斜直井眼中石油鉆柱動(dòng)力學(xué)特性仿真研究.pdf

1、石油鉆井過程中，每年都會(huì)發(fā)生大量鉆柱失效事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。國內(nèi)外對(duì)鉆柱的失效研究已經(jīng)很多，但早期研究主要集中在改善鉆柱的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)方面。直到上世紀(jì)末，國外Baker Hughes、Shell、Sperry—Sun等幾家公司才在動(dòng)力學(xué)方面取得了突破性進(jìn)展，并在工程現(xiàn)場(chǎng)獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)在這方面的研究相對(duì)落后，離工程應(yīng)用的差距更大。本文以減少鉆柱失效事故、提高鉆柱的安全可靠性為目標(biāo)，應(yīng)用有限元方法，開展了雙重非線性鉆柱動(dòng)力學(xué)特

2、性研究。 首先，分析了鉆柱變形特點(diǎn)及其與井壁的碰撞摩擦問題，并且考慮了穩(wěn)定器和井壁的間隙對(duì)動(dòng)力學(xué)特性的影響，完善了現(xiàn)有鉆柱三維動(dòng)力學(xué)模型。 其次，利用有限元結(jié)點(diǎn)迭代和整體剛度矩陣相結(jié)合的方法，解決了石油鉆柱這種超細(xì)長(zhǎng)比管柱的非線性動(dòng)力學(xué)計(jì)算難題。 再次，在完善現(xiàn)有鉆柱動(dòng)力學(xué)模型和計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，開發(fā)了鉆柱動(dòng)力學(xué)特性仿真軟件。通過算例結(jié)果與已有結(jié)果的比較分析，驗(yàn)證了計(jì)算方法和軟件的正確性和有效性。 最后，

3、運(yùn)用研發(fā)的軟件分析了鉆壓、轉(zhuǎn)速、穩(wěn)定器對(duì)鉆柱動(dòng)力學(xué)特性的影響，得到了鉆柱變形、應(yīng)力分布隨施工參數(shù)(鉆壓、轉(zhuǎn)速)的變化規(guī)律，探討了穩(wěn)定器數(shù)量和位置對(duì)鉆柱變形及橫向振動(dòng)的影響。 根據(jù)本論文的研究工作，人們可以進(jìn)一步了解斜直井眼條件下鉆柱的渦動(dòng)、變形以及動(dòng)態(tài)應(yīng)力狀況，并以此為基礎(chǔ)，開展設(shè)計(jì)井眼軌跡或者實(shí)際井眼軌跡條件下的鉆柱動(dòng)力學(xué)研究分析。此外，本文所建立的鉆柱動(dòng)力學(xué)模型和研制的鉆柱動(dòng)力學(xué)特性仿真軟件，可以用于改善鉆柱結(jié)構(gòu)，優(yōu)化鉆壓和