深水无隔水管钻柱的临界转速分析

基于实际的工况考虑了钻柱壁厚、水深、张力、钻井液流速等因素对无隔水管钻柱的影响,根据达朗贝尔原理建立了无隔水管钻柱的涡动微分方程模型;在此模型上由分离变量法推导出了钻柱临界转速方程,并与Rayleigh梁-轴模型的临界转速方程进行对比并验证了本方程的正确性.分析结果表明:在不同阶数的情况下,随着水深或壁厚的增加,临界转速降低;随着张力的增加,临界转速提高;流速对临界转速无明显的影响.本文所得结论对于采用无隔水管钻井技术作业具有指导意义.     

气体钻井中接触非线性问题的数值算法研究

根据动量守恒和钻柱力学的基本理论,建立了气体钻井三维弯曲井眼钻柱动力学模型和钻柱与井壁接触碰撞模型;提出了一种求解钻柱与井壁接触非线性有限元方程的元胞自动机算法。该方法具有编程简单、收敛速度快等优点,以实际工况为例进行仿真模拟,选取有代表性节点的仿真计算结果并加以分析。仿真结果表明:该方法较好地解决了三维弯曲井眼中钻柱与井壁接触碰撞的复杂边界条件问题,在解决气体钻井钻柱与井壁接触非线性问题的研究中具有良好的应用前景。     

间隙元在钻柱瞬态动力学分析中的应用

为了描述钻柱与井壁的随机碰撞接触状态,本文构造了动力间隙元,并推导了动力间隙元的相对压缩量和迭代求解格式。把动力间隙元与梁单元相结合,采用Newmark直接积分法和冲量定理,进行了钻柱碰撞接触非线性瞬态动力学分析。经工程应用表明,构造的动力间隙元能够描述钻柱的碰撞接触状态,所设计的偏心防斜钻具已在大庆油田得到应用,取得了明显的经济和社会效益。     

油水井取套过程中套铣筒摩擦阻力分析计算

通过对套铣筒这种特殊结构钻柱的分析,在现有钻柱力学模型研究的基础上,针对套铣筒结构特点(大筒径、薄壁筒型钻柱),建立套铣筒与井壁接触力学模型,通过分析套铣管柱在井下屈曲状态以及与井壁接触压力的计算,对套铣筒进行力学分析以及摩阻力计算.     

旋转钻柱环空动力学问题的研究

本文分析了环空状态下的工作钻柱与井壁的接触机理,建立了钻柱与井壁动态摩擦接触的一般模型,提出了解决待定边界问题及钻柱动态分析的计算方法。计算说明不同工况下,钻柱与井壁具有不同的接触形式。     

钻柱力学中接触力计算方法研究

钻柱在井底的接触力计算是一个复杂的非线性问题. 选取较为精确的三维钻柱力学模型（简称ABIS）作为研究对象,力图从复杂的求解过程中探索出更直观的方法. 从钻柱某个节点的接触力与位移关系,推广到该节点接触力与钻柱其他所有节点的位移均存在同样的关系,进而建立了整根钻柱位移与作用在钻柱上的所有接触力的更直观的柔度关系式. 据此提出新的接触力计算方法,算例结果表明该方法显著提高迭代速度.     

气体钻井钻柱的静动力学特性研究

针对气体钻井钻具振动剧烈及频繁失效的实际问题,建立了全井段钻柱系统静力学模型和三向耦合振动的力学模型,研究了循环介质阻尼作用的计算公式。以川东某实钻井气体钻进段为例,利用考虑泥浆作用的振动模型与美国埃索公司现场数据和规律进行了对比,验证了全井段钻柱系统三向耦合振动力学模型的可行性与结果的可靠性;量化研究了全井钻柱的静力学特性与动力学特性,并与同工况参数下泥浆钻井钻柱的静力学特性和振动规律进行了对比。研究发现,气体钻井各钻具轴向力和轴向应力均高于泥浆钻井,且纵振、横振、扭振及涡动的幅频均强于泥浆钻井;工作过程中,气体钻井钻柱承受更大幅值的交变应力,这是导致钻具频繁失效的根源之一。     

变截面(变刚度)纵横弯曲梁

分析了受纵横弯曲载荷联合作用的变截面（变刚度）梁柱问题,并在钻柱力学分析中得到应用．     

环空大挠度钻柱力学分析的动坐标迭代法及其简化应用

应用动坐标迭代法分析环空钻柱的边界待定问题与几何非线性受力变形问题。将摩擦引入平衡计算中，导出了三维分析模型。计算说明该方法和模型简便可靠，实际应用可以简化计算。     

波动钻压下阶梯钻柱系统稳定性研究

处于狭长井筒中的钻柱,其动力响应受到钻具组合、内外钻井液流动以及钻井参数等因素的影响,钻柱动力失稳导致的剧烈振动是井壁坍塌和钻具失效的重要原因.考虑到钻杆和钻铤在刚度和线密度上存在很大的差别,论文将钻柱简化为单阶梯输液管柱,钻井液沿着钻柱内部向下泵入并从环空返回地面.耦合考虑钻柱自重、随时间简谐变化的波动钻压、稳定器以及钻井液的水动力和阻尼力,建立了直井中钻柱横向振动的解析模型.利用有限单元法离散为四阶常微分方程后,采用Bolotin法得到临界频率方程确定系统的不稳定区范围,研究了钻压、钻杆长度、稳定器安装位置、钻井液的流速和密度等参数对系统稳定性影响的机理.研究表明:钻压的平均值和波动幅值都是钻柱失稳的驱动因素,而系统的稳定性对处于受拉状态的钻杆的长度变化不敏感.在论文所研究的参数范围内,降低钻井液流速和密度、下移稳定器的安装位置均有助于增强系统的稳定性.