楔形齿空间数学力学模型及有限元网格自动划分

以牙轮钻头楔形齿的基本尺寸为参数,根据牙齿上的关键点位置,准确的建立了该类牙齿的空间数学模型及力学模型,为牙齿有限元网格的自动划分及牙齿受力分析提供了简便的方法。文中建立的牙齿受力随岩石硬度变化而变化的分布区域及载荷随牙齿工作中不同位置的分布区域,能较好地分析工作中,牙齿内部的应力变化情况,这一点比集中载荷法分析牙齿的受力更具有指导性意义。     

气体钻与泥浆钻全井段钻柱动力学对比研究

全井段钻柱在井内运动过程是一个非常复杂的非线性动力学问题,不可能得到比较完美的解析解,如果采用室内试验或者现场试验研究,其成本又会很高且很难实现。因此,在弹塑性力学、岩石力学和钻柱力学的基础上,以四川某井基本钻井参数和钻具组合为依据,采用有限元法建立了塔式钻具钻至1486m井深时的全井段三维钻柱模型和相应的井筒模型,并且建立了钻头与岩石以及钻柱与井筒之间的随时间变化且有摩擦系数的接触关系和相对应的泥浆钻井模型,对比分析了钻柱在动态钻进过程中的井口参数、钻头上压力和转动速度以及全井段钻柱的弯矩扭矩变化等结果,得出气体钻井与泥浆钻井全井段钻柱的运动规律以及钻铤失效机理的差异。为认识气体钻井全井段钻柱的运动规律提供了新的研究方法,对气体钻井中钻柱力学、井斜控制和设备等方面的研究都有较好的现实意义。     

裂缝面及井眼附近的应力分析

从力学角度出发,建立了川西致密气层井眼、裂缝面及地层的有限元模型,应用ANSYS软件仿真模拟了裂缝面与水平面夹角的变化引起裂缝面上及井眼附近的应力变化。重点研究了水平裂缝面上及井眼附近的主应力和等效应力的应力等值线变化规律。随着地层裂缝倾角的增加,裂缝面上井眼附近的最大等效应力逐渐转移到井眼椭圆截面的短轴两端附近。研究结果对进一步研究井眼稳定、井壁崩落方向或裂缝面上的应力敏感性具有指导意义。     

塑性应变准则在油井出砂预测中的应用

用塑性应变准则建立了油井出砂预测的有限元力学模型,岩石的屈服应力准则用Drucker-Prager准则。在某油田地层参数下,用该模型得到了不同井筒压差所对应井壁附近的塑性应力、应变变化结果,用这些结果可预测油井出砂情况。根据临界塑性应变,确定了井壁不出砂的临界生产压差,为油井正常生产提供了理论数据。     

钻杆反转运动及其弯曲频率分析

根据塔里木油田井身结构尺寸、钻井参数,详细地分析了塔里木油田钻杆反转转速、弯曲频率和其环隙比与反转运动的关系。钻杆内不但存在自转转速,而且还存在反转转速,其弯曲频率为钻杆自转转速与其反转转速之和。在钻杆自转转速一定时,钻杆的反转转速与环隙比值β有关。研究结果表明,预防塔里木油田钻杆刺漏失效措施可用:(1)转盘转速控制在(44.5~92.0)r/min;(2)在钻杆尺寸不变的情况下,可以增大套管结构尺寸,来降低钻杆的弯曲疲劳应力频率;(3)采用井底动力钻具。研究的结果为深井、超深井合理的钻井参数选择提供了理论依据。     

C型环环向应力与加载载荷的公式推导与验证

基于任意C型环试样结构尺寸及其力学关系,建立了C型环内任意截面的力学模型,根据材料力学基本理论,推导出了其外壁和内壁任意一点环向应力与C型环试样加载位移、加载载荷之间的理论计算公式。为了验证本文推导的理论公式的正确性,建立了C型环试样的有限元计算的力学模型,当某试验要求C型环试样最大环向拉应力为650 MPa,对油管外径88.9 mm的C型环试样,通过有限元法和本文推导的理论公式对该结构工况进行计算和对比分析,得出有限元法和理论公式计算出需要施加的载荷和位移的误差分别为-1.82%和1.25%,证明推导文中推导的理论公式的正确性,为C型环硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）和应力腐蚀开裂（SCC）实验加载参数的确定提供了简便的计算方法。     

