水平钻井中钻柱的稳定性分析

将水平井眼内的钻柱简化为两端固定的直梁，把求精确解和近似解的方法结合起来，求解钻柱的临界载荷、固定端内力和钻柱与井壁之间的接触力。利用编制的计算程序进行了实例计算，并将计算结果与通用的Ｄａｎｓｏｎ公式的计算结果进行了对比。由于采用有同的力学模型，两者的计算结果也不相同。     

斜井段钻柱混沌运动的数学模型与参数

基于现代动力系统理论,对斜井段钻柱的复杂动力学行为进行研究．通过考虑由于弯曲变形而产生的附加轴向力,得到描述井孔约束下斜井段钻柱在周期性钻压作用下的非线性参数激励系统,利用Melnikov-Holmes方法得到钻柱发生混沌运动的判据,并结合具体工程实例分析了倾斜井钻柱混沌运动的参数激励阈值,所得结论在钻井工程中具有较强的可操作性．     

水平钻井中钻柱的稳定性分析

将水平井眼内的钻柱简化为两端固定的直梁，把求精确解和近似解的方法结合起来，求解钻柱的临界载荷、固定端内力和钻柱与井壁之间的接触力．利用编制的计算程序进行了实例计算，并将计算结果与通用的Ｄａｎｓｏｎ公式的计算结果进行了对比，由于采用不同的力学模型，两者的计算结果也不相同．     

考虑摩擦时水平井钻柱的稳定性分析

分析摩擦对水平井钻柱稳定性的影响对于水平钻井作业的顺利进行是非常重要的．本文首先根据钻柱在水平井眼中的变形几何方程和静力平衡方程导出了钻柱的屈曲方程．通过线性化方程的小参数摄动解，讨论了不同边界条件下钻柱在水平并眼中的临界失稳载荷．绘制了不同摩擦系数（ｖ）下，无因次临界载荷（βｏｍ）与无因次长度（αＬ）之间的关系曲线；以及无因次钻压βＬ与临界无因次长度αＬＣ之间的关系曲线．本文的结果和有关的曲线可为水平井钻柱的稳定性计算和设计提供理论基础．     

斜直井中扭矩和轴力共同作用下钻柱的屈曲问题

利用能量方法研究了轴向载荷和扭矩共同作用下钻柱的屈曲问题,着重研究了扭矩对柱柱屈曲的影响,理论分析和实验验证均发现,轴向载荷、井斜角和扭矩是影响钻柱屈曲的重要因素。当其他条件相同时,钻柱的屈曲载荷随井斜角的增加而增加,呈非线性,扭矩使钻柱的屈曲载荷明显降低,并且随井斜角的增大,降低的幅度减小;扭矩值越大,钻柱的刚度越大,钻柱屈曲载荷的降低程度就越显著。     

斜直井中扭矩和轴力共同作用下钻柱的屈曲问题

利用能量方法研究了轴向载荷和扭矩共同作用下钻柱的屈曲问题 ,着重研究了扭矩对钻柱屈曲的影响 ,理论分析和实验验证均发现 ,轴向载荷、井斜角和扭矩是影响钻柱屈曲的重要因素。当其他条件相同时 ,钻柱的屈曲载荷随井斜角的增加而增加 ,呈非线性 ;扭矩使钻柱的屈曲载荷明显降低 ,并且随井斜角的增大 ,降低的幅度减小 ;扭矩值越大 ,钻柱的刚度越小 ,钻柱屈曲载荷的降低程度就越显著。     

钻柱在考虑扭矩时非线性屈曲的DQE法

给出了圆柱面坐标中受径向约束钻柱屈曲的平衡微分方程。得到斜直井内钻柱屈曲分析的DQE(Differential Quadrature Element)法列式。用DQE法对斜直井内钻柱的非线性屈曲进行了计算分析。结果表明:在相同的轴向荷载下扭矩对钻杆的非线性屈曲位移和钻杆的分布约束力影响很小,扭矩对钻杆的螺旋屈曲临界荷载有影响,扭矩的作用使得钻柱螺旋屈曲临界荷载增大。     

鞍钢鲅鱼圈1号高炉炉壳稳定性分析

研究高炉炉壳的结构稳定性,提出了用瓦里米尔公式来估算高炉炉壳临界力的简便方法,并利用此公式对鞍钢鲅鱼圈1号高炉炉壳进行了轴向临界载荷计算,得到鞍钢鲅鱼圈1号高炉炉壳的工作承载能力.然后用薄铝壳来模拟鲅鱼圈1号高炉炉壳进行屈曲实验,分析有关几何参数对高炉炉壳轴向临界载荷和屈曲模态的影响.有限元和公式法计算结果表明,高炉炉壳的稳定性足够.     

