检索结果-内蒙古大学图书馆

振动与冲击 2023年第13期42卷 269-277页

作者：柳军梁爽蔡萌琦陈益丽袁明健曾林林西南石油大学机电工程学院成都610500 成都大学机械工程学院成都610106

无隔水管钻井是一项极具发展前景的深水钻井技术。针对深水无隔水管钻井缺乏有效的动力学分析模型的实际,通过能量法、微元法结合哈密顿原理,建立了考虑钻井船位移、风海流、潮流、波浪载荷、井壁接触、钻头-岩石互作用、海水段-地层段... 详细信息

无隔水管钻井是一项极具发展前景的深水钻井技术。针对深水无隔水管钻井缺乏有效的动力学分析模型的实际,通过能量法、微元法结合哈密顿原理,建立了考虑钻井船位移、风海流、潮流、波浪载荷、井壁接触、钻头-岩石互作用、海水段-地层段互作用的深水无隔水管钻井全井钻柱纵-横-扭耦合非线性振动模型;通过拉格朗日和三次埃尔米特函数离散控制方程,采用Newmark-β对模型进行数值求解;采用现有海洋立管模拟试验数据、Moharrami扭转振动模型结果及Kyllingstad现场测试数据,对模型进行了详细对比验证。结果表明,该模型精度较好,可用于深水无隔水管钻柱的耦合振动分析。

关键词：深水钻井无隔水管钻井钻井钻柱钻柱耦合振动动力学模型

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深水无隔水管钻井钻柱三维振动响应特性研究

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石油机械 2022年第5期50卷 49-59页

作者：柳军陈飞宇李建郭晓强西南石油大学机电工程学院

在深水无隔水管钻井系统中,海水段钻柱系统受到外部海洋载荷、顶部转盘扭矩以及底部钻头-地层作用力的影响,极易发生纵-横-扭三个方向的振动,导致钻柱发生强度降低、磨损及疲劳失效。为了对深水无隔水管钻井钻柱三维振动响应进行研究,... 详细信息

在深水无隔水管钻井系统中,海水段钻柱系统受到外部海洋载荷、顶部转盘扭矩以及底部钻头-地层作用力的影响,极易发生纵-横-扭三个方向的振动,导致钻柱发生强度降低、磨损及疲劳失效。为了对深水无隔水管钻井钻柱三维振动响应进行研究,基于能量法、Hamilton变分、微元法和达朗贝尔原理,在考虑海流、钻井液流速和钻柱-井壁接触碰撞等因素的基础上,建立了无隔水管钻井钻柱的三维振动方程,并验证了其有效性,分析了雷诺数、速度比、波动钻压及钻柱转速等对钻柱振动的影响。研究结果表明:地层段钻柱的振动响应远没有海水段的大,并且横流向振动幅值也要小于顺流向振动幅值,但其振动频率却大于顺流向振动频率;适当增大速度比会减小海流对钻柱的激励作用,钻井液流速较高时会对钻柱振动产生较大影响;波动钻压幅值影响钻柱纵向振动的位移响应,但不影响纵向振动频率,现场钻柱可采用较小的波动钻压,以减小钻柱的纵向振动和扭转剪切应力,但应避开120和60 r/min的转速。所得结论可为无隔水管钻井钻柱的减振措施制定提供参考。

关键词：无隔水管钻井钻柱系统振动响应能量法 Hamilton变分弯曲应力

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平台扰动下的无隔水管钻井井底压力影响研究

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石油机械 2022年第6期50卷 58-64页

作者：左凯牛贵峰王川刘静中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司天津市300452 西南石油大学机电工程学院

针对无隔水管钻井中钻井平台扰动引起的井底压力波动问题,根据动力学原理建立了平台-钻柱耦合振动数学模型和井底压力波动模型,利用Matlab-Simulink搭建数学模型,分析了海洋环境、有无升沉补偿、钻井液密度、泵的开停工况和泵流量对井... 详细信息

