大位移井鉆柱的動(dòng)態(tài)應(yīng)力分析.pdf

1、大位移井已成為海上油田和邊際油田開發(fā)的重要手段，由于大位移井鉆柱摩阻扭矩巨大，鉆進(jìn)中會(huì)發(fā)生劇烈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，導(dǎo)致鉆柱斷裂破壞或疲勞破壞。解決這些問題基礎(chǔ)，是對大位移井鉆柱進(jìn)行動(dòng)態(tài)應(yīng)力分析。所以，本文具有重要的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本文應(yīng)用有限單元法，建立大位移井鉆柱全井應(yīng)力靜、動(dòng)態(tài)分析模型，用于求解大位移井鉆柱靜、動(dòng)態(tài)應(yīng)力分布和強(qiáng)度預(yù)測、設(shè)計(jì)、監(jiān)控和事后分析，使鉆井施工安全、經(jīng)濟(jì)、高效。具體做法為：采用優(yōu)化的數(shù)值逼近方法，分段逼近確定井軸的

2、幾何性質(zhì)，為應(yīng)力分析提供理想的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；采用有限單元法，鉆柱位移分為初位移和計(jì)算位移，建立鉆柱三維有限元靜、動(dòng)態(tài)方程；考慮井壁變形和各種可能的接觸方式，提出了較完善的確定剛性和彈性井壁摩擦接觸邊界平衡試算法和動(dòng)態(tài)摩擦接觸模型及其應(yīng)用方法；采用結(jié)果全面穩(wěn)定的威爾遜θ法，結(jié)合平衡方程解法求鉆柱動(dòng)態(tài)響應(yīng)；提出了鉆柱各點(diǎn)應(yīng)力算法和鉆柱強(qiáng)度條件；應(yīng)用上述方法，對兩口大位移井鉆柱靜、動(dòng)應(yīng)力分布與強(qiáng)度狀況和井壁變形的影響等進(jìn)行了實(shí)際計(jì)算分析，得出了一

3、系列有價(jià)值的結(jié)論：①鉆柱應(yīng)力僅在如鉛垂段下部和造斜點(diǎn)附近等部分區(qū)域(基本上以靜應(yīng)力為均值)波動(dòng)較大，并有撞擊存在，且具有一定的隨機(jī)性。其它部位的鉆柱主要貼下井壁，存在連續(xù)接觸，應(yīng)力變化很小。②裸眼中較軟地層井段鉆柱采用彈性井壁分析，結(jié)果更符合實(shí)際。③鉆柱應(yīng)力分析，僅考察起鉆和旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)兩種工況即可。起鉆時(shí)最大相當(dāng)應(yīng)力主要源于鉆柱浮重和摩阻力引起的拉伸正應(yīng)力，旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)主要源于井眼撓率和摩阻引起的較大的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力。④提高或保證大位移井鉆柱的

4、強(qiáng)度，需要優(yōu)化鉆井各項(xiàng)設(shè)計(jì)，控制好井眼軌跡，提高井眼質(zhì)量，這是貫穿于設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)控的綜合工程問題。本論文的貢獻(xiàn)在于：①將摩擦引入了平衡或動(dòng)力學(xué)計(jì)算中，考慮各種可能的接觸方式，導(dǎo)出了較完善的鉆柱與井壁的靜、動(dòng)態(tài)摩擦接觸模型及其可行的應(yīng)用方法，系統(tǒng)地解決了摩擦接觸邊界待定問題；②建立了大位移井全井鉆柱靜、動(dòng)態(tài)應(yīng)力和強(qiáng)度分析模型；③ii提出了彈性摩擦接觸邊界確定方法，定性探索分析了井壁彈性對鉆柱應(yīng)力的影響。理論驗(yàn)證和實(shí)例計(jì)算分析表明：本文建