井眼轨迹圆柱螺线插值模型分析与优化

井眼轨迹的插值计算在定向井轨迹监控、防碰扫描、钻柱磨阻扭矩分析和三维井眼轨迹图形实时显示等许多问题中都有很重要的应用。根据现场需要,以经典圆柱螺线模型为基础,从空间解析几何学有关公式出发,推导出在圆柱螺线测斜条件下的插值解析计算公式。建立了圆柱螺线插值计算模型;并编制成相应软件。通过与现场实际数据、国外经典软件Com-pass对比分析,得出软件的方位角计算方法比Compass的方位角计算方法更符合实际,提高了计算精度,进而减少了其它变量的计算误差。     

水平井钻柱摩阻力和摩阻力矩的计算

针对水平的特点，提出以钻柱摩阻分段计算的方法，即对底部钻具组合段，采用纵横弯曲梁理论计算摩阻，对ＢＨＡ以上井段，用微单元力平衡分析法具体分析钻柱的受力，给出不同工况下水平井摩阻力计算的简化条件，探讨了泥浆粘滞力的计算公式和钻柱刚性效应的影响。     

滚动钻柱摩阻研究

现有计算钻柱摩阻力矩的模型是在假设钻柱自转的条件下建立的,不适宜计算钻柱出现反转时的阻力矩。通过引入滚动摩阻系数,建立了反转条件下摩阻力矩的计算方法,得出了计算公式,并给出了水平井段钻柱出现反转的判别式。该研究成果有利于直井防斜和提高水平井钻井技术。     

水平井钻柱摩阻力和摩阻力矩的计算

针对水平井的特点，提出对钻柱摩阻分段计算的方法，即对底部钻具组合（ＢＨＡ）段，采用纵横弯曲梁理论计算摩阻；对ＢＨＡ以上井段，用微单元力平衡分析法具体分析钻柱的受力，给出不同工况下水平井摩阻力计算的简化条件。探讨了泥浆粘滞力的计算公式和钻柱刚性效应的影响。在安塞油田、大港油田多口井的应用表明，在局部弯曲井段，钻柱的刚性对摩阻力有明显的影响；泥浆的粘滞力对摩阻力有一定的影响，所建模型与现场试验结果符合较好，能够为现场施工设计提供重要数据。     

大位移井摆线轨道设计方法

摩阻力和摩阻力矩是影响大位移井位移的主要因素，选择合适的轨道剖面可以减小摩阻力和摩阻力矩。基于最速降线原理，提出了一种大位移井摆线轨道设计的方法。利用此方法计算了井眼长度、起钻摩阻、滑动摩阻、摩阻力矩和井眼曲率，并与其他轨道剖面下的计算结果进行了对比。对比结果表明，在相同的设计条件下，与圆弧、悬链线、准悬链线轨道相比，摆线轨道的井眼长度最短，摩阻力和摩阻力矩较小。这种摆线轨道设计方法具有一定的应用价值。     

有限元法在钻柱力学中的应用

下部钻具组合的受力分析是水平井井眼轨迹控制技术的基础。有限元法是下部钻具组合受力分析高效的数值计算方法。本文全面系统地论述了有限元法在钻柱力学中的应用，建立了井下钻柱的有限元基本方程，研究了下部钻具组合的三维静力分析，非线性大变形分析，三维稳态动力分析，三维动力分析，全井钻柱摩阻力分析，钻柱与地层整体三维静力分析，并将有限元法计算的井眼轨迹与实测结果进行对比，两者取得良好的吻合。     

三维多目标井靶区轨道参数计算

根据定向钻井工艺技术的特点,确定了一种空间斜面圆弧模型进行三维井眼轨道设计,运用空间几何推导了靶区井眼轨道参数计算的具体表达式.计算公式简单准确,避免了求解复杂的非线性方程组,为定向井轨道设计软件的开发提供了准确的理论依据.     

大位移井钻柱三维摩阻扭矩分析刚杆模型

大位移井井斜角大、水平位移大以及井眼弯曲等多种因素的影响,在下套管过程中存在较大的摩阻。刚杆模型在曲率较大的井眼或由刚度较大的加重钻杆组成的钻柱段条件下,其计算结果具有更高的精度。     

大位移井摆线轨道设计方法

摩阻力和摩阻力矩是影响大位移井位移的主要因素 ,选择合适的轨道剖面可以减小摩阻力和摩阻力矩。基于最速降线原理 ,提出了一种大位移井摆线轨道设计的方法。利用此方法计算了井眼长度、起钻摩阻、滑动摩阻、摩阻力矩和井眼曲率 ,并与其他轨道剖面下的计算结果进行了对比。对比结果表明 ,在相同的设计条件下 ,与圆弧、悬链线、准悬链线轨道相比 ,摆线轨道的井眼长度最短 ,摩阻力和摩阻力矩较小。这种摆线轨道设计方法具有一定的应用价值     

