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    如何看待石油鉆探中的力學問題?

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    如何看待石油鉆探中的力學問題?

    發布日期:2020-05-05 作者:翊成網絡z 點擊:

      石油和天然氣是一種流體燃料,如同煤炭固體燃料一樣,也是現代工業的主要能源。

      油、氣層通常埋藏在地下深達數千米的部位,必須采用鉆井開采。鑒于鉆出的井眼是貫穿油、氣層和地面的唯一通道,井眼形式的設計和井眼軌跡的控制就成為鉆井工程的關鍵問題。根據地形和地質構造的不同,井眼形式先后出現了直井、定向(叢式)井、水平井和多底(分枝)井等形式,其中定向井應用廣泛。定向井的井眼軸線是一條復雜的任意曲率和撓率的三維空問曲線,這就給鉆具結構的設計、制造和運轉提出了諸多復雜的力學難題。

      井眼開挖是通過鉆具帶動鉆頭的旋轉或滑移向深部推進的。鉆具的大部分是由鉆柱(鋼鉆管、截面為厚壁圓環)構成的,它是地面設備與井下鉆頭的唯一連接體。鉆具的功能是:一方面由其內孔輸入鉆井液,經鉆頭由環空(鉆柱與井壁的間隙)輸出,完成鉆井液的傳輸工作;另一方面,鉆具作為載體將荷載傳遞到鉆頭,提供鉆頭破巖時所需的鉆壓和扭矩。當鉆具運轉時,鉆柱一邊繞自身的軸線自轉,一邊繞井眼的中心公轉,其側面與井壁產生碰撞接觸。由此可知,鉆柱的變形運動和受力狀態非常復雜。



      為了安全可靠地鉆出高質量的井眼,鉆井工程務必要解決下列與力學分析有關的關鍵技術問題:

       (1)在確保鉆出預先設計井眼軌道的諸多環節中,鉆具結構的設計、造斜性能的計算和井下專用工具的研制是關鍵,這就需要弄清鉆頭和下部鉆具的受力變形狀態,優化鉆具組合,確定鉆井的工藝參數(如鉆壓、轉速等)。解決這些問題的基礎是下部鉆柱(bottomholeassembly,BHA)力學的分析與應用。

      (2)為了確保鉆頭具有足夠鉆壓和扭矩進行破巖鉆井,必須分析、確定整體鉆柱摩擦阻力的分布規律,優化鉆柱的結構和井眼的形態。此項任務目前主要通過整體鉆柱的靜力學分析來完成。

      (3)為了確保鉆柱的安全可靠性,必須弄清鉆柱的動應力分布規律,進而預測鉆柱的疲勞強度。這就提出了整體鉆柱進行動力學分析以及疲勞強度預測的力學研究課題。


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