螺杆转子5轴旋风式铣削的刀轨规划研究

根据螺杆转子的形素信息特征，提出了螺杆转子5轴卧式数控旋风式铣削加工的新技术。研究了铣削加工刀具轨迹规划中的走刀步长、走刀步距和刀具姿态等参数以及转子螺旋曲面的几何特征以及螺杆转子的5轴旋风式数控机床铣削原理等问题。此旋风式铣削技术是在走刀过程中实时地改变刀具的轴心线绕切触点工件曲面外法线向量转动的角度，即调整5轴卧式数控机床沿第四、第五轴方向转动的角度来实施铣削加工。螺杆钻具转子表面是一种基本几何特征仅取决于其生成母线的特殊三维空间曲面，其端面截形的成形精度是决定螺旋曲面加工质量的主要因素。实际试样切削表明，5轴旋风式铣削技术是复杂螺旋曲面快速、高效、精确制造的一种可行技术，其成形精度高。在相同表面粗糙度要求的条件下，相对于普通3轴数控机床，可使刀具切削行程减少8.5％～12.0％，加工时间缩短10％～15％。     

钻柱力学若干基本问题的研究

依据动力学普遍原理，采用微元矢量分析方法，建立了钻柱的一般平衡方程，其中包含了钻柱的涡动效应．在此基础上，导出了不可伸长弹性钻柱变形的一般动态控制方程，并且对钻柱下部组合（简称ＢＨＡ）的静力分析方法及钻往摩阻分析方法进行了讨论．此外，还就钻柱运动学及其弹住稳定性问题进行了初步探讨，给出以钻柱为研究对象的基本方程．这些基本方程也适用于其它相同性质问题的管柱．     

等曲率井眼中钻柱与井壁间接触力分析

建立了等曲率井眼中考虑轴向力和重力的钻柱平衡方程式,采用理论和非线性有限元的方法分析了等曲率井眼中钻柱与井壁之间的接触力.采用牛顿-拉普森方法对非线性有限元方程进行了迭代求解.要保证理论分析的精度,同样需要考虑边界条件.计算结果表明,由于外力的作用,钻柱紧贴于井壁的一侧时,钻柱的刚度对钻柱与井壁间的接触力无影响,此时,井眼曲率越大,钻柱与井壁之间的接触力越大.当外力不足以使钻柱紧贴于井壁的一侧时,钻柱的刚度对钻柱与井壁之间的接触力有影响.与理论分析相比,非线性有限元方法应用范围更广,解的精度更高.     

脉冲振动对水泥浆性能影响的实验研究

为研究脉冲振动对水泥浆性能的影响,研制开发出液压水泥浆脉冲振动试验评价装置.采用该仪器,可模拟脉冲振动条件,测试不同性能的水泥浆体系经过不同振动频率、振幅的脉冲振动后,脉冲对抗压强度、胶结强度、游离液、初终凝时间等性能的影响.实验结果证明,脉冲振动可以显著改善水泥浆的性能,其中,在0.25—9Hz的振动条件下,水泥石的胶结强度平均提高了11%—22%,水泥浆的初凝时间平均缩短了3%,初终凝过渡时间平均缩短了12%—17%,水泥石的抗压强度平均提高了10%—14%,水泥浆稠度系数K平均降低16%—63%.因此,脉冲振动固井可以显著缩短水泥浆由液态转化为固态的过渡期,减小水泥浆胶凝失重,改善水泥浆胶结质量.     

等曲率井眼中钻柱与井壁间接触力分析

建立了等曲率井眼中考虑轴向力和重力的钻柱平衡方程式,采用理论和非线性有限元的方法分析了等曲率井眼中钻柱与井壁之间的接触力。采用牛顿-拉普森方法对非线性有限元方程进行了迭代求解。要保证理论分析的精度,同样需要考虑边界条件。计算结果表明,由于外力的作用,钻柱紧贴于井壁的一侧时,钻柱的刚度对钻柱与井壁间的接触力无影响,此时,井眼曲率越大,钻柱与井壁之间的接触力越大。当外力不足以使钻柱紧贴于井壁的一侧时,钻柱的刚度对钻柱与井壁之间的接触力有影响。与理论分析相比,非线性有限元方法应用范围更广,解的精度更高。     

地层力计算新模型

定量计算钻头与地层之间的作用力对井眼轨迹控制具有重要意义。由三维钻速方程出发，根据钻头合位移方向即为其运动方向的思想，推导出了计算地层力的新模型。该模型综合考虑了地层和钻头的各向异性以及钻头转角的影响，它不受稳斜稳方位条件的限制，是现有地层力模型的补充和扩展。研究结果表明，钻头各向异性和钻头转角对地层力均有影响，把钻头当作各向同性处理时，计算出的地层力比实际钻头条件下要小；在井眼方位和地层下倾方位之间夹角不同条件下，不考虑钻头转角的影响，地层力会略高或略低于考虑转角的情况。由于钻头转角对地层力的影响很小，计算地层力时可以忽略。     

受压管杆柱在倾斜或弯曲井眼中的稳定性

以一跨受到轴向压力的管杆柱作为研究对象，建立了其弯曲变形的微分方程及边界条件，得到最大径向变形量的计算公式。经分析得到此式的使用条件，并得出临界跨度和临界轴向压力之间的关系式。计算实例表明，无论是套管、油管还是抽油杆，当其下入深度较大时都面临着失稳的问题，而且随着深度的增加．其失稳程度也增加。     

井壁稳定性技术研究及其在呼图壁地区的应用

为了能充分利用测井等资料较精确地计算井壁受力状态和井壁坍塌压力 ,以设计合理钻井液密度窗 ,保证钻井过程中井壁稳定性 .通过对井壁失稳现象、机理及井壁应力状态的分析和计算 ,对井壁失稳问题进行了较为深入的研究 ;结合测井资料和地层破裂试验结果 ,分析并建立了一套计算地层坍塌压力及地层相关物理力学特征参数的方法和模型 .通过应用克拉玛依油田呼 2井的测井资料进行分析计算并与实际结果进行对比 ,结果表明 :地层坍塌压力和安全钻井液密度窗的计算结果吻合现场实际情况 .所提出的方法和计算结果 ,将为呼图壁气田开发过程中安全快速钻井技术提供可靠的技术基础     

主成份投影法在油气钻井技术评价中的应用

油气钻井技术的评价对于科学合理地制定我国石油工业科技发展战略具有重要意义。针对油气钻井技术的特点,建立了油气钻井技术评价指标体系。指标权重的确定采用权值因子判断法,该方法计算简单、实用。应用多指标评价的新方法—主成份投影法对14项油气钻井技术进行了评价。应用结果表明,该方法是合理的。     

主成份投影法在油气钻井技术评价中的应用

油气钻井技术的评价对于科学合理地制定我国石油工业科技发展战略具有重要意义。针对油气钻井技术的特点,建立了油气钻井技术评价指标体系。指标权重的确定采用权值因子判断法,该方法计算简单、实用。应用多指标评价的新方法—主成份投影法对14项油气钻井技术进行了评价。应用结果表明,该方法是合理的。