连续油管在水平井中的稳定性分析

考虑端部约束条件,建立了连续油管在水平井中的稳定性方程。用差分法求解个这方程,得到了连续油管的临界失稳载荷。讨论了井斜角,环空间隙,管柱长度和摩擦系数对连续油管在水平井中稳定性的影响。在水平井眼中,随着连续油管长度的增加,其临界失稳载荷趋于一个常数。     

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．     

基于摩擦系数的连续油管钻桥塞力学特性研究

为明确摩擦系数对连续油管水平井最大钻塞深度的影响,对直井段采用软杆模型,弯曲井段采用刚杆模型,结合屈曲状态分析,设计了连续油管临界锁死判别准则,实现了不同摩擦系数情况下连续油管底部保持一定钻压的最大下入深度计算。研究结果表明:连续油管的屈曲一般发生在垂直井段。增加连续油管最大钻塞深度的有效办法是减小摩擦系数和减小底部钻压;同时会减小螺旋屈曲程度,但会一定程度上增加注入头载荷。研究内容和研究结果对连续油管钻塞作业提供一定的理论参考。     

杆柱在水平井眼中的正弦屈曲

本文通过建立和求解杆（管）柱在水平井眼中的正弦屈曲方程，进一步分析了不同边界条件下，杆柱临界失稳载荷因子β０与杆柱长度因子α０之间的关系．杆柱在水平井眼中的稳定性取决于载荷因子β、长度因子α０及端部的约束条件．当β＜１时，柱杆不会发生失稳．当α０＜３，临界失稳载荷因子β０对边界约束条件较为敏感；当α０＞５时，β０对端部的约束条件不敏感．     

水平井中钻柱旋转对岩屑运移影响规律研究

由于水平井井身结构的特殊性,岩屑较易在斜井段及水平段中沉积形成岩屑床,进而导致卡钻等一系列问题。分析了水平井岩屑运移机理,并建立了水平井中岩屑运移临界流速数学模型。研究钻柱偏心度、转速、井斜角、岩屑粒径及流体粘度对于临界流速的影响。研究表明,钻柱转速增大,直井段岩屑运移临界流速增大,水平段岩屑运移流速减小;井斜角较小时,岩屑运移所需的临界流速随偏心度增大;井斜角较大时,在偏心度较小条件下,岩屑运移所需的临界流速略有增大;而在偏心度较大条件下,岩屑受钻柱转动影响进入悬浮运移状态,运移所需的临界流速急剧减小。岩屑粒径越大其运移所需的临界流速越高,钻井液黏度的增大有利于降低岩屑运移临界流速。     

Timoshenko环梁加强圆柱壳的稳定性

研究了环肋的剪切效应对环肋圆柱壳总体稳定性的影响。引入描述环肋变形的四个广义位移及其对应的壳体变形的四个广义位移,采用Timoshenko环梁理论来分析环肋变形,应用Ritz法对环肋圆柱壳的总体稳定性进行了研究。给出的临界载荷数值结果与文献的实验值吻合较好。计算结果还表明对于外部均匀承压的环肋圆柱壳,环肋的面内剪切变形对较低环向屈曲波数下的总体失稳临界载荷影响是微小的,但对较高环向屈曲波数下失稳载荷的影响是明显的。     

定向井中造斜段下凹管柱屈曲性能分析

在定向井的造斜段,由于井眼轨迹的下凹,位于其中的管柱在重力与井眼的约束下存在初始下凹弯曲。为了了解定向井造斜段管柱的屈曲性能,运用最小势能原理推导出定向井造斜段下凹管柱屈曲载荷计算公式,分析了井斜角、造斜段井眼曲率半径对管柱屈曲载荷的影响。算例分析结果表明,随井斜角的和井眼曲率的增大,管柱屈曲临界载荷增加,管柱的纵向稳定性提高。     

水平钻井环空岩屑床表面颗粒临界启动流速的影响因素

利用环空流速分布规律和边界层绕流理论,探讨水平井大斜度和水平井段钻进时钻井液冲蚀岩屑床的临界流速。水平井大斜度和水平井段钻进时,环空岩屑因停泵而自然沉降形成岩屑床,通过对岩屑床表面颗粒进行受力分析和边界层绕流假设,结合数学推导得到床面岩屑颗粒所受钻井液表面切力解析式,建立床面颗粒临界启动解析模型。模型计算与实验数据结果表明,在不同井斜角和颗粒直径条件下,循环介质为清水时模型预测的临界启动流速与实验数据的绝对平均误差不超过8.80%,循环介质为PAC溶液时绝对平均误差在2.51%～7.06%。边界层绕流和环空流速是岩屑临界启动流速的重要影响因素。     

带肩梁多肢柱的稳定性分析

该文分析工业厂房中多肢柱的稳定性问题，肩梁是多肢柱中下下柱的连接节点，根据其受力特点，在建立力学模型时，将它简化为具有角刚度的弹性铰，通过理论分别得出了有关屋架和柱铰接和屋架与柱刚接情况下的多肢柱受压失稳的临界载荷方程。为了评估肩梁的刚度对多肢柱受压失稳临界载荷的影响，列举具体算加以说明。     

