下部钻具组合的应力分布规律研究天然气工业.PDF

钻 井 工 程 　　　　　　　　　　　　　　　　天 　然 　气 　工 　业 　　　　　　　　　　　　　　　　200 1 年 9 月 下部钻具组合的应力分布规律研究 石晓兵 　施太和 (西南石油学院) ( ) 　　石晓兵等. 下部钻具组合的应力分布规律研究. 天然气工业 ,200 1 ;2 1 5 :46～48 摘 　要 　绝大多数的钻具失效都是疲劳引起的。而交变应力集中是疲劳破坏的一个关键因素 。因此定量分 析研究钻具在井下所承受的应力水平及其分布规律 ,是研究钻具疲劳失效的一项重要内容 。文章以固体力学有限 元理论为基础 ,建立了带扶正器下部钻具组合在弯曲井眼或斜直井眼中的有限元力学模型 ,求解并得到了下部钻 具组合的应力场 。揭示了扶正器附近是应力集中区 ,而远离扶正器的两跨之间应力水平相对较低的应力分布规 律 。现场的资料分析也表明 ,正是扶正器或配合接头这些高应力水平的部位是最容易失效的部位 ;从钻具的结构 上看 ,钻具连接螺纹正处在这些最大应力集中区 ,这是连接螺纹疲劳失效的根本原因 ,扶正器或配合接头的失效多 发生在连接螺纹部位 。文章的研究结果揭示了下部钻具组合失效的力学机理 。 主题词 　钻井 　钻具组合 　钻柱稳定器 　有限元 　应力 　研究 　　在钻井过程中 ,钻具的受力状况和井下环境异 成整个结构的几何形状不规则 。对于这种情况 ,用 常恶劣 ,处在 内、外充满钻井液的狭长井眼里工作 , 连续梁法 ,要得到问题的解析解 ,往往是十分困难 通常承受压 、弯 、扭 、液力等载荷 ,钻具在井下的受力 的。而有限元法则从研究有限大小的单元力学特性 情况复杂 。据统计 〔1〕,我国各油气田每年发生钻具 着手 ,最后得到一组以节点位移为未知量的代数方 事故约五 、六百起 ,经济损失巨大 。对某油田的钻具 程组 。应用现成的计算方法 ,可以得到节点处需求 失效统计分析表明 ,在 16 1 次钻具失效中 ,下部 量的近似值 。在用有限元法分析下部钻柱组合之 钻具组合 126 次 , 占78 . 3 % ,其中与扶正器 、配合接 前 ,有必要作一些假设 : ①井壁刚性 ,井眼是圆形的; 头相关的失效 85 次 , 占52 . 3 % (扶正器和配合接头 ②井壁与扶正器间的摩擦不考虑 ; ③钻柱组合为一 螺纹失效 86 次 , 占60 %) 。研究下部钻具组合失效 弹性梁 ,在每个单元内,钻柱的几何特性和材料特性 的力学机理具有针对性和现实意义 。 保持不变 ; ④钻头位于井眼中心 ,钻头处无横 向位 下部钻具组合应力分析研究的 移 ,但可以自由转动 ; ⑤稳定器与井壁间为点接触 , 且只限制接触点处的径向位移 。 有限元力学原理 取下部钻柱作为研究对象 ,从钻头处起往上分 　　对于许多工程问题 ,诸如带扶正器或配合接头 成多个梁单元 ,即把结构离散化 。划分单元时 ,应保 的下部钻具组合 , 由于扶正器和配合接头的影响 ,造 证每个单元的几何特性和材料特性在同一个单元内 ( ) 　　 3 预计 2030 年后 , 四川盆地天然气探明储量 参 　考 　文 　献 呈逐渐下降趋势 ,而最终探明储量将达到 20 000 × 8 3 1 　翁文波. 预测论基础. 北京 :石油工业出版社 ,1984 10 m 左右 。 本文承蒙原四川石油管理局勘探开发研究院总地质师