井眼轨迹控制力学模型

对石油钻井中井眼轨迹控制问题进行了力学分析，给出了底部钻具组合三维受力和变形的控制方程，建立了钻头与正交各向异性地层相互作用模型，阐明了井眼轨迹预测和控制计算方法。     

钻柱力学基本方程及其应用

建立了适用于钻柱几何非线性动力分析的钻柱动力学基本方程，在此基础上建立了导向钻具三维小挠度静力分析的数学模型、导向钻具三维大挠度静力分析的数学模型、钻柱稳态拉力－扭矩模型。     

变刚度梁柱理论及其应用

为解决井斜控制实践中存在的不等截面尺寸梁柱问题, 讨论了典型的变刚度纵横弯曲梁力学模型. 根据变刚度梁柱变形的挠曲线微分方程和边界条件及连续条件, 得到了梁柱变形和端部转角的解析计算式, 进而应用梁柱理论叠加原理可解决有集中力作用下的井下控制工具和带变径稳定器的底部钻具组合(BHA)受力分析问题. 变刚度梁柱理论在BHA力学分析中得到了成功应用, 为井下控制工具设计、钻具组合优化及井斜控制提供了理论依据.     

下部钻具组合稳定器的径向位置判断方法

在应用下部钻具组合上切点位置确定方法的基础上,给出了描述稳定器在井眼中位置的方法,并提出了可在三维力学问题中用于判断稳定器在井眼中径向位置的方法。首先忽略井眼约束并计算下部钻具组合的变形,再施加井眼约束条件,按某种顺序逐一计算稳定器在井眼中的位置,最终依据井壁对稳定器支撑反力的大小及方向筛选出最合理的结果。理论计算结果表明:无论采用何种装置角,相比假设稳定器与上切点均在井眼低边,采用本文方法计算得到的最小钻头弯矩更小,这意味着下部钻具组合所具有的势能更小,更趋于达到稳定状态;计算得到的钻头方位力方向与现场实践所取得的认识保持一致。本文研究可为下部钻具组合的优化设计提供理论依据。     

考虑界面滑移效应的组合裂纹梁弯曲解析解

将上部子梁的裂纹等效为线性扭转弹簧,考虑组合梁连接面的滑移位移,建立了以组合裂纹梁挠度和滑移位移为基本未知量的组合裂纹梁弯曲变形一维数学模型．利用Laplace变换及其逆变换,给出了组合裂纹梁弯曲变形一维数学模型的解析通解．在此基础上,研究了均布载荷作用下简支组合裂纹梁的弯曲变形问题,数值分析了连接面剪切刚度、裂纹深度、数目和位置等参数对组合裂纹梁弯曲变形的影响,结果表明：在裂纹处,组合裂纹梁挠度曲线存在尖点,而横截面转角曲线存在跳跃,且随着裂纹数目和深度的增加,挠度和横截面转角跳跃值增大;随着连接面剪切刚度的增加,挠度和横截面转角减小,并最终趋于定值．并且,随着组合梁跨高比的增加,连接面剪切刚度对梁挠度影响逐渐减弱．     

求解中短半径弯螺杆钻具的纵横弯曲法

介绍了一种求解中短半径($K=1^\circ$/m$ \sim 3^\circ$/m)弯螺杆 钻具的纵横弯曲法, 以指导弯螺杆钻具的设计和使用. 采用变刚度梁柱理论, 并应用等效载荷法对具有初始结构弯角的梁柱进行等效处理, 根据钻具组合支座连续条件及 边界条件建立了中短半径水平井造斜螺杆钻具组合的力学模型, 进而求得钻头侧向力, 依此 预测弯螺杆钻具的造斜能力. 这种分析方法得到了成功应用.     

