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斜直井中考虑摩擦时钻柱的正弦屈曲分析

中国机械工程 2006年第S2期17卷 17-20页

作者：甘立飞王鑫伟刘峰南京航空航天大学南京210016 中国民航飞行学院广汉618307

提出了在斜直井中钻柱正弦屈曲分析时对摩擦阻力的处理方法,给出了考虑摩擦阻力时的屈曲平衡方程,建立了相应的微分求积法列式,用微分求积法时平衡方程直接求解。在力学模型中考虑了摩擦因数、重力线密度、钻柱长度和井斜角对临界载荷... 详细信息

提出了在斜直井中钻柱正弦屈曲分析时对摩擦阻力的处理方法,给出了考虑摩擦阻力时的屈曲平衡方程,建立了相应的微分求积法列式,用微分求积法时平衡方程直接求解。在力学模型中考虑了摩擦因数、重力线密度、钻柱长度和井斜角对临界载荷的影响,并将数值计算结果与实验数据进行了比较。分析表明,提出的在钻柱正弦屈曲分析时对摩擦阻力的处理方法是正确有效的,能够为实验结果提供理论分析基础;在同等条件下,钻柱正弦屈曲临界载荷随摩擦因数的增加而增大;钻柱越长,摩擦阻力对临界载荷的影响越大,在一定程度上,摩擦可以增加钻柱的稳定性。

关键词：斜直井钻柱摩擦阻力正弦屈曲微分求积法

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井斜角与摩擦对连续油管正弦屈曲的影响研究

中国安全生产科学技术 2016年第10期12卷 50-55页

作者：龚银春艾志久付必伟汤海平西南石油大学机电工程学院四川成都610500

为了避免连续油管井下屈曲行为的产生,进而导致井下作业事故,开展了井下管柱正弦屈曲行为的研究。根据最小势能原理建立了一个复杂的井下管柱正弦屈曲模型。在考虑摩擦的情况下,构建了斜井中的管柱屈曲微分方程组。通过对屈曲微分方程... 详细信息

为了避免连续油管井下屈曲行为的产生,进而导致井下作业事故,开展了井下管柱正弦屈曲行为的研究。根据最小势能原理建立了一个复杂的井下管柱正弦屈曲模型。在考虑摩擦的情况下,构建了斜井中的管柱屈曲微分方程组。通过对屈曲微分方程组进行无量纲化处理,使方程组能独立于井下泥浆、井眼尺寸和管柱形式而存在。最后,采用虚功原理研究了摩擦与井斜角对正弦屈曲临界载荷的影响。研究结果显示,正弦屈曲临界载荷将随着摩擦系数的增加而增加。此外,随着井斜角的增加,正弦屈曲临界载荷也将不断增加。该研究结果可为连续油管预防井下作业事故的发生提供理论性指导。

关键词：摩擦井斜角连续油管正弦屈曲

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钻柱正弦屈曲对裂纹疲劳寿命的影响

石油钻采工艺 2008年第1期30卷 15-18页

作者：赵增新高德利张辉中国石油大学石油工程教育部重点实验室北京102249

针对钻进过程中由于屈曲段旋转产生的离心力导致的附加弯曲应力对该段的裂纹扩展与管柱寿命产生的影响,计算了屈曲段以ω角速度旋转时所产生的离心力,利用纵横弯曲梁理论求得了在该离心力作用下屈曲段所产生的最大附加弯矩和最大附加弯... 详细信息

针对钻进过程中由于屈曲段旋转产生的离心力导致的附加弯曲应力对该段的裂纹扩展与管柱寿命产生的影响,计算了屈曲段以ω角速度旋转时所产生的离心力,利用纵横弯曲梁理论求得了在该离心力作用下屈曲段所产生的最大附加弯矩和最大附加弯曲应力,并结合裂纹扩展理论,建立了考虑管柱旋转状态下屈曲对裂纹扩展寿命影响的模型,得出了以ω旋转的临界屈曲段裂纹扩展速率的解析表达式。算例表明,在钻进中由于发生正弦屈曲而产生的附加弯曲应力对该管柱上的裂纹扩展速率及其疲劳寿命有显著影响,在评价裂纹疲劳寿命时,不能忽视屈曲对裂纹寿命的影响。

关键词：旋转钻井正弦屈曲纵横弯曲梁裂纹扩展疲劳寿命

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垂直井管柱正弦和螺旋屈曲慢动力法研究

垂直井管柱正弦和螺旋屈曲慢动力法研究

作者：安超东北石油大学

学位级别：硕士

在钻井、完井、测井、压裂、采油等石油钻采工程中,大量使用各种尺寸的管柱,管柱的屈曲不但限制了轴力和扭矩的传递,甚至会使管柱“锁死”。因此,对管柱的屈曲研究显得尤为重要。本文以垂直井钻柱为研究对象,针对管柱后屈曲形状和特点,... 详细信息

