钻杆柱疲劳寿命的计算模型研究

钻柱在井下的受力极度复杂,甚至工作在腐蚀的介质中。通过对钻柱疲劳破坏机理的分析,建立合理的钻柱受力模型,同时编写可适合于工程应用的钻柱寿命计算程序,研究影响钻柱疲劳破坏的主要因素,为井下钻柱的使用尤其为定向井和水平井钻进过程中避免或减少发生钻柱复杂情况和井下事故提供了可靠的保证。     

钻柱疲劳破坏的预防

指出在钻井工程中 ,钻柱在拉压载荷作用下最大弯曲发生的位置 ;介绍钻柱疲劳破坏模型 ,举例说明钻杆不发生疲劳破坏时所允许的最大井眼曲率的计算 ;提出预防钻柱疲劳破坏的主要措施 ,为在定向井和水平井钻进过程中避免或减少发生钻柱复杂情况和井下事故提供了可靠的保证     

一种预测钻柱疲劳失效的新方法

基于材料断裂力学理论及裂纹全程扩展模型,结合井下钻柱受力特点,构建了钻柱复合型疲劳裂纹扩展行为预测新模型。该模型可有效描述裂纹扩展的3个阶段,对提高钻柱在井下复杂条件下的疲劳寿命预测精度具有重要指导意义。     

基于Walker模型的空气钻井钻柱疲劳寿命算法

空气钻井工况中的钻柱受力非常复杂,钻柱在井下既自转又反转,且在空气锤的作用下不断地上下纵向振动,该振动对钻柱的破坏最严重,在复合载荷作用下常造成钻柱疲劳损伤。修正了钻柱轴向应力和疲劳裂纹计算公式,并运用第四强度理论计算出裂纹处的平均应力;提出新的基于Walker模型的钻柱疲劳寿命算法,并结合Walker模型的计算结果,解释了塔里木油田空气钻井钻具大量刺穿失效的原因。     

深井钻柱疲劳强度计算与分析

钻柱疲劳失效的机理分析表明,钻柱在振动和进动工况下,受到拉、压、弯、扭等组合交变应力作用,发生疲劳破坏是其失效的主要形式。通过钻柱受力分析,给出钻柱轴向应力、弯曲应力、扭转应力、径向和周向应力,以及附加剪应力的计算公式。根据疲劳强度理论,建立了钻柱在不对称循环应力状态下的疲劳强度条件。结合实际算例分析,找出钻柱危险点处疲劳安全系数随井深、转盘转速和钻压的变化规律,有助于钻井参数的调整。     

SL120型水龙头疲劳试验研究与有限元分析

在钻井作业中,水龙头主要承受起下钻具、悬持钻柱、卡钻或遇阻时提拔钻柱以及排除井下事故等情况下复杂交变载荷的作用,极易发生疲劳破坏。鉴于此,根据SL120型水龙头使用工况,结合各构件材料的受力情况,通过试验获取主要构件材料的S-N曲线,并应用ANSYS软件的Workbench模块开展水龙头整体疲劳分析获取水龙头各构件的应力值,最终得到水龙头各零件的最小疲劳循环次数为1×10~7次,并将所得的循环次数与预期的最大循环次数对比,验证了水龙头的安全性。研究结果为该水龙头的结构优化和材料优选提供了理论依据。     

钻柱涡动情况下疲劳损伤浅析

钻柱在井下工作环境恶劣,疲劳破坏是钻柱失效的主要形式。随着对钻柱工作环境的不断认识,理论和实践都证实疲劳破坏是一个累积的过程,疲劳寿命与钻柱在弯曲和扭转组合作用下的交变应力有关。建立了在涡动情况下钻柱的交变力学模型,分析了交变弯曲应力,应用形状改变对构件屈服区进行了渐进分析,扩展了线弹性断裂力学的应用范围,并用Forman模型预测了钻柱的疲劳寿命,使计算结果更加准确,引入疲劳损伤观点为钻柱使用安全性的判断增添了一种新方法,具有较好的应用前景。     

塔河油田超深井库1井固井评析

钻柱工作条件恶劣，尤其在狗腿或弯曲井段时，较大交变弯曲应力常造成钻柱疲劳破坏，计算钻柱疲劳寿命可以为钻柱使用和管理提供依据。在定性分析钻柱失效机理的基础上，对钻柱进行了三轴应力分析，结果表明：①变应力是钻柱疲劳失效的根本原因，但振动和涡动也不可忽视。钻柱自身的剧烈振动，将引起钻柱上联接螺纹疲劳断裂。②钻柱在井眼中同时受拉、压、弯曲、扭转、冲击等多种载荷作用，且多数情况下都是交变的。③有初始裂纹的钻柱与无初始裂纹的钻柱，其疲劳破坏机理不同，     