Euler杆大挠度屈曲的解析逼近

研究Euler杆大挠度屈曲问题，将控制方程的线性化与谐波平衡法组合起来，分别建立以杆端转角形式表示的屈曲荷载及最大挠度的解析逼近公式，这些公式既适用于小变形又适用于大变形。     

抗差自适应滤波的导向钻具动态姿态测量方法

针对钻井工程中,导向钻井工具在近钻头振动条件下,由于底部钻具振动对导向工具姿态测量造成严重干扰,使得姿态参数失真,导致姿态测量不准确的问题。为了消除或削弱振动对空间姿态测量的不利影响,快速解算出准确的钻具姿态参数,提出一种抗差自适应滤波的动态姿态测量方法,利用等价权函数和自适应因子合理的分配信息,有效地滤除钻具振动对动态姿态测量的影响。仿真实验和实钻井数据试验证明,采用该算法能滤除近钻头振动干扰信号,井斜角控制在5.5°左右,工具面角测量误差小于6°,有效地提高了导向钻井工具姿态参数的动态测量精度,解决动态测量时姿态参数测不准的问题。     

旋转导向系统底部钻具组合力学计算新方法

底部钻具组合(Bottom Hole Assembly, BHA)的力学计算是进行旋转导向系统钻具组合设计和井眼轨迹控制的基础．本文在纵横弯曲法、加权余量法和有限元法的基础上,提出了一种基于管柱单元组合的BHA力学求解方法．该方法以保持微分方程特解相同的条件作为管柱单元划分依据,对底部钻具组合进行单元划分;将管柱单元的挠曲线通解替代传统加权余量法的试函数,结合单元节点类型和组合关系,构建出包含边界条件和通解系数的线性方程组．对于边界条件未知问题,以支点反力符号条件为约束条件,以挠曲线越界程度、切点处弯矩平衡条件为目标函数,建立了以边界条件未知量为变量的多目标优化数学模型．应用多目标优化算法求解出边界变量,进而得出通解系数;最后,得出管柱单元内各点位移和载荷．以推靠式旋转导向系统BHA力学计算为案例,对比本文方法与加权余量法的计算结果,发现两者计算结果相差较小,表明本文方法可用于旋转导向系统底部钻具组合的力学计算．     

Winkler地基上裂纹Timoshenko梁的弯曲解析解

将梁中裂纹等效为无质量线性扭转弹簧,研究了温克勒(Winkler)基础上具有任意开裂纹数目Timoshenko梁的弯曲变形．利用Delta广义函数和Heaviside函数以及Laplace变换,给出了Winkler基础上具有任意裂纹数目Timoshenko梁弯曲变形的解析通解．在此基础上,研究了Winkler基础上受均布荷载作用简支裂纹Timoshenko梁的弯曲变形,数值分析了裂纹数目和位置以及深度、梁剪切刚度和基础反力系数等对裂纹Timoshenko梁弯曲变形的影响．结果表明：在裂纹处,梁挠度存在尖点,转角存在跳跃;梁挠度随着裂纹深度和数目的增加而增加,但横截面弯矩和转角减小;随着基础反力系数的增加,梁挠度、弯矩和转角减小;随着剪切刚度的增加,梁挠度减少,弯矩和转角增大．     

水平井钻柱接触问题的间隙元法

长中半径水平井钻柱与井壁的接触问题是大面积接触的几何非线性问题。本文通过构造“多向接触间隙元”把钻柱与井壁结合起来研究,能方便正确地反映这种接触状态的变化规律,也能解决一般有限元法会遇到的总刚奇异性问题。运用本文方法,可以对整体钻柱或下部钻柱进行接触有限元分析。采用欧拉-修正的牛顿迭代法进行运算,给出钻头受力变形值,为井眼轨道控制提供了重要依据。 现场实验证明,在井眼轨道跟踪预测和钻具组合性能评价方面,本文计算结果与实测结果符合很好,对提高钻进速度,保证钻井质量有较大的实用意义。     