针对无隔水管钻井中钻井平台扰动引起的井底压力波动问题,根据动力学原理建立了平台-钻柱耦合振动数学模型和井底压力波动模型,利用Matlab-Simulink搭建数学模型,分析了海洋环境、有无升沉补偿、钻井液密度、泵的开停工况和泵流量对井底压力的影响。研究结果表明:随着风速的增大,钻柱的纵向位移随之增加,同时引起的井底压力波动越明显;钻井液密度越大,井底压力越大;当使用升沉补偿装置时,有效减小升沉扰动下钻柱的振幅,使井底压力的波动明显降低;当泵关闭和开启时,由于重力和压差,井底压力会分别逐渐下降和增加,直到平稳;在井筒中,环空压力和当量循环密度都随着钻井液密度和井筒深度的增大而增大。研究结果可为海上无隔水管钻井作业提供理论依据。

关键词：无隔水管钻井平台扰动井底压力钻柱耦合振动钻井液密度

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无隔水管钻井钻柱振动响应分析及疲劳寿命预测

无隔水管钻井钻柱振动响应分析及疲劳寿命预测

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作者：李建西南石油大学

学位级别：硕士

随着陆地和近海的油气资源储量不断减少，海洋油气开采已从浅水域发展到了深水域，并逐步向超深水域推进。无隔水管钻井技术作为一种新型深水钻井技术，与常规海洋钻井技术相比，无隔水管钻井技术舍弃了隔水管系统，采用双梯度钻井，可... 详细信息

随着陆地和近海的油气资源储量不断减少，海洋油气开采已从浅水域发展到了深水域，并逐步向超深水域推进。无隔水管钻井技术作为一种新型深水钻井技术，与常规海洋钻井技术相比，无隔水管钻井技术舍弃了隔水管系统，采用双梯度钻井，可以很好地解决常规钻井作业窗口窄、套管使用量大等难题，能够以更低的成本、更高的效率进行钻井作业。无隔水管钻井技术以其独特的优越性，已成为世界各国研究的热点，同时也存在着一些研究难题。由于没有隔水管的保护，钻柱裸露在海水中，海水段钻柱直接承受波浪和海流的作用，与隔水管绕流问题不同，旋转钻柱绕流问题更为复杂。除此之外，地层段钻柱与常规钻井钻柱类似，钻柱在钻井过程中会由于井底不平而受到周期性的反作用力，并且钻柱容易与井壁发生接触碰撞，导致钻柱振动十分复杂，复杂的振动是钻柱发生疲劳破坏或失效的主要原因，一旦钻柱发生疲劳破坏或失效，将引发漏油事故，导致严重的海洋环境污染和生态问题。因此，分析无隔水管钻井钻柱振动响应，预测其疲劳寿命对保障钻井安全具有重要意义。　　本文在总结了国内外学者对无隔水管钻井技术相关研究的基础上，针对复杂作业环境下的无隔水管钻井钻柱振动响应及疲劳寿命问题进行了一些研究，主要工作如下:　　(1)分析了无隔水管钻井技术的基本原理和无隔水管钻井系统组成，并针对海水段钻柱和地层段钻柱不同的作业环境，研究了钻柱承受的各种环境载荷，确定各种环境载荷的计算方法;(2)考虑浪流、内流和钻柱-井壁接触碰撞等因素，基于能量法建立了无隔水管钻井全井段钻柱横向（包括横流向和顺流向）振动控制方程，采用Newmark法进行迭代求解，通过文献中的流体仿真结果和实验数据，对钻柱横向振动模型进行了验证，证明本文建立的无隔水管钻井钻柱横向振动模型是有效的;(3)基于微元法和达朗贝尔原理，分别建立了钻头与地层作用下的无隔水管钻井全井段钻柱纵向和扭转振动模型，并采用有限元法进行分析，得到了钻柱纵向和扭转无阻尼自由振动固有频率谱，与文献中的数据进行对比，验证了本文建立的无隔水管钻井钻柱纵向和扭转振动模型的有效性;(4)基于本文建立的无隔水管钻井钻柱横向、纵向和扭转振动模型，分析了雷诺数、速度比和内流流速等因素对无隔水管钻井钻柱横向振动响应的影响，波动钻压和转速等因素对无隔水管钻井钻柱纵向和扭转振动响应的影响;(5)基于Miner线性累积损伤理论，再结合钻柱振动应力响应和S-N曲线对无隔水管钻井钻柱振动疲劳寿命进行预测，分析了无隔水管钻井钻柱在不同因素下的疲劳寿命，研究结果可为无隔水管钻井钻柱的设计和工程应用提供理论参考。

