水平多分支井钻柱力学分析

论文摘要

本文建立了水平多分支井井眼轨道设计三维模型,并以钻柱为研究对象,通过静力学平衡理论得到微单元的微分方程,建立了钻柱的力学模型,然后对钻柱进行力学分析与校核,保证钻柱在上提、下放和钻进等过程中安全有效的施工。通过对水平多分支井轨道设计的研究,得到了水平多分支井各段关键参数的计算方法;通过“斜平面”设计理论,得到了三维水平分支井眼轨道设计计算方法。采用了纵横弯曲梁理论,并分析了水平多分支井钻柱在井眼中的变形情况,给出了钻柱在横向均布荷载、横向集中力、端部力偶不同载荷作用下的挠曲线和转角计算模型,同时给出接触点判断条件。根据水平多分支井的复杂性和特殊性,综合考虑了钻柱的受力情况,以及钻柱与井壁的接触特点,建立了一套适合于水平多分支井钻柱力学分析的理论方法。通过对水平多分支井钻柱力学分析的研究,建立了钻柱的摩阻/扭矩模型以及其他力学参数的求解方法,并对主井眼和水平分支井眼在各种工况下钻柱的受力进行了分析,从而确保了各种工况下的钻具安全,实现安全快速钻进。为了防止钻柱在危险截面处发生破坏,对钻柱截面进行了应力分析,根据第四强度理论,得到了钻柱强度的校核方法。然后分别对水平段及分支井段钻柱的抗拉强度、抗扭强度、轴向载荷、屈曲变形以及摩阻扭矩进行了安全性分析,保证了水平多分支井成功钻达靶点和钻柱的安全施工。应用实例计算表明,本文通过对水平多分支井钻柱进行力学分析,力学分析结果对现场钻井具有重要的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 绪论
• 一、论文的研究目的和意义
• 二、水平多分支井简介
• 三、国内外研究情况及发展趋势
• 四、论文的研究思路及主要内容
• 第二章 水平多分支井井眼轨道设计与计算
• 2.1 井眼轨迹描述
• 2.2 水平多分支井主井眼轨道设计
• 2.2.1 靶点以上井眼轨道类型
• 2.2.2 二维主井眼轨道设计
• 2.2.3 三维主井眼轨道设计
• 2.3 水平多分支井分支井眼轨道设计
• 第三章 水平多分支井钻柱力学分析
• 3.1 钻柱力学分析模型
• 3.2 钻柱纵横弯曲变形分析
• 3.2.1 横向均布载荷作用下钻柱的变形
• 3.2.2 横向集中力作用下钻柱的变形
• 3.2.3 端部力偶作用下钻柱的变形
• 3.2.4 钻柱的新接触点分析
• 3.3 钻柱摩阻理论分析
• 3.3.1 钻柱重力产生的正压力
• 3.3.2 钻柱的轴向力产生的正压力
• 3.3.3 钻柱的刚度产生的正压力
• 3.3.4 正压力合成
• 3.4 水平多分支井钻柱摩阻模型的建立
• 3.4.1 基本方程
• 3.4.2 起下钻时钻柱摩阻模型
• 3.4.3 钻进时钻柱摩阻模型
• 3.5 钻柱横截面应力分析及强度校核
• 3.5.1 钻柱轴向应力
• 3.5.2 钻柱弯曲应力
• 3.5.3 钻柱扭矩剪应力
• 3.5.4 钻柱附加剪应力
• 3.5.5 钻柱预紧应力
• 3.5.6 钻柱强度校核
• 第四章 水平多分支井实例计算与分析
• 4.1 高8-33-平1Z 井施工参数
• 4.1.1 井眼轨道参数
• 4.1.2 钻井参数
• 4.1.3 钻具参数
• 4.2 软件界面
• 4.3 实例计算及结果分析
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要