现实现一趟钻完成上部井段固井作业和下部储层段选择性固井和砾石充填防砂作业的功能,能够满足渤海油田中短半径裸眼井实施固井防砂一体化作业的需求。      

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.     

水平井内管柱螺旋弯曲的研究

本文研究水平井中管柱（油管或钻杆柱）的螺旋弯曲及其临界（正弦）弯曲，同时还研究管柱在螺旋弯曲时产生的巨大摩擦力。随着轴向力的增加，临界（正弦）弯曲转化成螺旋弯曲。但是，除非在轴向载荷很大，约为正弦弯曲临界载荷的１．８倍，或是本文文献中给出的所谓螺旋弯曲载荷的１．３倍时，水平井井筒内管柱的变形才可能完全转化为螺旋弯曲变形，本文献中所谓的螺旋弯曲载荷实质上是指管柱产生螺旋弯曲过程中的平均轴向载荷。这就     

�����ʾ������������ȶ��Է���

钻井界普遍认为，在弯曲的井眼中钻柱不会发生失稳现象，但未见到详细的理论论证。文中利用能量法，研究了等曲率井眼中钻柱的稳定性问题。在力学模型中，考虑了钻柱自重和井眼曲率的影响，给出了等曲率井眼中钻柱侧向失稳临界压力的一般形式，并讨论了弯曲井眼中，钻柱存在稳定问题的条件，所得结果可供工程计算参考。分析结果表明：在弯曲井眼中，钻柱临界压力不仅与钻柱的长度、截面尺寸等有关，还与井眼的曲率有关，且随着曲率的增大，其临界压力随之增大；当弯曲井眼的曲率增大到一定的数值时，钻柱由稳定问题转变为强度问题，其临界压力应由钻柱的强度条件确定。     

油管柱屈曲临界载荷的理论计算方法

文章以油管柱为研究对象，充分考虑了实际作业工况下，油管自重、油管与井眼内壁间的摩擦力、油管内外流体的压力和粘滞摩阻力、扭矩、井斜角、方位角、流体对油管浮力等因素的综合影响。从理论上推导出了油管柱在三维弯曲井眼中的屈曲变形微分方程，提出了不同井型条件下的油管柱屈曲临界载荷计算方法，揭示了井下油管柱屈曲临界载荷与其主要影响因素之间的关系，为油管柱结构的优化设计提供了理论依据。     

裸眼跨隔中测管柱力学及允许测试压差分析

由于经典的无限长管柱力学理论不再适用于两端受到封隔器约束的有限长跨隔段管柱，因此，考虑井眼和封隔器的约束，用微元体分析法和能量法对跨隔管柱的弯曲行为重新进行了分析。分析表明，在井眼和封隔器的约束下，跨隔段管柱有三种屈曲构型：一个半波弯曲、两个半波弯曲和螺旋弯曲。求得了三个弯曲临界栽荷，跨距间管柱的挠度、弯矩及弯曲应力计算公式。据此，可以计算跨距间管枉、工具的强度或由跨距间管柱及．工具强度所允许的测试压差。     

中短半径水平井弯曲井段套管受力分析

套管柱在高井眼曲率的水平井弯曲井段将产生较大弯曲应力和较大的径向变形，有可能导致强度破坏和变形失稳。为了研究套管在弯曲载荷作用下的应力分布及变形情况，采用三维实体单元，运用有限元方法建立了中短半径水平井弯曲井段套管的计算模型，分析了三种不同外径尺寸的套管在一定围压和不同弯曲载荷作用下的最大径向变形量和最大等效应力值，并分析其随井眼曲率的变化规律。计算表明，井眼曲率增大，弯曲井段套管的径向变形和应力也随之增大；同一井眼曲率下，外径较大的套管，径向变形和应力也较大。通过研究，对高井眼曲率下中短半径水平井弯曲井段套管柱强度设计提供了理论依据。     

Thermal Buckling of Casing in a Slanted Thermal Production Well

Abstract

Severe thermal load to the casing that results from steam injection operation can cause casing failure. This article describes thermal buckling caused by thermal loading in a poor cement-bonding section or cement empty section. The concept of thermal buckling and a thermal buckling model are presented. The relation between sinusoidal or helical buckling with the number of buckling half-waves and critical temperature is developed. The arc length of sinusoidal and helical buckling are calculated, and the maximum amplitude and average helical pitch are found combined with the result of casing elongation by thermal effect. The conclusion that the casing located in a poor cement-bonding section or cement empty section was predamaged due to severe thermal buckling caused by high temperature is proposed. This conclusion has a guide to the parameter selection of steam injection and casing maintenance in a steam injection production well.     