连续油管下入煤层U型井疏通水平通道可行性研究

新型深层煤炭开采工艺是采用U型井结构建立地下气化炉生产粗煤气,是一种清洁的煤炭开采利用技术。但是粗煤气中的固相杂质容易堵塞生产井连通通道,需要进行水平通道疏通作业。为了研究连续油管从生产井下入煤层U型井疏通水平通道的可行性,建立了连续油管下入受力分析模型,给出了连续油管过弯道可行性分析方法和连续油管极限下入深度计算方法,并采用四阶Runge-Kutta法对连续油管下入受力分析模型求解。以QT系列连续油管为研究对象,分析了连续油管从生产井下入水平通道过程中的摩阻、正压力、轴向载荷等力学特性,并讨论了连续油管过弯道可行性及其极限下入深度。结果表明：连续油管下入煤层U型井-生产井时,在造斜段所受摩阻与正压力最大,在井口位置所受轴向拉力最大。为满足连续油管在煤层U型井-生产井与水平通道连接处的强度及摩阻要求,生产井在连接处的井斜角需大于65°,生产井和水平通道方位差值需大于157°。另外,外径较小、钢级较大的连续油管可通过的安全夹角范围更大。考虑连续油管在水平段的累计摩阻及屈曲自锁,25.4～50.8 mm外径连续油管的极限下入深度均满足煤层U型井从生产井下入连续油管进入50～100 m水平通...     

高温高压井测试油管轴向力的计算方法及其应用

针对高温高压井测试过程中油管受力及变形特点 ,在考虑油管螺旋屈曲段与套管之间摩擦力的情况下 ,提出了基于操作过程的计算测试油管轴向力的新方法。计算结果表明 ,摩擦力会改变油管轴向力的分布方式 ,使得轴向力分布与加载顺序有关。摩擦力大小和方向的改变 ,将使因高温高压产生的较大载荷无法向远处扩散 ,从而引起油管局部严重变形。该计算方法得到了室内模拟实验和常温常压井现场测试的验证 ,并成功地用于高温高压井的测试设计     

弯曲井眼中柔性钻柱的屈曲问题

利用能量法，研究了弯曲井眼中柔性钻柱的屈曲问题。在力学模型中，考虑了钻柱自重和井眼曲率的影响，给出了弯曲井眼中钻柱侧向屈曲临界荷载的一般形式。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。     

基桩的临界屈曲模态跃迁

考虑桩侧土摩阻力和水平抗力,建立基桩在轴向压力作用下的平衡方程.通过假设桩侧土阻力沿桩长均匀分布,水平抗力为弹性地基模型,采用级数法对基桩的屈曲问题进行求解.通过数值算例,分析水平抗力沿桩长分别为均匀分布和线性分布的情形下,两端铰支基桩的稳定性问题,重点讨论基桩在桩侧土抗力和摩阻力作用下的临界模态跃迁的现象.结果表明,由于桩侧土水平抗力的存在,使得基桩的临界屈曲荷载不一定是一阶屈曲模态所对应的屈曲荷载值.     

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．     

钻柱失稳的准螺旋模型研究

建立了钻柱失稳的准螺旋模型,并用能量法推导出水平段和弯曲段钻柱的准螺旋失稳临界屈曲载荷,给出了水平段钻柱失稳后的摩阻力计算公式。计算结果表明,钻柱的准螺旋失稳临界载荷小于其完全螺旋失稳临界载荷。弯曲段井壁的约束增大了该段钻柱的刚度,因此,弯曲段钻柱的临界失稳载荷大于水平段的相应载荷值。室内模拟实验研究表明,准螺旋模型计算值与实验值较为接近,计算结果可供实际钻井作业参考。     

深层水平井机械坐封过程力学精细描述

目前现场机械坐封井口悬重释放值的选取主要依赖经验。针对深层水平井,经验参数保守易造成封隔器受损,严重影响坐封效果和测试作业安全的问题。基于机械坐封原理,充分考虑井眼轨迹、管柱屈曲摩阻及管柱变截面的影响,结合三维软杆模型,建立了深层水平井机械坐封过程的管柱力学分析模型;将该模型应用于现场某深层水平井机械坐封悬重释放值的设计,计算结果与现场实测误差为7%,验证了模型的可靠性。参数敏感性分析表明：测试管柱轴向受载主要受管柱的井眼轨迹摩阻与屈曲摩阻影响;增大油套管环空间隙与有效轴向压缩力会使屈曲加剧;严重的屈曲将使管柱锁死,导致释放的悬重不能有效传递;封隔器位置决定了坐封阶段井眼轨迹导致的摩阻力大小,位置越靠近井底,管柱摩阻与屈曲摩阻将进一步增加,最终降低坐封效率。     

基于多材质复合管柱的裸眼井壁支撑工艺及应用

已完钻超深裸眼水平井侧钻技术是经济、高效开发油藏剩余油的主要手段之一，传统的磨铣钢套管开窗侧钻技术存在下入摩阻大、磨铣耗时长导致开窗失败等问题。为此，提出了基于多材质复合管柱的超深水平井裸眼井壁支撑工艺，结合中国西北油田已完钻超深裸眼水平井井况，首先，提出了基于“铝合金+碳钢”的多材质复合管柱组合及设计方法；其次，开展了基于管柱实物屈曲实验数据的管柱临界屈曲载荷计算模型适用性评价，并优选出了适合于“铝合金+碳钢”多材质复合管柱的屈曲临界载荷计算模型；最后，研究了综合考虑管柱扭矩、摩阻、刚性、井眼条件、管柱强度及材质的多材质复合管柱下入性分析方法，并利用下入性分析软件对西北油田顺北X1井、X2井、X3井、X4井复合管柱进行了下入可行性评价。该方法在X1井和X2井得到成功应用，进一步论证了该工艺现场应用的可行性。研究成果可为超深水平井裸眼井壁支撑的复合管柱设计和下入可行性评价提供理论参考。     

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。