轴力及重力作用下钻杆最大弯曲应力计算

在考虑了钻杆接头、轴向力、钻杆重量以及钻杆本体与井壁接触等因素的前提下 ,应用平面弹性梁理论建立了钻杆在轴向拉力、轴向压力和轴向力为零时钻杆的最大弯曲应力计算模型。运用该模型计算出的钻杆最大弯曲应力远大于按井眼曲率计算的弯曲应力 ,这说明钻杆接头对钻杆弯曲应力的分布有较大的影响。在计算钻柱强度时 ,应考虑接头对钻杆弯曲应力的影响 ,以实现安全钻井。     

水平井段管柱屈曲与摩阻分析

利用有限差分法和Ｎｅｓｗｔｏｎ迭代法，计算了斜直井段管柱螺肇屈曲临界力、沿螺旋段分布的管柱与井壁接触力以及后屈曲平均侧向接触力。分析了钻杆接头对水平井段钻柱屈曲临界力和弯曲应力的影响，提出了计算钻柱正弦屈曲临界力的新方法。结果表明，当轴向压力较小时，钻杆接头引起钻柱弯曲应力；当轴向压力较大时，接头会抑制螺旋屈曲的发生，降低钻柱的弯曲应力，另外，给出了水平井段钻柱出现反转的判别式。     

水平井段管柱屈曲与摩阻分析

利用有限差分法和Newton迭代法 ,计算了斜直井段管柱螺旋屈曲临界力、沿螺旋段分布的管柱与井壁接触力以及后屈曲平均侧向接触力。分析了钻杆接头对水平井段钻柱屈曲临界力和弯曲应力的影响 ,提出了计算钻柱正弦屈曲临界力的新方法。结果表明 ,当轴向压力较小时 ,钻杆接头引起钻柱弯曲应力 ;当轴向压力较大时 ,接头会抑制螺旋屈曲的发生 ,降低钻柱的弯曲应力。另外 ,给出了水平井段钻柱出现反转的判别式。     

径向水平井造斜器内钻杆的弯曲状态分析

分析了连续管钻杆弯曲状态的各种影响因素及影响程度，结果表明，由于连续管材料变形强化度低，钻杆塑性变形有限，在分析钻杆反复弯曲应力状态时，可不考虑强化和塑性变形的面积效应，采用弹性－刚塑性材料模型及平面应力假设，建立了内压作用下钻杆弹性层与曲率的关系以及钻杆的极限弯矩，应变中性层与轴向力，内压的关系。分别结果表明，钻杆弯曲主体的中性层随弯曲曲率的变化很小，但内压和轴向力对中性层的位置有明显影响，在内压和沿程阻力作用下，钻杆的弯曲表现为横截面变形的压弯特征和轴向弯曲的拉弯特征，这为控制钻杆的截面变形和设计造斜器滑道提供了理论基础。     

气体携岩对钻杆接头冲蚀规律研究

针对气体钻井钻杆接头冲蚀严重易导致钻杆快速失效的问题,基于两相流计算流体动力学有限元法建立了气
体携岩冲蚀18° 斜坡钻杆的CFD 仿真模型。根据此模型,系统地研究了钻杆居中、钻杆不同偏心程度、不同注气量以
及不同钻速对岩屑颗粒冲蚀钻杆接头、岩屑颗粒运动轨迹和浓度分布以及环空气流速的影响。结果表明：（1）钻杆居
中时,冲蚀速度对称分布,接头冲蚀比钻杆本体冲蚀严重,迎风坡面顶部附近出现最大冲蚀速度。同时,得到了接头最
大冲蚀速度随岩屑质量流量及携岩速度的定量关系;（2）钻杆偏心时的最大冲蚀速度和接头宽流道环空一侧的冲蚀速
度比钻杆居中时大,且偏心程度越高,接头环空窄流道一侧冲蚀区域越密集。钻杆偏心程度在30%～70% 时,最大冲
蚀速度由钻杆接头转移至钻杆本体。接头最大冲蚀速度分别在钻杆偏心0～30%、50%～70% 和80%～90% 时随携岩速
度增加而增加,但在钻杆偏心30%～50% 和70%～80% 时最大冲蚀速度随接头环空宽流道岩屑浓度减小而减小。研究
结果为预防钻杆接头冲蚀失效提供了理论依据,并在现场得到了应用。     

