应用细观力学与扩展有限元法数值模拟钻柱损伤

钻井过程中,钻柱承受着拉扭等多种交变载荷的作用,其损伤机理一直是力学界深入研究的课题.笔者首先根据细观力学分析的基本原理,采用Abaqus软件的脚本语言Python建立细观尺度下晶粒分布模型,然后采用断裂力学算法——扩展有限元法对含有微裂纹的细观尺度下晶粒模型进行计算,分析裂纹的动态扩展过程以及相应的应力应变分布特征,最后根据细观力学中“均匀化”方法对不同时刻的应力应变进行处理,得到微裂纹扩展对钻杆材料宏观性能的影响.在宏观尺度下处于弹性阶段的钻杆材料,在细观尺度下仍会出现塑性区,且在微裂纹不扩展的情况下,弹性模量是恒定的.文章提出的思路为深入探索钻柱材料断裂机理提供了新的方法.     

有限元法及其在岩体力学中的应用

本文介绍了有限元法的基本思想，并探讨了用有限元分析法分析解决岩体工程中计算的理论和步骤，目的在于简化复杂的计算问题。     

有限元法在底部钻具组合动态分析中的应用

建立了底部钻具组合动态分析的数值模型,推导了动态分析的有限元微分方程。取井眼的轴线作为参考位置,井眼的弯曲效应由初应力代替,推导了初应力引起的等效结点力的计算式。     

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术变形的一般动态控制方程，并且对钻柱下部组合的静力分析方法及钻柱摩阻分析方法进行了讨论，此外，还就钻柱运动学及其弹性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。     

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．     

典型导向钻具组合的力学分析方法

对典型导向钻具组合的平面静力分析方法进行了讨论。首先将导向钻具组合模化为平面纵横弯曲弹性杆，建立微分形式的变形控制方程，然后讨论控制方程的求解方法，给出了可适用于各种典型导向钻具组合的挠度曲线通用方程式。文中还介绍了上述通用方程式在导向钻具组合的力学特性分析及结构设计中的具体应用。     

弹性力学问题中的间断Galerkin有限元法

将局部间断Galerkin(LDG)方法推广应用于弹性力学平面问题，给出该方法对应的能量公式．在此基础上，构造了局部二次完备的L6单元，并对其进行数值考察．计算结果表明了此方法的有效性。     

钻柱静态变形的有限元分析

描述石油钻柱静态变形的有限元方法．在对钻柱运动进行基本假设的基础上,描述对钻柱进行有限元分析的基本过程,包括考虑几何非线性的势能函数、单元刚度矩阵和外载荷的计算公式、坐标变换等．在有限元方程的求解方面,讨论接触非线性和钻柱大变形问题的迭代处理方法．最后．应用有限元程序的计算结果,分析钻柱在钻头处的侧向力和各种钻井参数的关系。     

斜直井内多扶正器钻柱的空间弯曲变形

本文提出了斜直井内多扶正器钴柱空间弯曲变形的计算模型。通过Laplace变换,获得该问题的解答。利用本文提出的计算方法,对于确定的井身设计,根据相应的地层情况,在满足文中所叙述的条件下,可得到钻具组合以及钴井参数的选择原则。     

陕北油田钻具失效原因分析及对策研究

统计资料表明，陕北油田钻具失效的主要原因是钻具在井下承受的交变应力较大。从钻具、钻压和转盘转速、钻井液性能等方面优选了适合该地区安全钻进的钻具组合和工艺技术，从而降低了钻具失效事故的发生。     

罚函数法在处理钻柱边界约束问题中的应用

将罚函数法应用于钻柱有限元分析中.并将罚函数法与降阶法和对角线叠加法进行了计算对比.结果表明.罚函数法(尤其在非线性变形或工况复杂情况下)计算较为精确。收敛性也较好.对惩罚因子的选取进行了探讨,结果表明,惩罚因子取10~5～10~8时,计算效果较好;钻柱的不同方向适当采用不同程度的惩罚,可提高收敛速度而不影响计算结果.     

井眼中钻柱稳定性分析的有限元法

通过引入单元荷载刚度矩阵,提出了一种用于分析钻柱结构稳定性问题有限单元法。该方法可以用于分析变截面钻柱在变轴力和变横向力共同作用下的钻柱稳定性问题,也可用于分析弯曲井眼中钻柱的稳定性问题。在所建立的力学模型中,考虑了钻柱自重和井眼曲率的影响。分析结果表明,在斜直井眼中,除了钻柱自身密度及截面面积外,影响钻柱荷载的因素还有井眼状况及钻柱两端部的约束条件,但当钻柱长度超过８０ｍ时可以不考虑端部约束的影     

钻柱力学双重非线性问题中的四套坐标系

本文较系统的阐述了钻柱力学双重非线性问题中应用的四套坐标系及其相互转换关系,给出了其详细的转换关系式,并编制了计算机程序计算实例。     

钻柱强度计算新方法

提出了一种钻柱强度计算新方法，可用于钻柱的强度设计和强度校核。新方法与传统方法相比有以下５个特点：（１）对钻柱每一个断面都进行强度计算；（２）对管的内壁和外壁分别进行强度计算；（３）利用计算机进行断面上有关内力的计算；（４）用“液压系数法”处理液压环境对钻柱轴向力的影响；（５）考虑液压环境引起的附加剪应力的影响。作者认为“浮力系数”一词不甚恰当，应改用“液压系数”。详细地给出了各种液压环境下钻柱液压系数的计算公式及算例，并指出了新方法所述概念和公式的适用范围。     

井眼中钻柱稳定性分析的有限元法

通过引入单元荷载刚度矩阵,提出了一种用于分析钻柱结构稳定性问题的有限单元法。该方法可以用于分析变截面钻柱在变轴力和变横向力共同作用下的钻柱稳定性问题,也可用于分析弯曲井眼中钻柱的稳定性问题。在所建立的力学模型中,考虑了钻柱自重和井眼曲率的影响。分析结果表明,在斜直井眼中,除了钻柱自身密度及截面面积外,影响钻柱荷载的因素还有井眼状况及钻柱两端部的约束条件,但当钻柱长度超过８０ｍ时可以不考虑端部约束的影响。对于弯曲井眼,钻柱临界压力不仅与钻柱的长度、截面尺寸有关,还与井眼曲率有关,即随着曲率的增大而增大。     

典型导向钻具组合的力学分析方法

对典型导向钻具组合的平面静力分析方法进行了讨论.首先将导向钻具组合模化为平面纵横弯曲弹性杆,建立微分形式的变形控制方程.然后讨论控制方程的求解方法.给出了可适用于各种典型导向钻具组合的挠度曲线通用方程式.文中还介绍了上述通用方程式在导向钻具组合的力学特性分析及结构设计中的具体应用.     

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。     

钻柱有限元理论及其应用研究

用数值逼近原理精确确定井轴；用环空钻柱力学有限元线性、非线性静、动态分析建立了较完善的模型；试算法解决各种情况下边界待定问题；采用各种例题验证理论模型是可靠精确的；将理论模型应用于BHA轨迹特性分析、BHA优化分析、钻柱摩阻分析，BHA轨迹特性分析和钻柱摩阻分析取得了若干富有实际价值的结论，BHA优化结果与实钻情况吻合.