大位移井鉆柱的動態(tài)應力分析.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，鉆進中會發(fā)生劇烈的扭轉(zhuǎn)振動，導致鉆柱斷裂破壞或疲勞破壞。解決這些問題基礎，是對大位移井鉆柱進行動態(tài)應力分析。所以，本文具有重要的應用價值和現(xiàn)實意義。本文應用有限單元法，建立大位移井鉆柱全井應力靜、動態(tài)分析模型，用于求解大位移井鉆柱靜、動態(tài)應力分布和強度預測、設計、監(jiān)控和事后分析，使鉆井施工安全、經(jīng)濟、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)，為應力分析提供理想的基礎數(shù)據(jù)；采用有限單元法，鉆柱位移分為初位移和計算位移，建立鉆柱三維有限元靜、動態(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態(tài)摩擦接觸模型及其應用方法；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態(tài)響應；提出了鉆柱各點應力算法和鉆柱強度條件；應用上述方法，對兩口大位移井鉆柱靜、動應力分布與強度狀況和井壁變形的影響等進行了實際計算分析，得出了一

3、系列有價值的結(jié)論：①鉆柱應力僅在如鉛垂段下部和造斜點附近等部分區(qū)域(基本上以靜應力為均值)波動較大，并有撞擊存在，且具有一定的隨機性。其它部位的鉆柱主要貼下井壁，存在連續(xù)接觸，應力變化很小。②裸眼中較軟地層井段鉆柱采用彈性井壁分析，結(jié)果更符合實際。③鉆柱應力分析，僅考察起鉆和旋轉(zhuǎn)鉆進兩種工況即可。起鉆時最大相當應力主要源于鉆柱浮重和摩阻力引起的拉伸正應力，旋轉(zhuǎn)鉆進時主要源于井眼撓率和摩阻引起的較大的扭轉(zhuǎn)剪應力。④提高或保證大位移井鉆柱的

4、強度，需要優(yōu)化鉆井各項設計，控制好井眼軌跡，提高井眼質(zhì)量，這是貫穿于設計、施工和監(jiān)控的綜合工程問題。本論文的貢獻在于：①將摩擦引入了平衡或動力學計算中，考慮各種可能的接觸方式，導出了較完善的鉆柱與井壁的靜、動態(tài)摩擦接觸模型及其可行的應用方法，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、動態(tài)應力和強度分析模型；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力的影響。理論驗證和實例計算分析表明：本文建