Torsional vibration analysis of push-the-bit rotary steerable drilling system

Ordinary drillstring torsional vibration is a very common phenomenon that has been attracted great interesting. Through Measurement data, a series of studies and analysis of torsional vibration characteristics of the bottom hole assembly (BHA) have been developed. However, for rotary steerable system (RSS), especially push-the-bit mode, its drill torsional vibration phenomenon will demonstrate the new properties, because that the underground implementing agencies will generate cycle torque and drag to the BHA in the orientation process. This process is completely different to the previous. A set of “strap-down” measurement system was developed in this paper, and the triaxial accelerometer and triaxial fluxgate were installed near the bit. Proposed a method of solver drill bit rotation speed using real-time downhole measurement data (sampling frequency 100 Hz), and the torsional vibration mathematical model of push-the-bit RSS was established. We found that the torsional vibration phenomenon of push-the-bit RSS is more serious than the ordinary drilling system by downhole measurement data analysis, even in most cases manifested as stick-slip. The torsional vibration was divided into five different modes, which showing different statistical regularities. Corresponding analysis of the angular displacement and speed, we found that the drill bit always appears low-speed in the position of oriented. This is a strong proof of that the RSS implementing agencies pushing the BHA caused the drill bit torsional vibration more serious. This work is supplemented and development of the drill string torsional vibration studies. Contribute to the better understanding of the dynamics of the push-the-bit RSS. Put forward a new way of analysis the rotary steerable drillstring fatigue damage predicted, steering ability and the torsional vibration control.     

井下多股淹没射流水力清岩能力分析

研究石油钻井井下射流的水力清岩能力对钻井业有重要意义。本文借助于预处理方法和多块网格对接技术由计算机数值模拟了形状复杂的钻井PDC钻头井底下的多股淹没射流流场。为体现井底有岩屑时射流场对其的清洗作用。文中借助河流泥沙运动理论，分析了岩屑在井下的受力与运动以考虑固相的作用。因岩屑主要为推移运动。在井底除环空外的大部分地方可简化视为二维运动。提出了钻头井底水力清岩能力的体现参数-水力挟岩力。并通过数值模拟显示了井下流场，描述了转速，射流流量，喷嘴面积，射流雷诺数及井下过流空间等流场控制参数对井底水力清岩能力的不同影响，指出相关水力参数在射流时的优化方向。为复杂的井底流场控制和钻头的合理设计做探索基础。     

An efficient approach for the construction of LFT S-boxes using chaotic logistic map

In this paper, we synthesize substitution boxes by the use of chaotic logistic maps in linear fractional transformation. In order to introduce randomness in the construction of S-boxes, the data from the chaotic system is used in linear fractional transformation to add additional unpredictable behavior. The proposed S-box is tested for its strength in encryption applications. The nonlinearity characteristic of the proposed S-box is studied, and the strength of the cipher is quantized in terms of this property. In addition, the behavior of bit changes at the output of the cipher in comparison with the input is also studied. Similarly, the input/output differential is also evaluated for different bit patterns. The results of statistical analyses show superior performance of the proposed S-boxes.     

Three-Dimensional Nonlinear Analysis of Drill String Structurein Annulus

ＴＨＲＥＥ－ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬＮＯＮＬＩＮＥＡＲＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦＤＲＩＬＬＳＴＲＩＮＧＳＴＲＵＣＴＵＲＥＩＮＡＮＮＵＩＵＳＬｉｕＹａｎ－ｑｉａｎｇ（刘延强）ＬｕＹｉｎｇ－ｍｉｎ（吕英民）（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍｅｃｈ...     

曲线梁研究进展

曲线梁在工程中的应用非常广泛, 但由于曲率的影响, 导致梁内弯矩和扭矩的耦合, 使得 曲线梁的研究相对直梁非常复杂. 本文从4个方面较为详细地评述了近年来国内外曲线梁的 研究进展情况. 从曲线梁的平衡方程、几何方程和基本微分方程出发, 概述了曲线梁静动力 学的基本理论、建模及分析方法; 面内面外振动及分析方法; 非线性问题及分析方法; 特别 评述了有限元单元法在曲线梁研究中的应用, 论述了各种曲梁单元的优缺点; 对复合曲线梁 的发展及理论研究进行介绍; 推导了空间曲线梁非线性动力学方程; 最后提出了值得进一步 研究的方向及采用的方法.