斜直井眼中铅垂平面内钻柱屈曲荷载分析

利用能量法，推导了斜直井眼中钻柱的屈曲临界载荷。在力学模型中，考虑了钻柱自重和井斜的影响，给出了斜直井眼中临界载荷的一般公式，并讨论了两种形式的变化能增量计算方法的差别，所得结果可供工程计算使用。     

斜直井眼中钻柱侧向屈曲的研究

利用能量法，推导了斜直井眼中钻柱的侧向屈曲临界荷载．在力学模型中，考虑了钻柱自重和井斜的影响，给出了斜直井眼中钻柱侧向屈曲临界荷载的一般形式．对于给定截面尺寸的钻柱，临界荷载是钻柱长度的函数，且随井斜角的变化而变化．在确定实际钻柱的临界荷载时，要充分考虑井眼的具体情况．讨论了发生高阶屈曲的条件，所得结果可供工程计算参考．     

水平井眼中管柱变形方程的实验仿真

以已有的三维井眼中管柱正弦屈曲和螺旋屈曲行为分析模型软件为基础 ,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 .通过改变管柱变形微分方程中包含的无因次轴力 β、无因交摩擦及数 γ1和无因次轴力分布系数 γ2 的值 ,利用该装置对管柱在水平井中的临界载荷、载荷传递效率、变形效应等进行模拟实验 .试验结果表明 :钻压传递、位移与载荷的实验结果与理论计算值之间的最大差值不超过 1 0 % ,临界屈曲载荷的理论值与实验值之差不超过 6% .本文的结果可为修正理论模型提供指导 ,使理论模型能更好地指导现场的油井管柱施工作业     

钻进深度对煤矿水平井钻柱振动特性的影响

煤矿水平井钻柱在钻进过程中,随着钻进深度增加,钻柱在重力作用下与井壁产生复杂的碰撞接触,由此产生的托压效应更加显著,使得钻柱动力学特性随钻进深度增加而发生明显改变,进而影响钻柱的疲劳寿命。基于岩石-钻头-钻柱-井壁耦合动力学分析模型,通过有限元动态仿真,研究了钻进至不同深度下钻柱的纵向、横向和扭转振动特性,分析了钻进过程对钻柱振动特性的影响规律。结果表明：随着钻进深度增加,钻柱纵向跳钻现象呈现“平缓—剧烈—平缓”的趋势,横向扰动呈现“小范围蠕动—大范围扰动—小范围蠕动”的特点,扭转方向剧烈涡动占比呈现先增加后减小的规律,钻柱主要动力学指标与钻进深度呈非线性关系。因此在对钻柱系统进行动态分析及优化时,不能只分析特定深度,应包含整个钻进过程。     

考虑连续特性的水平井钻柱轴向振动分析

为精确的描述水平井钻柱轴向受迫振动规律,本文以连续性波动理论为基础,考虑了钻柱连续特性、库伦阻尼及钻井液粘性阻尼作用和轴向振动工具对钻柱的位移激励,并采用等效粘性阻尼法对库仑阻尼进行线性化处理,建立了轴向振动工具作用下的水平井钻柱运动的动态解析模型;通过Burnett等人发表的轴向振动工具测试实验验证了本文所建模型,并利用数值模拟分析了轴向振动工具的频率及钻柱与井壁间摩擦系数对水平井钻柱轴向受迫振动的影响。结果表明：在一定范围内增加轴向振动工具的振荡频率可提高水平井钻柱的轴向受迫振动响应;钻柱与井壁间摩擦系数对水平井钻柱轴向受迫振动的影响随着钻柱长度的增加而降低。本文的研究方法和模型可为改善轴向振动工具在水平井作业中的作用提供理论指导。     

斜直井段套管-水泥环组合系统受力特性分析

为分析斜直井条件下套管-水泥环-地层组合系统的受力特性,将地层主应力通过坐标变换转换到井眼轴线与垂直于井眼轴线平面所确定的坐标系上,将变换后的应力张量进行分解,得到3个新的应力张量,以3个新应力张量为边界条件建立相应的线性方程组,并计算地层主应力3种条件下斜直井中系统各接触表面的应力分布,对比不同井斜角条件下的应力分布规律。结果表明:地层3个主应力大小关系不同时得到的斜直井下套管-水泥环界面的径向接触应力随井斜角的变化规律不同,在某些地层下水平井的套管抗外挤能力大于同等条件下直井的套管抗外挤能力,而在另一些地层下直井的套管抗外挤能力大于同等条件下水平井的套管抗外挤能力。     

