【摘 要】
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钻柱在井筒中旋转时会发生涡动,与套管内壁发生碰撞和摩擦,导致套管磨损,降低井筒安全性.为此,考虑钻杆接头-套管、磨鞋-套管的接触非线性,使用ANSYS软件建立了钻柱动力学有限元模型,采用增强拉格朗日法进行接触求解,模拟钻柱在直井井筒中转动时的涡动,得到了钻柱的涡动轨迹和碰撞特性,探究了钻柱的涡动特性及钻柱涡动对套管造成的冲击和滚动磨损,在此基础上计算分析碰撞时的磨损体积,揭示了钻柱转速对套管磨损的影响规律.研究结果表明:涡动造成的钻杆接头、磨鞋与套管的接触有点-面与线-面两种形式,且以点-面接触为主;磨鞋
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钻柱在井筒中旋转时会发生涡动,与套管内壁发生碰撞和摩擦,导致套管磨损,降低井筒安全性.为此,考虑钻杆接头-套管、磨鞋-套管的接触非线性,使用ANSYS软件建立了钻柱动力学有限元模型,采用增强拉格朗日法进行接触求解,模拟钻柱在直井井筒中转动时的涡动,得到了钻柱的涡动轨迹和碰撞特性,探究了钻柱的涡动特性及钻柱涡动对套管造成的冲击和滚动磨损,在此基础上计算分析碰撞时的磨损体积,揭示了钻柱转速对套管磨损的影响规律.研究结果表明:涡动造成的钻杆接头、磨鞋与套管的接触有点-面与线-面两种形式,且以点-面接触为主;磨鞋、接头对套管造成的磨损主要为沿套管周向的不连续磨损;除去临界转速附近的结果,钻柱系统转速越高,其钻进期间涡动造成的套管磨损量越大.因此,修井钻磨时应尽量选用较低的转速以减少套管磨损,进而提升修井钻磨工作的安全性.
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钻头托压现象是制约水平井井眼延伸的重要因素.为了有效减少钻头托压现象,研制了振动减阻工具.振动减阻工具通过钻井液驱动转子和动阀转动,产生脉冲压降并作用于井底钻柱,驱使井底钻柱产生高频低幅冲击振动,降低钻具与井壁之间的摩擦因数,从而减少或消除托压现象,提高水平井钻井速度.在新疆玛湖油田风南4井区的现场试验中,试验井段为定向造斜段,单套工具进尺596 m,平均机械钻速达到4.74 m/h,与上部井段相比,机械钻速提高254%;与邻井相同造斜段相比,趟钻进尺提高150%,机械钻速提高126%,趟钻进尺及机械钻速
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为评估水下井口下沉时送入管柱在瞬态动力和纵向振动下的安全性,基于动力学及振动力学,建立了深水送入管柱的物理模型,分析了水下井口下沉瞬间送入管柱的应力变化以及平台起伏垂荡对送入管柱纵向振动的响应.结合南海某区域的工程数据,利用有限元软件,对不同长度、不同下端悬挂质量的送入管柱进行了分析.分析结果表明:送入管柱的长度和下端悬挂质量是影响送入管柱固有频率的主要因素,送入管柱越长,下端提起的质量越大,相应的固有频率越小;半潜式平台垂荡的频率范围主要处于送入管柱第1阶频率附近,送入管柱存在共振的可能性;以平台垂荡振
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