整体钻柱的受力与变形分析

利用有限单元法，建立了整体钻柱的受力与变形分析模式。用这一模式计算了一口水平井在其增斜段钻柱全长的受力与变形，对钻柱全长的受力与变形分析结果与仅取下部钻具组合时的分析结果进行了对比．算例表明，整体钻柱的受力分析结果是合理的。首次计算出实际井眼中钻柱整体的受力与变形状况，对于合理设计定向井或水平井的钻柱与下部钻具组合有一定的参考价值。该方法同样适用于对套管柱进行受力与变形分析。     

整体钻柱的受力与变形分析

利用有限单元法，建立了整体钻柱的受力与变形分析模式，用这一模式计算了一口水平井在其增斜段钻柱全长的受力与变形，对钻柱全长的受力与变形分析结果与仅取下部钻具组织时的分析结果进行了对比，算例表明，整体钻柱的受力分析结果是合理的，首次计算出实际井眼中钻柱整体的受力与变形状况，对于合理设计定向井或水平井的钻柱与下部钻具组合有一定的参考价值，该方法同样适应于套管柱进行受力与变形分析。     

下部钻具三维大挠度静力分析

根据下部钻具的实际受力状态，建立了下部钻具的三维挠度静力分析的数据模型，选用加权余量，加权目标函数和最优化方法确定了钻柱与井壁的切点位置，削弱了切点处边界条件下不完全确定的影响，解决了多元非线性微分方程组和多元非线方程的组求解问题，较为准确的地分析了钻具的受力入。     

下部钻具三维大挠度静力分析

根据下部钻具的实际受力状态，建立了下部钻具的三维大挠度静力分析的数学模型，选用加权余量、加权目标函数和最优化方法确定了钻柱与井壁的切点位置，削弱了切点处边界条件不完全确定的影响．解决了多元非线性微分方程组和多无非线性方程组的求解问题，较为准确地分析了钻具的受力和变形．     

下部钻具组合的几何非线性动态特性分析

对下部钻具组合（ＢＨＡ）进行了几何非线性动态特性分析．所建立的动力分析模型，充分考虑了钻柱与井壁的碰击、间断或连续的活动和滑动，把Ｎｅｗｍａｒｋ法与Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法有机地结合起来，用来求解钻柱几何非线性动态特性，在算法上是一种尝试．计算表明．井斜曲率、方位曲率及阻尼系数对典型钻具组合的动态特性均有一定的影响．应对增斜及降斜的钻具组合和井眼曲率超过５°／３０ｍ的稳斜和光钻铤钻具组合进行非线性动态分析例计算．     

下部钻具组合的特性分析

下部钻具组合的型式是影响井眼轨迹的重要因素之一。本文应用有限单元法,对下部钻具组合进行二维及三维静力分析,编制了相应的计算机程序。对下部钻县组合的工作特性进行了全面的分析。计算出了两种规格(12 1/4″井眼中的8″钻铤及8 1/2″井眼中的6 1/4″钻铤)、三种(一个、两个及三个扶正器)钻具组合的各种特性曲线,并从中优选出一些性能较好的钻具组合。文中还推荐出两种规格各九种型式性能较好的钻具组合,供定向钻井部门参考使用。     

女MH-1水平井下部钻具组合的事后优化分析

文中应用动坐标迭代法分析环空大挠度钻柱受力与变形理论,将摩擦引入平衡计算,对大港油田女MH—1水平井下部钻具组合进行优化计算和事后分析。计算与观场施工相吻合,说明所用钻具都比较合理。     

官H1中半径水平井井眼轨迹的控制

在进行了大量的下部钻具组合特性分析和钻头钻进规律研究的基础上，研制了定向井与水平井井眼轨迹控制分析系统。该分析系统在大港官Ｈ１井首次现场应用，取得了令人满意的结果，本文还对水平井井眼轨迹控制中可能出现的问题，提出了相应解决方案。     

底部钻具组合二维分析新方法

提出一种用于分析底部钻具组合稳定器处的轴向力的新方法，即认为 向方向与钻柱切线方向一致，其大小不应忽略井壁支反力的影响。在此基础上，采用加权余量法推导出一套用于计算底部钻具组合二维受力和变形的新的公式。实例计算结果表明，由于该公式考虑影响因素更全面，因而其计算结果更具合理性，与钻柱实际受力情况更加相符，且计算过程更为简便、快捷。     

下部钻柱性能的计算机模拟

用计算机对带扶正器的下部钻柱进行数值模拟得到了理论上和实践上有意义的结论。模拟结果可用于指导直井钻进和定向钻井。附求A给出了有限元法用于下部钻柱分析的基本公式。模拟程序用FORTRAN语言写成。采用人机问答方式把数据输入计算机。用户可选择输出列表数据或用宽行打字机绘制下部钻柱变形图。 计算机模拟结果指出仅用钻头侧向力不能反映下部钻柱性能。应采用钻头侧向力和合力角两顶指标才能综合下部钻柱性能。以合力角为基础分析了三大类钻柱组合—稳斜,造斜和降斜。用现场数据与模拟结果作了对比。模拟结果加上地层因素的分析可以预测井眼路径和指导选择合适钻柱组合和钻压。     

官H_1中半径水平井井眼轨迹的控制

在进行了大量的下部钻具组合特性分析和钻头钻进规律研究的基础上，研制了定向井与水平井井眼轨迹控制分析系统（ＤＨｓ）．该分析系统在大港官Ｈ＿１井首次现场应用，取得了令人满意的结果．本文还对水平井井眼轨迹控制中可能出现的问题，提出了相应解决方案．     