关键词：无隔水管钻井钻柱振动振动响应疲劳寿命

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海洋无隔水管钻井模式下钻井载荷分析

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钻采工艺 2020年第5期43卷 16-19,I0001,I0002页

作者：夏开朗王志伟陈国明中国石油大学海洋油气装备与安全技术研究中心·华东江苏省海洋油气钻井装备重点实验室

对于深水钻探,钻井载荷的大小阻碍钻探深度的进一步提高,那么无隔水管钻井技术可能就是打开这扇门的钥匙。对比常规隔水管钻井载荷分析计算方法,对无隔水管钻井载荷进行了探讨,并且针对钻井平台配备无隔水管钻井技术,计算其大钩载荷与... 详细信息

对于深水钻探,钻井载荷的大小阻碍钻探深度的进一步提高,那么无隔水管钻井技术可能就是打开这扇门的钥匙。对比常规隔水管钻井载荷分析计算方法,对无隔水管钻井载荷进行了探讨,并且针对钻井平台配备无隔水管钻井技术,计算其大钩载荷与钻井可变载荷值。计算结果表明,钻井平台配备无隔水管钻井技术后,可变载荷明显减小,随着作业水深越深,无隔水管钻井技术优势愈加明显。研究结果表明,随着勘探作业水深的不断增加,深水钻探船配备无隔水管钻井技术后可以最大程度上减小船体规模,降低钻探成本,旧平台配备无隔水管钻井技术后,可以在深水钻探中得到应用,节约建设成本。

关键词：深水钻探无隔水管钻井大钩载荷钻井可变载荷旧平台改造

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无隔水管钻井当量循环密度计算模型

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石油机械 2019年第6期47卷 61-66,72页

作者：江文龙樊洪海纪荣艺刘玉含中国石油大学(北京)石油工程学院

关于无隔水管钻井在钻柱未充满工况下的井筒温度和压力模型还未见报道。鉴于此,推导了保证无隔水管钻井钻柱内充满钻井液的最低海面泵排量(零立压排量)的计算公式。针对钻柱未充满工况,建立了无隔水管钻井稳态温度计算模型,并在考虑温... 详细信息

关于无隔水管钻井在钻柱未充满工况下的井筒温度和压力模型还未见报道。鉴于此,推导了保证无隔水管钻井钻柱内充满钻井液的最低海面泵排量(零立压排量)的计算公式。针对钻柱未充满工况,建立了无隔水管钻井稳态温度计算模型,并在考虑温度和压力对钻井液密度影响规律的基础上建立了当量循环密度( ECD )计算模型。研究结果表明:零立压排量随水深增加而增加,随井深增加而减小;水深越大,相同排量下的平衡液面深度距平台越远;深水无隔水管钻井的井筒温度变化规律与陆上井筒温度变化规律一致,但温度要低很多,因此井底压力和 ECD 变化也较小;由于深水井高温高压窄密度窗口的特点,所以计算井底压力和 ECD 时需要考虑温度模型。研究结果对无隔水管钻井水力参数的确定具有一定的指导意义。

关键词：无隔水管钻井零立压排量平衡液面稳态温度井底压力 ECD

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无隔水管钻井U形管效应计算模型研究

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石油机械 2019年第5期47卷 76-84页

作者：江文龙樊洪海纪荣艺中国石油大学(北京)石油工程学院

无隔水管钻井(RMR)在无钻柱阀的情况下停泵、接单根或起下钻会发生U形管效应。U形管效应增加了钻井非作业时间,且发生U形管效应期间井底压力变化复杂,钻井液池液面不断升高,影响溢流的准确判断。鉴于此,基于流体力学中的一元不稳定流动... 详细信息