在钻井、完井、测井、压裂、采油等石油钻采工程中,大量使用各种尺寸的管柱,管柱的屈曲不但限制了轴力和扭矩的传递,甚至会使管柱“锁死”。因此,对管柱的屈曲研究显得尤为重要。本文以垂直井钻柱为研究对象,针对管柱后屈曲形状和特点,将管柱离散为梁单元,以梁梁接触模拟管柱与井壁间的接触,提出慢动力法对管柱进行非线性后屈曲分析。利用瞬态动力学方法解决静力学问题的思想,分析了慢动力法中载荷的施加,以及阻尼和子步数的选取策略。以管柱平面正弦屈曲为研究对象,得到管柱失稳临界受压长度与解析解吻合较好。以管柱空间螺旋屈曲为研究对象,在不考虑接触影响时,压力与扭拒单独作用和压扭同时作用,临界载荷有限元解与解析解误差均小于1%。考虑接触影响时,压力与扭矩单独作用,由于屈曲段为不连续接触,与进行解析计算时连续接触假设相冲突,所得结果与解析解误差较大,不过若将连续接触段换算螺距则误差小于3%。分析了垂直井钻柱空间螺旋屈曲的影响因素:随着钻杆长度的增加,其对钻铤屈曲的影响逐渐变小;随着钻压的增加,接触段长度以及螺旋角度也逐渐变大;当钻压和扭矩同时作用时,钻柱的螺旋段角度与钻压单独作用时相比只是略微增加,但接触段长度与钻压单独作用时减小近40%;摩阻系数对屈曲影响较小;安装2个或3个扶正器,均可较好的抑制钻柱的螺旋屈曲;转速会增大钻压的波动,加剧钻柱的屈曲,但小于钻压的影响。本文的研究成果,能合理计算垂直井钻柱正弦和螺旋屈曲问题,提出的慢动力法可为其他井型管柱的屈曲分析提供借鉴意义。

关键词：管柱正弦屈曲螺旋屈曲梁梁接触慢动力法

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端部约束条件对钻柱正弦屈曲的影响

端部约束条件对钻柱正弦屈曲的影响

作者：姜丽红江苏大学

学位级别：硕士

近年来,随着深井、水平井、大斜度井和大位移井在油气勘探开发中所占的比重越来越大,井眼轨道控制、钻具疲劳失效、钻井成本等问题逐年突出,因此现代石油钻采工程要求能够对钻柱的屈曲行为有一个较为准确的了解,以此来优化钻井设计,降... 详细信息

近年来,随着深井、水平井、大斜度井和大位移井在油气勘探开发中所占的比重越来越大,井眼轨道控制、钻具疲劳失效、钻井成本等问题逐年突出,因此现代石油钻采工程要求能够对钻柱的屈曲行为有一个较为准确的了解,以此来优化钻井设计,降低钻探成本。因此,钻柱屈曲分析必须朝着更贴近井眼的实际工况、控制和计算精度更高的方向发展。本文首先给出了井内钻柱屈曲问题的研究概况,在深入了解和总结前人研究成果的基础上给出了本文的研究内容。然后,基于平衡微分方程及自然边界条件,给出了能保证能量泛函的驻立值与平衡微分方程本征值间一致性的端部约束方程,基于DQ单元法编写了分析斜直井内钻柱蛇形屈曲问题的FORTRAN程序,研究了几个算例,对于受圆形管柱约束的一段杆柱,分析了十一种不同端部约束条件下的正弦屈曲载荷。通过数值分析来解释斜直井内钻柱的正弦屈曲机理以及端部约束条件对钻柱屈曲的影响,结合与现有实验结果比较证实了本文模型及分析方法的合理性。给出了一些有工程参考意义的结果。在论文的最后一章对全文做了总结和展望,指出了有创新意义的研究成果,并提出了一些尚需进一步研究的内容。

关键词：正弦屈曲端部约束微分求积单元法钻柱

用能量法研究深直井管柱最大转速与正弦屈曲时临界轴向力间的关系

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探矿工程（岩土钻掘工程） 2005年第12期32卷 40-42页

作者：陈敏吕建国刘宝林肖天鹏中国地质大学〈北京〉工程技术学院北京100083

通过考虑离心力对钻柱屈曲的影响,运用能量法研究了钻柱最大转速与正弦屈曲时临界轴向力间的关系,进而得到了转速-轴向临界力的数学模型。综合考虑钻柱惯性离心力和自重的影响,我们发现,在工作状态下,钻柱的临界压力会明显地小于静态时... 详细信息

通过考虑离心力对钻柱屈曲的影响,运用能量法研究了钻柱最大转速与正弦屈曲时临界轴向力间的关系,进而得到了转速-轴向临界力的数学模型。综合考虑钻柱惯性离心力和自重的影响,我们发现,在工作状态下,钻柱的临界压力会明显地小于静态时的临界力,这对实际的钻探工程来说具有十分重要的指导意义。