直井中钻柱非线性螺旋屈曲准静态加载模型研究

采用有限元法对直井中钻柱非线性螺旋屈曲准静态加载模型的控制微分方程进行了求解，对钻柱螺旋屈曲准静态加载模型的合理性进行了理论验证，证明了钻柱螺旋屈曲准静态加载问题和特征值问题，力学模型中考虑了钻柱的重力，摒弃了传统分析中的小位移假设。研究表明，钻柱的螺旋屈曲过程是一个稳定的加载过程；钻柱屈曲位移的幅值随轴向载荷的增大而增大；钻柱的屈曲位移、弯矩和井壁约束力线密度都呈周期性变化；将钻柱的螺旋屈曲问题作为一个准静态加载问题来分析是合理的；采用准静态加载模型计算得到的钻柱初始失稳载荷与钻柱正弦屈曲线性特征值问题的分析结果吻合。     

径向井钻杆转向阻力建模及实验分析

径向井钻杆的转向是承受内压曲杆反复弹塑性弯曲过程。由于系统的非保守性 ,其匀速钻进状态也不能应用静力平衡方程。将钻杆的运动态作为静止稳定状态的失稳 ,运用线性小位移理论 ,求解钻杆保持静止状态的条件 ,建立了钻杆发生运动的极限载荷、曲率突变点阻力等模型。根据径向井钻杆载荷的边界条件 ,提出了径向井钻杆转向过程中存在临界载荷系数的论断 ,求得了常用径向井转向器的临界载荷系数。计算结果与实验进行了对比分析 ,对径向井现场试验中表现出的钻杆遇阻现象给出了可信的解释。     

脐带缆铠装钢丝径向屈曲失效数值模拟及参数敏感性分析

针对海洋工程脐带缆铠装钢丝径向屈曲失效,建立三维简化有限元模型进行螺旋缠绕结构的径向屈曲模拟分析。以我国某海域典型脐带缆为例,得到单倍螺距下单根铠装钢丝径向屈曲失效临界载荷。探究不同敏感参数对单根铠装钢丝临界屈曲载荷的影响,发现铠装钢丝螺旋角度、截面惯性矩、螺旋缠绕半径与临界载荷分别大致呈抛物线形、线性、负指数关系,该结论可为脐带缆铠装抗屈曲设计提供参考。同时发现,通过单根铠装钢丝临界载荷累加的方式可近似得到相应根数螺旋铠装钢丝的临界屈曲载荷,该载荷可作为求解真实脐带缆单层铠装径向临界屈曲载荷的保守估算值。     

封井器吊装架横梁的侧向屈曲临界载荷计算

狭长矩形梁的侧向屈曲,是机械设备和工程结构设计中应该考虑的一个重要问题。在分析封井器吊装架外伸梁的侧向屈曲问题时,推导了外伸梁侧向弯曲的微分方程,并用无穷级数法求解,得到了外伸梁在自由端受集中载荷时的侧向屈曲临界载荷的数值结果。推导了用能量法计算侧向屈曲临界载荷的计算式,并给出了近似解。发现外伸梁可以分解为简支梁和悬臂梁,外伸梁的临界载荷为简支梁和悬臂梁的较小者。得出的结果为机械设备和工程结构的设计提供了依据。     

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。     

б���Ŀռ���̬����ʵ�ü�������

井眼曲率（全角变化率、狗腿度）是用来衡量井身质量的一个重要的现行标准。采用圆柱拟合方法首次建立了斜井井眼曲线的参数方程，应用微分几何原理获得了井眼曲率和挠率的新计算公式，并证明了同一测段井眼曲线上各曲率是不相同的。文中从各个侧面论述了“狗腿角平面”只是一个假想平面，指出使用的Ｌｕｂｉｎｓｋｉ公式进行的三维分析，只在井斜角和方位角变化很小时才是正确的。对井眼曲线空间形态的数学描述及其结论，能有效地指导斜井和水平井的剖面设计，弯曲井段的套管强度设计，以及井下组合钻具和套管扶正器的三维分析     

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。