大位移井钻柱的态应力分析.pdf

大位移井钻柱的动态应力分析 博士生：王秀亭 指导教师：韩志勇 捅矍 大位移井已成为海上油田和边际油田开发的重要手段，由于大位移井钻 柱摩阻扭矩巨大，钻进中会发生剧烈的扭转振动，导致钻柱断裂破坏或疲劳 破坏。解决这些问题基础，是对大位移井钻柱进行动态应力分析。所以，本 文具有重要的应用价值和现实意义。本文应用有限单元法，建立大位移井钻 柱全井应力静、动态分析模型，用于求解大位移井钻柱静、动态应力分布和 强度预测、设计、监控和事后分析，使钻井施工安全、经济、高效。具体做 法为：采用优化的数值逼近方法，分段逼近确定井轴的几何性质，为应力分 析提供理想的基础数据；采用有限单元法，钻柱位移分为初位移和计算位移， 建立钻柱三维有限元静、动态方程：考虑井壁变形和各种可能的接触方式， 提出了较完善的确定刚性和弹性井壁摩擦接触边界平衡试算法和动态摩擦接 触模型及其应用方法；采用结果全面稳定的威尔逊p法，结合平衡方程解法 求钻柱动态响应：提出了钻柱各点应力算法和钻柱强度条件；应用上述方法， 对两口大位移井钻柱静、动应力分布与强度状况和井壁变形的影响等进行了 实际计算分析，锝出了一系列有价值的结论：①钻柱应力仅在如铅垂段下部 和造斜点附近等部分区域(基本上以静应力为均值)波动较大，并有撞击存 在，且具有一定的随机性。其它部位的钻柱主要贴下井壁，存在连续接触， 应力变化很小。②裸眼中较软地层井段钻柱采用弹性井壁分析，结果更符合 实际。③钻柱应力分析，仅考察起钻和旋转钻进两种工况即可。起钻时最大 相当应力主要源于钻柱浮重和摩阻力引起的拉伸币应力，旋转钻进时主要源 于井眼挠率和摩阻引起的较大的扭转剪应力。④提高或保证大位移井钻柱的 强度，需要优化钻井各项设计，控制好井眼轨迹，提高井眼质量，这是贯穿 于设计、施工和监控的综合工程问题。本论文的贡献在于：①将摩擦引入了 平衡或动力学计算中，考虑各种可能的接触方式，导出了较完善的钻柱与井 壁的静、动态摩擦接触模型及其可行的应用方法，系统地解决了摩擦接触边 界待定问题；②建立了大位移井全井钻柱静、动态应力和强度分析模型：③ 提出了弹性摩擦接触边晃确定方法，定性探索分析了井壁弹性对钻柱应力的 影响。理论验证和实例计算分析表明：本文建立的有限元钻柱静动态应力分 析模型，方法正确可行，应用灵活方便，程序编制合理实用。具有较好的学 术价值和应用价值。 主题词：大位移井，钻柱，动态边界待定，应力分析，有限单元法 Stress ofDriu AnalysisString Dynamic inExtended．Reach Drilling WangXiu-ring Directed Han Zhi—yong byprofessor ofChina AndGas ofPetroleum Oil Engineering，University Abstract Extended—reach an roleinthe important drilling(ERD)hasplayed ofoffshoreoilfieldand oilfield development marginalnowadays．But the