径向水平井造斜器内钻杆的弯曲状态分析

分析了连续管钻杆弯曲状态的各种影响因素及影响程度。结果表明 ,由于连续管材料变形强化度低 ,钻杆塑性变形有限 ,在分析钻杆反复弯曲应力状态时 ,可不考虑强化和塑性变形的面积效应。采用弹性刚塑性材料模型及平面应力假设 ,建立了内压作用下钻杆弹性层与曲率的关系以及钻杆的极限弯矩、应变中性层与轴向力、内压的关系。分析结果表明 ,钻杆弯曲主体的中性层随弯曲曲率的变化很小 ,但内压和轴向力对中性层的位置有明显影响 ;在内压和沿程阻力作用下 ,钻杆的弯曲表现为横截面变形的压弯特征和轴向弯曲的拉弯特征。这为控制钻杆的截面变形和设计造斜器滑道提供了理论基础。     

智能钻杆导电环结构有限元分析

导电环是智能钻杆导电性能及可靠性的关键。介绍了加工的智能钻杆导电环结构,结构中的内导电环和外导电环分别位于钻杆母接头和公接头的螺纹内径端部,它们之间的柱面接触实现了钻杆接头处的电力及信号导通。对室内钻杆上卸扣试验中导电环的变形过程进行了受力分析,得出轴向力F是导致导电环变形的主要原因。采用有限元分析方法分别对内外导电环的接触过程和单个导电环受轴向力F时的变形状态进行了数值模拟。模拟结果分析表明,将内外导电环过盈配合时的过盈量控制在0.024 mm以下,结合面锥度控制在1:5以上时,导电环在钻杆上卸扣过程中不会产生塑性变形,具有较高的可靠性。     

旋挖钻机钻杆键条焊接接头的残余应力

钻杆是旋挖钻机的关键部件之一,也是易损部件,其损坏部位大多位于钻杆键条焊接接头处。该文采用SYSWELD软件对旋挖钻机钻杆键条接头的焊接过程进行了数值计算,并用X射线衍射法对实际钻杆键条焊接接头试样的残余应力进行了测量,得到了接头焊接完成后的残余应力分布。针对钻杆结构受力特点,着重分析了切向焊接残余应力的分布特征,并计算对比了焊接速度的影响。结果表明:焊接接头最大残余拉应力出现在热影响区内;随焊接速度的增加,管体上切向最大压应力明显增大,最大拉应力变化不明显。     

旋挖钻机钻杆轴向与横向耦合振动研究

为了更准确地预测旋挖钻机钻杆的振动特性,在分析钻杆振动机理的基础上,文章基于Hamilton变分原理和有限元理论,建立了钻杆的轴向和横向耦合振动的动力学模型,采用Newmark-β法仿真分析了钻杆的振动响应。结果表明,钻杆横向振动的位移比轴向振动位移大很多,并且第5节钻杆的振动位移和耦合振动幅值波动都比第1节钻杆大。同时,对旋挖钻机第1节钻杆工况进行了试验,对比试验结果和仿真结果,发现试验曲线与耦合模型的仿真曲线的位移响应历程变化趋势相似,验证了钻杆耦合振动仿真模型的可行性,说明考虑轴向与横向耦合振动能更好地反映钻杆的动力学特性。     

钻杆接头缺陷影响使用寿命的试验研究

针对钻杆接头反应肩处存在的外加厚过注不全及几何缺陷,在静态纯弯曲条件下,用电阻应变片测试了所引起的应力集中系数,通过弯曲疲劳试验对钻杆使用寿命的影响规律进行了试验研究。结果表明,这种缺陷对钻杆寿命影响很大,在台肩深度相同时,缺陷半径越小,钻杆寿命越短,对钻杆接头缺陷的检验标准与钻杆的分级管理提出了合理建议。     

激光电场共同作用打孔的研究

分析了激光电场共同作用下的打孔机理.给出了激光电火花共同作用和激光电场共同作用下打孔的实验结果.在一定条件下,共同作用的打孔速度比单纯的激光打孔更快.     