定向井与水平井井眼轨迹控制专家系统

提出了汉化井眼轨迹控制专家系统的基本思路与结构的基本框架，其特点是利用计算机汉字图形用户界面技术，把井眼轨道设计、下部钻具组合（ＢＨＡ）特性分析、ＢＨＡ数据库管理、ＢＨＡ结构优选设计、钻井过程的计算机模拟及钻井数据处理等融为一体。菜单选择、对话框式数据输入，操作方便，提出了ＢＨＡ数据库的概念。它是井眼轨迹控制技术软件向智能化发展的基础。     

定向井与水平井井眼轨迹控制专家系统

提出了汉化井眼轨迹控制专家系统的基本思路与结构的基本框架，其特点是利用计算机汉字图形用户界面技术，把井眼轨道设计、下部钻具组合（ＢＨＡ）特性分析、ＢＨＡ数据库管理、ＢＨＡ结构优选设计、钻井过程的计算机模拟及钻井数据处理等融为一体。菜单选择、对话框式数据输入，操作方便。提出了ＢＨＡ数据库的概念。它是井眼轨迹控制技术软件向智能化发展的基础。     

偏轴钻具组合防斜打快的强度分析

针对偏轴防斜打快技术中所用的钻具组合的受力状态复杂,对整个钻柱系统的安全性有较大影响的问题,考虑安全、有效的钻井施工特别需要对偏轴接头及接头附近的钻铤强度进行分析,找出钻具组合的危险点,以便于校核钻具组合的强度和改进偏轴钻具组合的结构设计的实际。以下部钻柱为研究对象,将钻头以上部分分成多个梁单元,进行结构离散,建立力学模型,采用有限元分析方法,进行偏轴接头强度分析。研究表明,偏轴钻具防斜钻具组合的最大复合应力发生在偏轴接头与下部钻铤的结合部位,主要由弯曲载荷和轴向力产生。在应力最危险部位,应特别注意钻具的强度安全问题。     

地层的各向异性对钻头侧向力的影响

应用有限元法,考虑地层的层理性,假设地层为横观各向同性的,根据弹性理论,对下部钻具组合及地层进行三维分析。把钻柱及相关地层作为整体考虑,钻柱部分采用三维梁单元,地层部分采用六面体等参单元附以四面体单元填充,通过适当的简化和处理,解决了微机内存不够的困难。编制了相应的计算程序,应用该程序,可以得到不同的地层倾角和地层倾向变化时钻头侧向力(并斜力和方位力)的变化情况。给出地层对钻头侧向力影响的定量解答。     

下部钻柱有限元动力学仿真研究

针对下部钻柱在钻井过程中的振动状态,分析了振动机理,并建立下部钻柱组合节点单元三维动力学模型,运用强迫频率理论和高斯列主消元法对动力学方程组进行求解,得到不同转速下的最大径向变形及弯曲应力,绘出相应的幅频响应曲线,确定相应的临界转速。研究表明,钻柱转速对钻柱振动影响较大,通常钻柱工作转速要避开钻具组合谐振频率,可减缓钻柱振动,保护钻柱。     

水平井底部钻具组合三维大挠度分析方法

精确描述了石油钻井底部钻具组合在三维弯曲井眼中的变形约束条件及边界条件，应用加权余量法，对底部钻具组合静力大挠度问题进行了三维分析研究，并编写了相应的计算机分析程序。该程序能迅速模拟计算底部钻具组合任一点的挠度，转角及内力，同时可求得钻头对地层的机械作用力和偏转角。通过算例分析，初步阐明了井眼曲率及方程中的非线性项对钻头力学特性的影响效果。     

下部钻具组合分析的有限差分方法

讨论了下部钻具组合分析的基本假设、基本方程和相应的边界条件.建立了求解下部钻具组合控制方程的有限差分方程,编制了相应的计算机程序.给出了钻柱和井壁的接触问题、稳定器问题和上切点问题的处理方法.通过计算结果,分析了降斜、增斜和稳斜三种典型钻具组合的钻头侧向力与钻压、井斜角、井斜曲率和方位曲率的关系,以及典型的钻柱弹性线示例.     

非正常井眼对气体钻井下部钻具受力影响研究

提出了气体钻井中有井壁坍塌的非正常井眼下部钻具受力影响的研究,根据现场井眼坍塌形状,将该非正常井眼简化为椭圆截面的坍塌井眼,建立了下部钻具有限元分析的力学模型,开发了其有限元分析的ANSYS-APDL程序,可以方便地对钻具进行有限元力学分析。研究了4种非正常井眼情况下,下部钻具的受力情况,得到了钻具在坍塌井眼附近的变形位移、钻具弯矩、钻具内的应力分布大小以及钻头的偏转角等,为气体钻井坍塌井眼的井斜机理研究提供了研究方法和为其防斜打快提供了理论依据。     

导向钻井有关力学特性的分析

通过对导向钻具复合钻进的力学特征及影响底部钻具组合的设计因素分析,指出导向钻具组合利用弯螺杆的力学特性可以一趟钻实现增降稳等多种功能,有助于提高钻井效率;由于螺杆弯角对钻头侧向力影响较大,需合理使用;在倾角较大区块应综合考虑钻柱自身及地层特性的影响,同时可利用导向钻具复合钻进特点设计井眼轨迹。