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。     

考虑扭矩影响的弯曲井眼内钻柱屈曲特性分析

分析了弯曲井眼内钻柱屈曲特性,推导了考虑扭矩影响下的弯曲井眼内钻柱屈曲微分方程和屈曲临界载荷计算模型。针对ϕ215.9 mm井眼内的ϕ127.0 mm钻杆,建立了增斜和降斜井段钻柱的有限元模型,对比分析了考虑和不考虑扭矩影响时的钻柱屈曲特性。结果表明,钻柱正弦屈曲构型与扭矩无关,而只与钻柱所受轴向载荷有关,扭矩对螺旋屈曲构型影响较大。数值模拟得到的弯曲井段不同造斜率下的钻柱屈曲临界载荷与解析解的相对误差在15%以内,证明了数值模拟的可靠性。弯曲井眼内施加扭矩后,螺旋角位移增大,正弦和螺旋屈曲临界载荷降低。钻柱正弦屈曲形态变化较小,扭矩对螺旋屈曲变形的影响更大。增斜井段钻柱从顶部开始发生正弦和螺旋屈曲,钻柱底部保持平衡状态;在降斜井段,不考虑扭矩时,初始正弦和螺旋屈曲均首先出现在钻柱下部,考虑扭矩影响时,降斜段初始正弦屈曲出现在钻柱上部,初始螺旋屈曲同时出现在钻柱上部和下部。相对于增斜段,降斜段钻柱屈曲临界轴向载荷非常小,说明增斜井段发生屈曲的可能性相对较小,降斜井段则很容易发生屈曲。结果有望为水平井、大位移井弯曲井眼内钻柱设计、屈曲控制与强度校核提供参考。     

造斜段弯曲钻柱非线性动力学分析与仿真

为确定定向井弯曲钻柱的钻进状态,以造斜井段中初弯曲钻柱为研究对象建立系统非线性力学模型,构造动态接触模型,探究接触状态,并对动力学模型进行迭代求解,得到仿真过程动态响应,考察钻柱不同位置处静动态特性差异,并与直井钻柱对比分析.结果表明:弯曲钻柱两侧工作于高应力状态,随曲率半径增大钻柱应力幅值、挠曲变形单调增加;下部交变作用较明显,其接触状态由碰撞变为摩擦,动态特性与直井相似,中上部钻进状态平稳,弯曲状态对其屈曲变形有抑制作用;随载荷的增加钻柱呈螺旋钻进状态,屈曲失稳将由下部产生并向上扩展.     

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。     

水平井段管柱屈曲与摩阻分析

利用有限差分法和Ｎｅｓｗｔｏｎ迭代法，计算了斜直井段管柱螺肇屈曲临界力、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。     

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形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。     

水平段钻柱失稳后自锁分析

大位移水平井钻井过程中,水平段钻具由于欧拉效应失稳后与井壁产生多个接触点,在钻柱与井壁接触点摩擦力的作用下钻柱容易产生自锁现象。分析了水平段钻柱自锁现象产生的机理,建立了钻柱自锁理论力学模型,得出了钻柱自锁的偏微分方程。计算并分析了大位移水平井钻井过程中的自锁现象出现的条件;得出了影响钻柱自锁的相关因素,提出了避免钻柱出现自锁的措施。     

金属拱型波纹屋面结构承载能力研究综述

分别介绍了采用简单公式和有限元法计算金属拱型波纹屋面结构支座反力、弯曲变形、弯曲应力、失稳时的临界载荷方面的工作,以及分析金属拱型波纹屋面稳定性等方面的试验研究工作.指出了波纹对金属拱型波纹屋面结构的影响,即波纹对于结构临界载荷的影响和波纹对于制作过程中的弯曲回弹问题的影响,是尚需进一步研究的课题.     

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。     

低渗气藏带节流器水平井积液预测模型

近年来,水平井技术已在低渗气藏的开发过程中得到广泛运用,但水平井在生产状态下准确预测井筒积液的问题,目前仍没有得到较好地解决。通过对低渗气藏水平井单相渗管耦合的理论研究,考虑了气液两相流动及井筒摩擦损失,建立了新的低渗气藏水平井气液两相渗管耦合模型,并以此推导出了水平井井筒积液量的计算公式。然后,以井口套压为约束,结合几何转换建立了环空积液量计算方法。最后,以环空算出的井底压力约束,联立各模型,建立了水平井积液预测模型。同时,通过程序编译和流体软件模拟分别对苏里格气田某井区单井的直井段和水平段的积液量进行了计算,与实际积液情况符合较好。结果显示,该预测模型不仅可在气井正常生产时较为准确地预测井筒积液量,且该方法也能为其他类似气藏的水平井积液研究工作提供新的思路。     

基于有限元的南缘高泉试验水平井稳定性评价

南缘高泉背斜清水河组储层具有三高一深（即高温、高压、高产和超深）特征,国内尚无成熟完井案例可循。为优选合适的完井方式,针对目标区试验水平井分别建立了预孔筛管完井、套管射孔完井的井筒和地层的稳定性模型,对其全生命周期井壁稳定性开展了数值模拟研究。结果表明,当井筒沿着最小水平主应力方向时,孔眼应力集中在平行于最小水平主应力方向最大,在垂直于最小水平主应力方向最小,井筒的破坏会从外壁孔眼处开始;筛管和套管只会产生部分塑性变形,变形量小于5%,发生挤毁可能性不大,但生产后期筛管完井地层必定会发生坍塌,固井后的射孔地层相对比较稳定,从井壁稳定性出发对目标区此类三高一深特征水平井可优先推荐采用射孔进行完井。     

水平井酸化数值模拟

对水平井进行酸化是提高其产能的重要途径之一。在水平井的酸化过程中,酸液一方面沿水平井筒流动,同时还沿井筒管壁流向井筒周围的储层,所以酸化过程实际上是井筒变质量流动和周围油藏渗流的耦合过程。对水平井筒流动及其周围储层的渗流进行了流动分析,建立了井筒流动模型、流动剖面模型和油藏渗流模型。将这些模型进行耦合,得到了描述水平井酸化过程的耦合模型。通过对模型数值求解,预测了注入酸的分布,分析了注入参数对酸化效果的影响,为选择合理的布酸方式提供了理论依据。     

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。用差分法求解这个方程，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。井斜角越大或环空间隙越小，管柱越不易失稳。摩擦系数的改变对临界失稳载荷的影响不大     

基于3DEC离散元的煤层井壁稳定性

为了准确了解煤岩井壁稳定性及坍塌规律,基于3DEC离散元软件,完成了对煤层井壁稳定的仿真模拟分析,验证了3DEC离散元软件应用于煤岩井壁稳定研究的可行性和相对于弹性力学连续性介质理论的优越性。考虑到简化计算和边界效应,物理模型采用内外双重建模;为更好地反映煤岩井周割理情况,内层模型采用离散型裂隙网络(discrete fracture network,DFN)技术。通过与不考虑割理面的弹性力学连续介质模型对比,验证了割理发育对煤岩井壁稳定的影响;通过位移云图来评价煤岩直井和水平井的井壁稳定性和垮塌掉落情况,且三维模型直观地展示了井壁失稳过程;完成了有效液柱压力、割理和井眼走向对煤岩井壁稳定的影响分析,得出结论:随着有效液柱压力的增大,井壁稳定性越来越强;割理尺寸、密度和产状的情况对井壁稳定仿真模拟影响巨大,模拟前应充分统计割理分布情况;在所设条件下,沿最大水平主地应力方向的水平井较直井更加稳定。