关键词：能量法深直井管柱最大转速正弦屈曲临界轴向力

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大斜度长水平井油管下入性力学分析

力学与实践 2023年第3期45卷 599-606页

作者：冯超黄剑夏成宇钱利勤长江大学机械工程学院湖北荆州434023

大斜度长水平井眼中,水平井段的长度较一般井眼要长,随着油管与井壁的接触面积不断增大,摩擦阻力也逐渐增大,从而导致油管产生“自锁”现象,使得油管难以下入到预定井深,严重地限制了油气井的开发效率。针对这个问题,本文充分考虑井眼... 详细信息

大斜度长水平井眼中,水平井段的长度较一般井眼要长,随着油管与井壁的接触面积不断增大,摩擦阻力也逐渐增大,从而导致油管产生“自锁”现象,使得油管难以下入到预定井深,严重地限制了油气井的开发效率。针对这个问题,本文充分考虑井眼几何参数、油管几何参数、油管刚度以及屈曲问题,对不同屈曲状态下的油管进行受力分析,分别建立三种屈曲状态下油管的力学模型,采用安全系数法结合第四强度理论对油管的下入性进行研究。利用MATLAB分析软件,研究管径、摩擦系数与油管下入性的关系,研究结果表明27/8外加厚油管在摩擦系数为0.2时能够下入到指定井深。引用安全系数法并结合第四强度理论对油管的应力进行校核,数值计算结果与分析结果一致。

关键词：油管下入性正弦屈曲螺旋屈曲

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井筒内受压管柱屈曲后磨损预测的子模型法

机械强度 2023年第5期45卷 1181-1191页

作者：李刚孙国昊林亮岳欠杯张强王岗大庆油田有限责任公司井下作业分公司大庆163453 东北石油大学机械科学与工程学院大庆163318

针对井下管柱发生屈曲后导致管柱磨损加剧问题,基于子模型法,建立受压屈曲管柱与井筒接触磨损模型,引入Archard模型计算管柱的磨损深度,同时采用移动接触边界节点法描述管柱表面材料的去除过程,避免了网格畸变引起计算不收敛问题,并预... 详细信息

针对井下管柱发生屈曲后导致管柱磨损加剧问题,基于子模型法,建立受压屈曲管柱与井筒接触磨损模型,引入Archard模型计算管柱的磨损深度,同时采用移动接触边界节点法描述管柱表面材料的去除过程,避免了网格畸变引起计算不收敛问题,并预测了管柱在不同受压载荷及环空间隙的磨损量。结果表明,管柱发生正弦屈曲,磨损部位较少,且受压载荷及环空间隙对管柱磨损影响较小。管柱发生螺旋屈曲,磨损部位较多且连续,受压载荷及环空间隙对管柱磨损影响较大。为井筒内受压管柱屈曲后的磨损预测提供一种计算方法。

关键词：正弦屈曲螺旋屈曲 Archard模型有限元分析磨损预测

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高温高压超深气井油管柱屈曲行为研究

天然气工业 2018年第1期38卷 89-94页

作者：练章华牟易升刘洋许定江 "油气藏地质及开发工程"国家重点实验室.西南石油大学

对于超深、高温、高压以及高产等复杂工况的气井,前人推导的管柱屈曲行为经典理论公式无法完整或准确地描述油管柱底部非均匀或非完整的正弦屈曲或螺旋屈曲形态。为此,采用ANSYS软件,建立了超深井全井筒油管柱屈曲行为分析的有限元力学... 详细信息

对于超深、高温、高压以及高产等复杂工况的气井,前人推导的管柱屈曲行为经典理论公式无法完整或准确地描述油管柱底部非均匀或非完整的正弦屈曲或螺旋屈曲形态。为此,采用ANSYS软件,建立了超深井全井筒油管柱屈曲行为分析的有限元力学模型,并以塔里木油田某超深井为例,针对管柱屈曲行为开展了油管柱屈曲形态与其横向位移、油管—套管接触压力分析。结果表明:(1)所建立的高温高压深井超深井油管柱屈曲分析有限元模型可以对油管柱屈曲形态进行全井段分析,复杂力学工况下的油管柱中和点到封隔器处的油管柱处于非均匀或非完整的正弦屈曲或螺旋屈曲;(2)油管柱底部轴向压力为205 k N时,油管柱接触段的顶部和底部分别发生正弦屈曲、螺旋屈曲自锁现象,该自锁现象可能导致油管柱处于永久性的屈曲状态。结论认为,所建立的模型可用于分析油管—套管屈曲过程中的屈曲形态、接触压力及其摩擦力,为油管柱屈曲形态、摩擦损伤失效分析及预防措施制定等提供了方法和依据。还提出了延长管柱使用寿命的措施建议:油管柱坐封前在井口施加适当的提拉力、增加底部油管柱结构尺寸、提高井口油压或适当降低产量等。

关键词：超深井油管柱屈曲行为接触力学有限元法正弦屈曲螺旋屈曲自锁现象