海上高温高压井完井管柱安全性设计

东方1-1气田高温高压储层生产管柱在生产过程中存在变形量大、生产初期井口节流压降与温降大,以及特殊的环空密闭憋压等问题,具有安全生产隐患。因此对该类气井开展完井管柱安全性设计研究具有重要的现实意义。通过油管携液、油管防冲蚀、水合物的预防、油管柱强度校核、密闭环空压力变化分析、射孔管柱振动与减震措施研究,开展了海上高温高压井完井管柱安全性设计。该设计方法成功应用到东方1-1高温高压气田,对其他海上高温高压气田的开发还具有良好的指导作用。     

钻柱振动条件下的钻井液冲蚀引起的钻柱失效*

钻柱失效问题已经成为高压喷射钻井技术发展和推广的瓶颈。建立了一种钻柱失效的新理论模型,利用振动的知识研究钻柱的失效情况,分析钻柱在振动条件下的位移和速度,在此基础上利用冲蚀理论对钻柱的失效进行研究,分析得出钻井液对钻柱的冲蚀磨损量和最大冲蚀角。根据算例计算与分析,对应算例参数进行室内实验和井场实验设计,完成实验的验证与结果分析。结果表明:在考虑钻柱振动条件下,钻井液对钻柱的冲蚀磨损量要远大于未考虑钻柱振动条件下钻井液对钻柱的冲蚀磨损量;同时得知最大冲蚀角与冲蚀理论中的规定是完全吻合的以及钻井液对钻柱冲蚀所发生的最大角度在钻柱有无振动的条件下是相同的。研究结论对于在石油钻井中如何减少钻柱的失效及如何提高钻柱的使用寿命具有一定的理论参考意义。     

水平井侧钻过程中钻柱振动规律的研究

当前在水平井的侧钻过程中,钻柱处于复杂的运动状态,钻柱的强烈振动是引发钻柱失效的主要原因,钻柱的振动形式一般可以分为钻柱的轴向振动、侧向振动和扭转振动,还可能存在各种振动的耦合,通常近井底钻柱振动较为强烈.以洼38区块洼38-东H2水平井为例,分析了钻井工程中侧钻水平段情况下的钻柱的振动,建立了各种振动的模型,获得了各种振动的规律.该分析为水平井钻井工程避免钻柱共振提供了可靠的理论依据.     

水平井和大斜度井的双侧向测井数值模拟

研究了电法测井中水平井和大斜度井的三维有限元分析法，提出一种刻分方法，对不同角度情况自动生成网格，并给出多种斜度并在不同地层情况的数值模拟结果．     

水平旋转钻柱横向振动特性试验

利用水平井钻柱动力学特性模拟装置,对不同钻压和转速条件下水平旋转钻柱横向振动特性进行试验研究。结果表明:钻压和转速是影响水平井旋转钻柱横向振动特性的重要因素;随着转速增加,两横向振动的频率逐渐变大而相位差变小,两横向振动频率与钻柱自转频率呈线性关系;钻压增大对两横向振动频率的影响不大,但两横向振动的相位差会随着钻压的增大而逐渐变小;实际钻进中,钻柱一直处于井筒的右下部,转速选取时应尽量避开52.1 r/min。     

水平井段旋转钻进时钻头侧向力及钻进趋势试验研究

进行水平井段旋转钻进时钻头侧向力的试验研究,并将钻头侧向力分解为方位力和井斜力,以这两个力的变化规律为基础,对待钻井的钻进趋势进行预测。结果表明:随着钻压和转速的增加,方位力和井斜力的变化规律不同,增加钻压,两个力波动的频率变小,波动的能量变大,但方位力的波动频率大于井斜力的波动频率,方位力的波动能量小于井斜力的波动能量;增加转速,方位力的波动频率变大,波动能量几乎不变,井斜力的波动频率变化不大,但波动能量变大;在实际的钻进过程中,为避免"方位漂移"现象的加剧,建议使用较低钻压或者高钻压钻进;为避免井斜加剧,建议使用低钻压和低转速钻进。