无隔水管钻井(RMR)在无钻柱阀的情况下停泵、接单根或起下钻会发生U形管效应。U形管效应增加了钻井非作业时间,且发生U形管效应期间井底压力变化复杂,钻井液池液面不断升高,影响溢流的准确判断。鉴于此,基于流体力学中的一元不稳定流动理论,结合RMR钻井工艺,详细推导了U形管效应的不稳定流动模型。根据该模型研究了U形管效应持续时间、钻杆内液面下降高度、液面流速和加速度、返出流量以及井底压力随时间的变化规律,也分析了影响U形管效应持续时间和井底压力变化的因素,同时还提出了RMR钻井存在零立压排量概念,该排量是钻柱内充满钻井液所必需的最小海面泵排量。研究结果表明:不同停泵排量都会快速下降到零立压排量,随后逐渐减小;零立压排量对于实现RMR安全钻井和水力参数优选都具有重大意义。研究结果可为认识RMR钻井U形管效应和缩短U形管效应持续时间提供理论依据。

关键词：无隔水管钻井 U形管效应零立压排量井底压力数学模型

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深水无隔水管钻井钻柱的临界转速分析

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制造业自动化 2020年第6期42卷 75-78页

作者：黄剑钱利勤夏成宇武进虎赵小龙长江大学机械工程学院荆州434023 中石化胜利油田石油工程技术研究院东营257000

根据现场录井数据表明,在深水无隔水管钻井时,由于无隔水管的约束,钻柱在作业载荷、环境载荷、钻井平台运动、钻柱涡动等综合作用下运动规律及应力分布等情况都比较复杂,特别是随着水深增加,当转速达到临界值时,钻柱剧烈振动,极易导致... 详细信息

根据现场录井数据表明,在深水无隔水管钻井时,由于无隔水管的约束,钻柱在作业载荷、环境载荷、钻井平台运动、钻柱涡动等综合作用下运动规律及应力分布等情况都比较复杂,特别是随着水深增加,当转速达到临界值时,钻柱剧烈振动,极易导致钻柱动力失稳破坏。因此本文基于转子动力学理论,建立了非线性支承无隔水管钻柱力学计算模型,探索轴承刚度、水深、钻柱截面尺寸对临界转速的影响。结果表明随着壁厚的增加,涡动的临界转速有所降低;海水段钻柱长度增加,临界转速降低;随着轴承刚度的增加,钻柱涡动临界转速增大。通过以上研究,推荐了合理的转速防止共振,这些结果可以作为现场深水无隔水管钻井作业的参考。

关键词：无隔水管钻井转子动力学管柱涡动临界转速

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无隔水管钻井液返回管线对接接头设计与分析

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石油机械 2018年第9期46卷 48-52页

作者：王志伟张云腾陈国明赵建亭田雪中国石油大学(华东)海洋油气装备与安全技术研究中心中国船舶工业集团公司第七0八研究所

钻井液返回管线对接接头对无隔水管钻井技术具有重要意义,由于国内无隔水管钻井技术发展缓慢,钻井液返回管线对接接头的研发尚处于起步阶段。鉴于此,针对南海1 500 m作业水深无隔水管钻井系统,设计了钻井液返回管线对接接头;同时提出无... 详细信息

钻井液返回管线对接接头对无隔水管钻井技术具有重要意义,由于国内无隔水管钻井技术发展缓慢,钻井液返回管线对接接头的研发尚处于起步阶段。鉴于此,针对南海1 500 m作业水深无隔水管钻井系统,设计了钻井液返回管线对接接头;同时提出无隔水管钻井液返回管线张紧力计算公式,计算了返回管线对接接头的张紧力载荷,并利用ANSYS有限元分析软件分别从张紧力载荷与海流载荷2种受力工况进行对接接头的强度校核。分析结果表明:对接接头满足无隔水管钻井工艺要求,强度符合要求,结构安全可靠;随着钻井液密度的增大,返回管线内径越大,对接接头所承受的应力越大。所得结果可为无隔水管钻井技术关键设备的设计提供理论依据。