基于纵横弯曲梁理论的水平井管柱摩阻扭矩分析方法

在非常规油气藏水平井钻进过程中,井壁稳定性差导致井眼不规则,钻柱受力复杂,摩阻扭矩计算误差较大。根据纵横弯曲连续梁理论,在井斜平面、方位平面内对钻具组合进行管柱受力及变形分析,从而建立了一种含有虚拟接触点的改进纵横弯曲梁模型分析钻井管柱摩阻扭矩。优点在于指定接触点时不用考虑是否为真实接触点,由此可将接头或接箍、扶正器等直径较大的部位指定为接触点。对于非真实接触点可以按虚拟接触点考虑,从而使模型的应用和求解更加方便、可行。实例分析结果表明,套管下入、旋转钻进、滑动钻进、复合钻进状态下管柱摩阻扭矩理论计算值与实测平均值基本相同,且变化趋势一致,验证了计算模型的准确性。     

井壁变形和摩擦阻力对底部钻具组合的影响

将井壁变形与摩阻因素引入力学模型,以滑动摩擦为主建立了摩擦模式,用文氏弹性地基模拟井壁变形(即弹性井壁),应用有限元理论,研究了井壁与钻柱的相互作用对钻头侧向力的影响。计算结果表明,对较软地层井壁变形的影响不可忽视,尤其对三维井眼或造斜钻具,井壁变形对钻头侧向力的影响很大;摩擦与井眼弯曲共同产生了方位侧向力,而摩擦对井斜侧向力影响很小;稳斜钻具的钻头侧向力受井眼弯曲、井眼蚀变因素的影响较为突出。     

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．     

长输管道水击压力计算方法分析

本文分析了两种摩阻计算公式和不同的摩阻差分方法对管内瞬变流动过程计算结果的影响,并对计算结果进行了比较.结果表明.摩阻项计算值小.会导致计算的水击压力波峰值衰减快.用达西公式计算摩阻.计算过程简便;用列宾宗公式计算摩阻.可以提高计算精度.对长输管道中间泵站边界条件,给出了经验处理方法.     

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。     

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钻柱的准螺旋体失稳临界曲载荷,给出了水平段钻柱失稳的摩阻力计算公式,计算结果表明,钻柱的准螺旋失稳临界载荷下小于共它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。     

三维复杂井眼上提冲放套管屈曲摩阻模拟研究

针对复杂井身结构、复杂井眼轨迹和井径变化导致的套管下放困难甚至不能到达预期井深的问题,开展了三维复杂井眼上提冲放套管屈曲摩阻研究。在螺旋屈曲套管附加摩阻理论的基础上,利用有限元分析,以H井实际工况参数建立三维复杂井眼套管“上提冲放”作业过程的有限元模型。利用该模型对全井段套管受力及屈曲变形情况进行了分析,结果表明,H井直井段套管在冲放瞬间及自由稳定后所受的轴向力大于其螺旋屈曲临界载荷,从2 000 m井深至造斜点之间井段发生了严重的螺旋屈曲变形,套管螺旋屈曲附加摩阻太大而自锁,下部套管无法传递动力出现下放困难。该类三维复杂井眼套管下放困难机理对复杂井眼套管柱屈曲形态损伤及其失效研究具有重要意义。     

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．     

管内两相流沿程摩阻压降与单相摩阻系数

在两相流动阻力计算中至今还是广泛使用均相模型和分相模型法．在这两种模型中，将两相流动摩阻压降归结为单相流体摩阻压降与相应的两相摩擦因子的乘积，从不同来源得到了两组公式，能够反映不同流态下水力摩阻系数λ。两组公式在全部雷诺数Re范围内的良好吻合，证明在用两相流的均相和分相模型计算摩阻压降时，选用其中任一组公式均可得到比较可靠的结果     

钻柱在水平分支井段中的摩阻力分析

钻具摩阻力计算一直是水平多分支井钻井工艺设计与施工过程中的一个关键问题.由于水平分支井眼曲率的变化,将会使钻具的摩阻力增加,钻具的通过能力下降,严重时会导致钻头无法加压、钻柱早期破坏等复杂情况,不仅关系到安全钻井,还会增加油气井的生产成本.建立了在水平分支井眼中的钻柱摩擦阻力微分方程,并得到了在起、下钻过程中钻柱的总摩阻.     

MPS水流数学模型在冲击压力计算中的应用

通过引入SPH（smoothed particle hydrodynamics）方法中的样条函数作为核子函数，并进一步修正扩散模型及梯度模型的计算公式，对已有MPS（moving particle semi—implicit）水流数学模型进行了改进．将该模型应用于垂向二维水柱倒塌过程计算，结合直立挡板的冲击压力过程实测结果，探讨了水流黏滞系数和摩阻项对直立挡板压力过程计算结果的影响，发现黏滞系数影响峰型的尖锐度，摩阻项影响压力过程的相位；通过适当选取黏滞系数和摩阻系数，获得了与实测结果一致的压力数值计算结果．