气体钻水平井稳定器安放位置与井斜控制研究

针对XS–001H 气体钻井水平井段的井眼轨迹控制问题,建立了全井段水平井井斜控制的有限元模型,该有限元模型可以任意调整水平段钻具组合参数和稳定器的安放位置来进行井斜控制的力学机理研究。重点研究了钻铤钻具组合、无磁抗压缩钻杆钻具组合、稳定器不同安放位置与井斜控制的力学机理和关系,并得到了相应钻具组合下,钻头侧向力与稳定器间距的定量关系曲线,不同钻具组合在水平段的最大挠度与稳定器的变化关系曲线,这些结果为气体钻水平井段的井斜控制提供了定量的理论数据,并得到了现场应用。     

气体携岩对钻杆接头冲蚀规律研究

针对气体钻井钻杆接头冲蚀严重易导致钻杆快速失效的问题,基于两相流计算流体动力学有限元法建立了气
体携岩冲蚀18° 斜坡钻杆的CFD 仿真模型。根据此模型,系统地研究了钻杆居中、钻杆不同偏心程度、不同注气量以
及不同钻速对岩屑颗粒冲蚀钻杆接头、岩屑颗粒运动轨迹和浓度分布以及环空气流速的影响。结果表明：（1）钻杆居
中时,冲蚀速度对称分布,接头冲蚀比钻杆本体冲蚀严重,迎风坡面顶部附近出现最大冲蚀速度。同时,得到了接头最
大冲蚀速度随岩屑质量流量及携岩速度的定量关系;（2）钻杆偏心时的最大冲蚀速度和接头宽流道环空一侧的冲蚀速
度比钻杆居中时大,且偏心程度越高,接头环空窄流道一侧冲蚀区域越密集。钻杆偏心程度在30%～70% 时,最大冲
蚀速度由钻杆接头转移至钻杆本体。接头最大冲蚀速度分别在钻杆偏心0～30%、50%～70% 和80%～90% 时随携岩速
度增加而增加,但在钻杆偏心30%～50% 和70%～80% 时最大冲蚀速度随接头环空宽流道岩屑浓度减小而减小。研究
结果为预防钻杆接头冲蚀失效提供了理论依据,并在现场得到了应用。     

套管空间受力问题的计算机仿真分析

本文建立了套管变形的空问有限元力学模型及数学模型,并开发了其空问有限元仿真软件,为分析井下复杂力学系统作用下,套管破坏提供了简捷的手段。空间套管模型上仅受非均匀载荷作用时,其仿真结果与文献[1]中平面问题仿真结果一致,即这种情况下,平面应变问题仅为套管空问问题仿真的一个特例。文中对套管空问问题进行了弯曲、扭转、内外压等组合载荷作用下的仿真分析,为研究套管复杂力学来统作用的玻坏、变形过程提供了具有参考价值的理论指导意义.     

大牛地气田二次增压时机及增压方案优选

大牛地气田不断开发导致首站集中增压已不能满足气田开发的需要，同时在一期首站集中增压的基础上已经有约40%的气井压力接近管网压力，因此急需采取二次增压集输工艺。通过对气井油压的变化规律分析，确定二次增压的增压时机，并针对气田特点提出4种二次增压集输模式：（1）单井增压方案；（2）集气站分散增压方案；（3）区域集中增压方案；（4）区域集中增压+集气站分散增压方案。并从技术经济角度对4种模式进行对比优选，最终结果表明，区域增压+集气站分散增压方案既能满足管网外输的要求，又能保证经济效益，是二次增压方案中最合理的一种模式。