切削具的“后部效应”对岩石破碎的影响

本文通过一个光弹实验和静压卸载实验,着重讨论了钻井中做回转运动的切削具后部的岩石表面上出现张裂纹和卸载破坏的问题。光弹实验表明,运动的切削具(如金刚石颗粒)在其后部的岩石中诱发出一个张应力区,最大张应力是在岩石表面上,在此表面上极易形成微小张裂纹。卸载实验表明,对某些脆性岩石(如花岗岩),载荷只要达到其压碎载荷的60％以上,就可以通过卸载方式破坏岩石。     

液压凿岩台车钻臂振动特性分析

钻臂作为凿岩定位工作的直接完成者,在凿岩冲击反力激励下往往会振幅过大,影响成孔质量和液压元器件、钻臂的使用寿命。因此有必要对凿岩机的激励特性、结构动力学特性和振动响应进行研究。以阿特拉斯凿岩台车钻臂和Cop 1838ME型凿岩机为研究对象,对凿岩机活塞进行动力学分析,并采集活塞动力学数据,得到了振动激励的定量计算公式。利用hypermesh建立全钻臂的有限元模型,进行有限元模态分析,得到钻臂结构的动力学特性。进而对钻臂进行瞬态分析,得到钻臂的振动响应。对通常的钻臂、凿岩机和其他冲机器的振动分析和减振设计、力学分析以及轻量化设计具有一定的指导意义。     

应变测试法测试钻井参数的数据采集系统设计

设计了一种基于应变测试法的钻井工程参数随钻数据采集系统。采用四应变片全桥方式,可以对钻压、扭矩、侧向力、环空压力等钻井工程参数进行随钻测试。数据采集系统采用ADμC8xx系列单片机为主控制器,另外设计了相应的外围信号调理模块、数据存储模块、数据通信模块和电源模块等。实验结果说明该数据采集系统用于井下钻井工程参数的测试是可行的。     

三种类型的3200m钻机井架抗扭特性分析

对在用的３２００ｍ钻机的塔型、Ａ型和Ｋ型井架抗扭特性进行了分析,以满足正在发展的顶驱钻机的需要。采用非线性计算方法对井架的杆件应力进行了计算。计算结果表明,承受压、扭联合载荷时,塔形井架的应力最低。与仅受压载荷相比,井架承受压扭联合载荷时,弦杆应力稍有增加,而非弦杆应力有较大的增加。加强局部井架杆件的承载能力,现有三种井架均可以满足顶驱钻井的需要。     

甲酸钾钻井液技术现场应用

甲酸钾是国外90年代末用于钻井完井液的新型添加剂,成功地用于高密度钻井完井液体系中,具有强抑制、配伍性好、环境保护、油层保护等突出优点。着重介绍了甲酸钾在新疆克拉玛依莫北005区块MB5001井的现场使用情况,并对其钻井液技术进行了总结。现场应用结果表明,甲酸钾抑制粘土水化分散膨胀能力强,控制坂含低,返出的钻屑呈小圆粒状,内部呈干性,钻井液不糊振动筛,不跑浆,具有抑制性强、失水造壁性好、润滑性好、机械钻速快、成本低、经济效益显著等特点。     

甲酸盐无固相钻井液研究

针对金刚石绳索取芯钻进要求，研究获得了几组甲酸盐无固相钻井液体系配方。对其性能进行测试分析以及对其环保特性进行了评价。结果表明，甲酸盐钻井液密度可调范围大，流变性和润滑性好，抗高温抗污染能力强，符合国际环保规范，是一种满足金刚石绳索取芯钻进要求的新型环保型钻井液。     

YS型冲击器多功能结构的试验研究

作为当今五大钻探技术之一的液动冲击回转钻探的技术核心是液动冲击器。生产实践证明YS型冲击器是性能优良的液动冲击器。试验研究表明YS型冲击器的有眼阀壳换成无眼阀壳就可改作气动冲击器,这样YS型冲击器配备一个无眼阀壳就成为多功能冲击器,而且这种多功能冲击器的气动性能,接近于其液动性能也接近于同样规格的气动冲击器的性能。     

井下流量测量装置在MPD系统中的应用研究

在常规钻井和欠平衡钻井的基础上发展起来的控压钻井（MPD）技术已经在国内外一些地区的实际应用中取得了良好效果。介绍的井下流量测量装置采用节流压差法,接在近钻头处,能够随钻监测井下环空流量,并通过随钻测量技术（MWD）把数据及时传至地面进行分析处理,可以及早发现溢流或井漏等井下复杂情况。该技术与现有控压钻井系统结合,能够显著提高系统的控制精度和可靠性,从而提高钻井的安全性及降低钻井成本,为安全可靠地进行控压钻井提供保障。     

金刚石粒度与钻进速度的定量关系

对钻头的金刚石粒度与钻进速度之间量的关系进行了理论分析与计算,并给出可作为钻头研究与设计的参数数据。