关键词：无隔水管钻井对接接头钻井液返回管线结构设计张紧力有限元

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海洋无隔水管钻井钻柱动力学分析

海洋无隔水管钻井钻柱动力学分析

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作者：王杰长江大学

学位级别：硕士

油气资源仍然是当今世界各国经济发展的命脉,消耗量依旧在不断增加,随着陆地油气资源逐渐减少,油气资源的开采也逐渐由陆地向海洋甚至深水水域转移。常规的海洋深水钻井都使用了隔水管来连接井口装置和钻井平台,其主要作用是为了隔离海... 详细信息

油气资源仍然是当今世界各国经济发展的命脉,消耗量依旧在不断增加,随着陆地油气资源逐渐减少,油气资源的开采也逐渐由陆地向海洋甚至深水水域转移。常规的海洋深水钻井都使用了隔水管来连接井口装置和钻井平台,其主要作用是为了隔离海水,引导钻井管柱和套管等进入井口装置,构成钻井液的循环通道等作用。但是,隔水管的使用会导致平台载荷增加,钻井成本提高,隔水管承受的复杂载荷也容易造成结构失效,引发钻井事故。无隔水管钻井技术作为一种新型钻井工艺,直接摆脱了对隔水管的使用,有效地降低了平台要求,提高了海洋深水钻井施工的安全性,钻井作业的成本也可以得到降低。无隔水管钻井作业在国外已经发展得较为成熟,并在多口井进行了实践,效果显著。然而,国内在该方面技术还处于起步阶段,受国外对无隔水管钻井关键设备和控制方法等实行技术封锁的制约,我国的无隔水管钻井技术发展也尤为缓慢。无隔水管钻井以其深水钻井高效的优越性,已经逐渐成为各国竞相研究的热点。本文也依托于国家自然科学基金“深水无隔水管钻井涡动对钻柱动态响应研究”(51405032)这一课题开展了无隔水管钻井钻柱动力学研究。本文首先介绍了无隔水管钻井技术的应用前景和研究意义,同时对目前的管柱力学研究状况作了简要剖析,针对无隔水管钻井海水段钻柱的动力学问题提出了采用达朗贝尔原理、瑞利梁轴转子动力学理论、欧拉动力学方程建立钻柱在转速为零时的横向振动力学模型和钻柱在转动状态下的瞬态涡动力学模型,并采用有限元法(FEM)对建立的模型进行求解。其次,对无隔水管钻井技术关键设备的主要结构和基本原理作了简要介绍,并针对无隔水管钻井海水段钻柱的工况,分析了钻柱单元所受的载荷形式以及轴向载荷、浪流载荷的计算方法。然后,基于达朗贝尔原理,通过分析海水段钻柱微元的力学平衡和力矩平衡建立了钻柱在转速为零情况下的横向振动力学模型。同时,基于欧拉动力学方程建立了钻柱的涡动力学模型,推导了钻柱涡动微分方程,并给出了相应的边界条件和周期性条件。再者,依据本文建立的力学模型,采用计算精度较高的中心差分方法将高阶微分方程离散。通过求解钻柱横向振动微分方程得到了钻柱在横向振动状态下动态响应规律,分析了大钩载荷、平台偏移量、海流和波浪对钻柱横向振动的力学影响规律。同时,依据所建立的钻柱涡动微方程,推导了钻柱临界转速表达式。通过求解特定工况下的钻柱涡动响应,得到了钻柱在涡动状态下的力学变化规律。最后,依据本文所得到的钻柱动力学模型和微分方程求解方法,利用C#与Matlab混合编程技术开发了"无隔水管钻井钻柱动力学分析软件",软件界面友好,结构合理,层次分明,可提高无隔水管钻井钻柱动力学计算效率。本课题通过开展海洋无隔水管钻井工况下海水段钻柱的动力学研究,客观地解释了海水段钻井管柱运动规律,研究结果将有效指导无隔水管钻井施工作业,同时也能对无隔水管钻井钻柱动力学的深入研究提供理论参考。

关键词：海洋无隔水管钻井钻柱动力学

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