钻柱疲劳寿命预测研究

疲劳破坏是钻柱失效的主要形式,进行钻柱疲劳寿命预测可以为钻柱的使用和管理提供依据。建立了钻柱力学模型,对钻柱的受力进行了分析,尤其分析了交变弯曲应力,并用Forman模型预测了钻柱的疲劳寿命,使计算结果更加准确。还应用形状改变能判据对构件屈服区进行了渐进分析,扩展了线弹性断裂力学的应用范围。理论计算结果和现场统计数据的一致性证明了此模型的实用性。     

旋转钻柱运动原理的研究

作者通过在钻柱模拟实验装置上进行的实验,提出了以反转运动为主要特征的旋转钻柱运动原理,分析了钻柱的受力与变形,指出反转运动会加速钻柱的弯曲疲劳破坏,加快钻杆接头和套管的磨损,消耗转盘功率和使钻头横向摆动。而采用具有润滑性能的钻井液是改善钻柱应力状态的根本途径。     

基于初始缺陷的钻柱疲劳寿命预测方法

钻柱初始缺陷是影响钻柱疲劳寿命的关键因素之一。传统的钻柱疲劳预测模型往往忽略初始缺陷的影响，导致预测的结果偏大，影响钻柱的安全性。针对钻柱的初始缺陷，在传统无缺陷钻柱的受力研究基础上，用应力集中系数修正钻柱受到的拉伸应力和弯曲应力，同时根据钻柱裂纹拓展规律建立钻柱的疲劳寿命预测模型，最后利用有限元分析工具分别模拟具有不同深度、半长和位置的初始缺陷的钻杆和无缺陷钻杆的平均应力及最小疲劳寿命，并进行对比。研究结果显示，初始缺陷深度和半长对钻杆的最小疲劳寿命有着重要的影响，初始缺陷离接箍越近，对钻柱的疲劳寿命的影响越大。研究结果为准确预测钻井过程中钻柱疲劳寿命，从而保证安全、高效钻进，具有一定的指导意义。     

气体钻井断钻铤事故的原因分析及预防

气体钻井中常出现断钻铤事故。文章通过对钻柱受力和钻柱本身性能的分析,得到气体钻井断钻铤的原因。在钻柱受力分析方面,从钻柱动力学出发对钻柱反转、钻柱扭转振动和钻柱横向振动等进行了分析,认为钻柱的这些运动是产生钻柱交变弯曲应力并集中,造成钻柱疲劳破坏;在钻柱本身性能的分析上,弯曲强度比不是造成钻铤内螺纹断裂的原因,利用Morrow应变周期方程结合有限元分析方法,得出高的平均应力和应变幅度是造成钻铤内螺纹断裂的主要因素。预防气体钻井断钻具应从降低钻铤内螺纹根部应力集中和改善钻柱的受力状况着手,在降低钻铤内螺纹根部应力集中上采用应力减轻槽,高扭矩接头和高摩擦螺纹油;在改善钻柱的受力状况上推广使用气体螺杆,试验抗涡动的PDC钻头,钻柱中加装纵向减振器的同时,要保证钻铤接头的偏心度小。     

井下温度对钻柱轴向振动固有频率的影响分析

钻柱共振是引起深井钻具失效的主要原因之一，钻柱工作在井下一个高温的环境下，温度的升高必然使钻柱的固有频率发生变化。分析了井下温度对钻柱轴向振动固有频率的影响，推导出了井下任意温度时钻柱轴向振动固有频率的计算公式。通过实际算例，分析了井下温度对钻柱轴向振动固有频率的影响。计算结果表明：钻柱轴向振动固有频率随着温度的升高而降低，其降低的幅度随着钻杆长度的增大而增大；当井下温度不超过200℃时，钻柱轴向固有频率的变化幅度不会超过常温下计算值的6．7％。任意温度时钻柱轴向振动固有频率与温度成近似线性关系，可以根据常温下的计算值和温度值通过一个简单的一次函数来计算。     

起下钻钻柱纵振理论分析

钻柱振动分析是一个非常复杂的动力学问题,钻柱纵向振动严重时造成钻头损坏、钻杆磨损加剧和疲劳破坏。考虑起下钻时引起的压力波动及钻柱和钻井液的耦合作用,在对模型进行假设的基础上,对起下钻时钻柱纵向振动方程和频率方程进行了分析推导,对井下多体系统动力学的研究进行了有益探索。     

水平井钻井的降摩阻问题综述

水平井钻井中钻柱摩阻随井斜角增大而变大，钻柱摩阻与井壁接触面积增大而愈大。文中在分析钻柱受力情况下，提出了降摩阻的措施，掌握影响井下摩擦系统的因素及其变化规律。     

钻柱动力学研究及应用进展

石油钻井钻柱是石油工业中用量大、质量要求高的管材，处在充满钻井液的狭长井眼里工作，受力情况非常复杂。每年国内外都会发生大量钻柱失效事故，造成重大经济损失。在钻柱失效调研分析的基础上，阐明了钻柱失效的主要原因，指出了钻柱动力学研究的重要性，详述了国内外钻柱动力学研究的历史和最新进展，介绍了钻柱动力学研究的应用现状，分析了现存模型的优缺点和国内外研究的差距，总结了钻柱动力学的研究方法，强调了钻柱动力学研究急需解决的核心技术问题。现有钻具材质及结构条件下，减少钻柱疲劳破坏的最有效途径是根据钻柱的动态应力特征，优化钻柱结构和工作参数，使钻柱尽可能在低动态应力水平下工作。     

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石油钻柱在钻进过程中,工作环境恶劣,在井位、地质条件及钻进参数等综合因素的影响下,不仅承受着由交变载荷引起的应力突变,还承受着钻具涡动和振动引起的巨大冲击载荷。钻柱在井下既自转又反转,尤其在斜井或大环歇井中时,偏心反转和工作载荷产生的较大交变弯曲应力常造成钻柱疲劳破坏。为此,文章在用动力学观点初步分析了钻柱失效机理的基础上,应用断裂力学等相关知识,对钻柱进行了三轴应力分析,并提出了考虑钻柱进动与反进动的疲劳寿命计算模型。该模型能反映运动状态对寿命的影响,可用于无裂纹钻杆和有裂纹钻杆疲劳寿命预测,计算结果对钻柱的合理使用及预防钻柱失效有较好的指导意义。     

水平钻井钻柱疲劳损伤的评估

在水平钻井中,当旋转的钻柱通过造斜段、弯曲段时,由于循环弯曲应力而造成钻柱的疲劳损伤;损伤是可以积累的,钻柱每旋转一周时将受到一次疲劳损伤,钻柱的寿命与疲劳损伤积累有关。文中研究了水平钻井钻柱疲劳损伤评估、检测优化、缺陷评定、钻柱疲劳寿命预测及可靠性的分析与评估。并提出了相应的计算模型,编制了程序软件。该软件可计算和预测钻柱组合中任一钻柱单元在钻井过程中所受的疲劳损伤、剩余疲劳寿命,可以连续动态跟踪预测某一钻柱在各并段钻进过程中受力和交变弯曲的数值大小,较之API规范推荐的图解法在精度上有较大提高;对钻柱的合理使用与监控具有重要参考价值。     

信息

钻柱失效机理及其疲劳寿命预测研究钻柱工作条件恶劣,尤其在狗腿或弯曲井段时,较大交变弯曲应力常造成钻柱疲劳破坏,计算钻柱疲劳寿命可以为钻柱使用和管理提供依据。在定性分析钻柱失效机理的基础上,对钻柱进行了三轴应力分析,结果表明:①变应力是钻柱疲劳失效的根本原因,但振动和涡动也不可忽视。钻柱自身的剧烈振动,将引起钻柱上联接螺纹疲劳断裂。②钻柱在井眼中同时受拉、压、弯曲、扭转、冲击等多种载荷作用,且多数情况下都是交变的。③有初始裂纹的钻柱与无初始裂纹的钻柱,其疲劳破坏机理不同,疲劳寿命也不同;对有裂纹的钻柱,裂纹形…     

深井钻柱疲劳破坏的机理分析

文中对深井中的钻柱在拉、压、扭转及腐蚀的恶烈环境下，从钻具内部晶粒结构、微裂纹发生和发展的微观过程，进行微观机理分析。建立疲劳门槛条件的数学模型，扩展速率的模型和表达关系。讨论钻柱在腐蚀介质中随介质的变化趋势，从而分析深井钻柱疲劳破坏的内在原因。